加速度計座體加工工藝改進方案

曹鵬CAO Peng；周先慶ZHOU Xian-qing；李偉LI Wei

（陜西華燕航空儀表有限公司，漢中 723102）

0 引言

座體為加速度計中核心工件，敏感電子元器件均安裝在其上，座體的加工精度將直接影響加速度計的裝調精度。座體的加工材料為軟磁合金1J50，材料加工特點軟、粘，加工過程易產生變形，早期加工時為減少加工應力，座體上各型腔、臺階面采用電切、電穿方式加工，加工效率低下。隨著座體產能需求的大幅增加及生產現場加工能力的提升，急需對其加工工藝方法進行改進。

1 座體加工材料的特性

座體的加工材料為軟磁合金1J50，該材料主要由鐵和鎳組成，含有其他少量合金元素，材料組織為孿晶奧氏體，原始態晶粒較細分布不均勻，晶界多，位錯密度大。該金屬是在弱磁場中具有高磁導率及低矯頑力的一類金屬。這類合金廣泛應用于無線電電子工業、精密儀器儀表、遙控及自動控制系統中，主要用于能量轉換和信息處理兩大方面，是國民經濟中的一種重要材料。由于該金屬鎳含量較高，加工中粘性較大，宜采用較大前角的刀具進行切削加工，可用較低的切削速度。材料中的殘余應力釋放時在宏觀上會表現為尺寸的變化，殘余應力越大材料越容易變形。

2 座體的結構精度分析及原加工方案簡介

座體為某型加速度計裝調基準工件，如圖1 所示，工件上有較多型腔及凸臺面，安裝孔及各臺階面的尺寸公差及形位公差精度要求較高。工件結構強度較差，加之材料特性加工粘性大，加工過程中因殘余應力釋放，工件極易產生變形。

圖1 座體結構示意圖

為充分釋放工件加工應力，原工藝方法采用粗車成型后，安排熱處理去應力退火，磨削加工外圓校正定位基準，電切加工臺階面，再次進行熱處理去應力退火，加工中c6.5H6 安裝孔及型腔穿絲孔后，再次進行熱處理去應力退火，電切型腔、電穿各臺階面。電切、電穿加工產生的切削應力較小，可減少因變形產生的工件精加工尺寸變化。原工藝方案設計39 道工序完成座體的加工內容。

3 存在問題

原工藝加工方法受加工設備及工件結構的限制，主要由車工、銑工、鉗工加工，工序加工內容分散，工序冗長，由鉗工手工操作內容多，各工序間使用不同工裝定位夾緊，頻繁裝卸工件，設備切削率低，同時，工件在精加工時采用電穿、電切類低效設備加工型腔及各臺階面，嚴重限制了工件的產能提升。

因加工過程中應力釋放不充分，工件經常出現變形，導致加工尺寸變化，為加強過程控制，在半精加工、精加工工序增加多處加工前后復測尺寸的要求。產品質量狀況靠人來把控是極高的風險點。

4 改進思路

隨著數控設備的廣泛應用，數控設備加工尺寸一致性好、效率高的優勢盡顯，座體加工工藝的數控化改進勢在必行，圍繞提高座體的加工尺寸穩定性及提升加工效率開展工藝改進分析。

重新構建工藝基準，集中加工內容，減少工件裝夾次數，利于數控設備加工，利用數控設備高速切削能力，摸索切削參數，減少加工中切削應力，進而提高尺寸穩定性。

在數控加工工藝成熟的基礎上，可迅速建立單元化產線，同時應用快換工裝，大幅提高工件產能。

4.1 數控化工藝

經過工件工藝性分析，在工件兩端增加工藝尾，便于裝夾定位，重新建立工藝定位基準面，轉換工藝基準，由高精度數控銑替代電切、電穿低效加工設備，優化切削參數及工裝設計，控制工件變形量，以此思路，設計如下的工藝方案（見圖2）：

