高精密基體零件的質量保證與效率提升★

亓 立，王云云，張 王

（1.山西工程職業學院，山西 太原 030027；2.山西汾西重工有限責任公司，山西 太原 030027）

在零件的生產過程中，為了滿足零部件的各種形位公差和性能的要求，經常會將零部件區分為高精密零件和普通零件。基體零件之所以定性為高精密零件，是根據設備在實際使用過程中，其承擔著重要的配合作用，并作為關鍵重要零件參與生產制造，以下稱為關重件。例如，某設備中關重件（如圖1），通過基體上各種定位孔、槽等特征對所裝配在其上的各種夾板和儀表、齒輪類零件進行精確定位，然后由電池帶動齒輪的運轉，最終實現設備中某些重要指針的精確停擺。

圖1 某設備中關重件圖

1 基體生產中存在的問題、原因和思路解析

在基體生產中，以孔間距（18±0.02）mm的檢測的數據為例，根據圖2折線圖的檢測記錄可以看出，以往檢測通過的合格率只有75.68%，遠遠低于100%檢測合格的目標。進一步對零件圖和檢測數據記錄表對比分析得出，基體質量差的原因是由于加工過程中的工序基準不統一，檢測過程中的基準測量面積短小，檢測手段單一導致誤差累積而造成的。對以上產生的誤差進行消除是解決該零件質量合格率的關鍵。通過對零件的裝配圖性能、功能、作用的準確把握對各關重件基體的工藝、生產流程、工序過程方法進行優化，制定出符合產品特性的解決方案，分別從工藝、計量、刀具、工序過程方法等方面進行控制并改進，從而使合格率得到提高。通過驗證后，對在加工過程中的各種流程、方法進行固化，并落實到工藝、質量控制卡、以及數控程序控制卡中，保證了后續生產中的質量延續性。

圖2 改善前后對比圖

2 解決問題的措施及辦法

2.1 改進工藝

加工過程中通過調整工藝來保證零件的尺寸。通過通讀產品部件裝配圖，掌握基體零件的性能、功能、作用等，進一步過濾零件上組成的各個形狀元素，從而可過濾出產品外形。由于加工元素的性能對產品外形的重要性相對于內部形狀來說要小，所以在加工和工序優化中可通過嚴格控制外形尺寸基準，來使得加工基準與工藝基準、設計基準相一致，再通過基準相關聯的原則盡量將圖紙的設計基準與工序中加工基準安排在同道工序中完成。具體到該零件中，就是將車工工序的部分工步轉換到加工中心的工序中，從而實現與工序中圖紙設計基準的統一。具體是通過提升車工工序的加工外形尺寸精度，同時將車工工序中加工偏心部分的內容轉移到下道工序進行加工。這樣不僅提高了產品外形的加工精度，而且由于剔除了加工偏心部分的內容，使得車工工序的加工精度更易保證。

2.2 改進刀具達到加工精度

雖然將圖紙的設計基準與工序中加工基準安排在同道工序中完成可以避免加工中造成誤差累積，但同時也為下道工序的加工帶來了困難。對該零件來說，由于將車工工序的偏心部分的內容變成了加工中心的工序，而要在加工中心的工序中完成車工工序的內容就會產生許多問題，如通過銑加工的圓形特征是否滿足車工工序的圓度問題、如何在加工中心的工序中實現車螺紋的問題以及如何實現車密封槽的問題、如何實現刀具的避讓問題等等。具體到本零件中，首先需要解決圓形的圓度問題，通過選用同種材料進行圓形的銑削加工，在加工中采用圓弧插補的方式來提升圓形的精度，并對加工完成的圓形進行三坐標測量，測量后比對發現，用圓弧插補的方式加工出的圓完全符合要求。對于螺紋問題，可通過改進螺紋刀具，在加工序中采用宏變量編程方式實現以銑代車加工。而車密封槽的問題，可通過對舊刀具進行改造，具體改造的方法如圖3，通過車、磨的方式將廢舊刀具的錐柄部分改造成直柄，從而實現刀具的裝夾，并將廢舊刀具的廢刀尖部分去除，同時割出密封槽形狀，再通過砂輪修磨的方式實現刀尖的開刃，最后通過程序上的優化以實現零件的加工。

圖3 以銑代車螺紋刀具改造示意圖

2.3 設計制作計量工裝

通過以點定位的方式實現快速定位，同時改變計量方式，由以前的單針測量改變成多針測量，并充分利用計量編程的優點，實現基準的內部轉換，從而實現計量基準統一，達到高效高質計量的目的。具體計量零件的定位方式、裝夾方式如圖4、圖5所示。

圖4 定位方式圖

圖5 零件裝夾方式圖

2.4 優化計量程序，實現效率提升

改變傳統手寫計量報告的方式，通過后臺二次開發計算機進行計量，在計量過程中采用自動打印模式，從而進一步提升計量效率，并保證報告的嚴謹性。

2.5 固化工藝

刀具、工裝編號入庫保存，并固化計量和加工程序，將加工切削參數固化到關鍵質量控制卡中，從而保證產品后續的加工質量。

3 經濟效益及社會效益

項目實施以來，X-3、X-6兩型產品中的四種關重件基體的質量合格率由原來的75%提高到98%以上，計量周期由原來的20 min/件縮短到3 min/件，加工周期由原來的3 h/件提高到1.5 h/件，原10備1的投料數也因以往每種型號的產品合格率不高變更為3備1。

關重件基體屬于產品中的備品、備件，從近幾年的生產經驗看，平均每年都有數量不等的各型關重件基體生產的需求。其中X-3、X-6型號產品各需配備2種保險器零件備件，因此，平均每年每種型號按50套的備品生產，共計需生產200件。改善前要生產這200件零件就得投料220件，而且每件的計量成本為750元，加工成本為800元。通過優化工序、設計，改進刀具，突破計量瓶頸等方式，可提升質量合格率和縮短生產周期，達到改善的目的。改善后質量合格率達到98%以上，且投料只需200件，這就節約了20件的材料費用，平均每件的材料成本為50元，計量成本為750元，加工成本為800元，共計可節約成本20×（50+750+800）=32 000元。在加工效率上，平均每件節約1 h，共計可節約200 h。而加工臺時費為120元/h，共可節約200×120=24 000元。在計量效率上，每件可縮短12 min，200件共計縮短200×12=2 400/60=40 h。綜上所述，累積共可節約56 000元的成本和縮短40 h的計量時間。

4 結論

通過對關重件基體從工藝、計量手段、刀具等方面進行改進，最終解決了該零件的加工難題，為后續生產同類型零件提供了一種可操作的手段，從而保證了機械加工中的精度問題。