圖2 座體增加工藝尾后的加工示意圖

粗車毛坯成型，工件兩端增加工藝尾，進行熱處理去應力退火，磨外圓校正定位基準圓，數控銑加工兩端工藝尾上的定位基準面及定位孔，粗銑臺階面，再次進行熱處理去應力退火，研定位基準面，精銑臺階面，粗車臺階面上型孔，第三次進行熱處理去應力退火，磨外圓校正定位基準圓，研定位基準面，數控銑加工各臺階面、凸臺、型腔，及鉆孔攻絲、倒角內容，精車臺階面上型孔，最后去除工件兩端工藝尾，進行兩端面孔的加工。

在三次熱處理后進行精加工，通過人工時效的方法，充分釋放加工應力，減少變形量，獲得了較好工件的加工精度及尺寸穩定性。該工藝方案設計的工序加工內容緊湊，加工工序縮減為25 道工序。

4.2 工藝裝備實現快速切換

快速切換是指在各工序作業切換過程中通過簡化、協調操作等方式，持續改進，達到盡可能少的作業切換時間的方法。通過觀察分析當前切換操作，分離內部切換和外部切換，將工件機內裝夾轉移為外部裝夾，要盡可能地將工件組裝在一起，避免一個一個地安裝工件，再成套地進行安裝或交換。

以此思路設計如下轉接板安裝工件（見圖3），每個轉接板90°方向上可安裝4 個工件，再將多個轉接板安裝于托盤上，機械臂抓取托盤置于數控銑工作臺，通過零點定位系統快速切換，在數控加工程序中設置好每個工件的加工原點即可開始加工。該裝夾方式將工件在機床內部裝夾轉移到外部，并可一次裝夾多個工件，縮短了加工設備停機時間，實現了數控設備的連續切削，提高加工效率。

圖3 轉接板示意圖

4.3 切削用量的選擇

選擇合適的切削量，在保證加工質量和工具壽命的前提下，應盡可能提高加工效率。結合工件的材料加工特性、切削刀具和機床性能，粗加工時，數控銑用Φ3 立銑刀切削參數一般選擇：主軸轉速3000～4500r/min，切削進給速度1000～1500mm/min。半精加工時，數控銑用Φ1.5 立銑刀切削參數一般選擇：主軸轉速4500～7500r/min，切削進給1500～3000mm/min。精加工時，數控銑用Φ1.5 立銑刀切削參數一般選擇：主軸轉速10000～12000r/min，切削進給1000～1200mm/min。具體加工刀具參數表見表1。

表1 座體加工參數

4.4 單元化產線建設

為進一步提升該工件的產能，組建了單元化產線。從“單元方案設計、單元運行與管控、績效管理、持續改善”四個維度，明確分類、識別、優化、運行具體流程。

①根據工件的產能目標，測算生產節拍，通過價值流分析，識別瓶頸工序，繪制關系圖，尋找關鍵路徑，優化工藝流程，進行生產線平衡。

②根據單元物料需求，設計物流路線和配送方式，再將工藝方法改進、配送方法、管理措施等固化為標準作業指導書和管理者標準作業，規范現場操作及各項管理流程。

③在關鍵路徑上設置預警管控機制。

④在單元內實施SQCDP 等可視化看板管理，對單元運行狀況進行實時監控，快速處理異常問題。

⑤依據單元特點開展多能工培養，開展“一人多機”“流水作業”，拓展設備效能、人員效能，開展精益培訓，培養精益文化氛圍，讓單元具備持續改進的內動力。

⑥將質量管控嵌入生產制造過程中，質量管理由“生產檢驗型”向“預防控制型”轉變。實施單元站位檢驗，推進自主質量控制，改變原有依靠專職檢驗成品把關質量控制模式，采取“自檢、互檢、復檢”相結合的過程質量控制模式，充分調動操作人員在質量控制中的主動作用，提升自主質量控制意識和能力。

5 實施效果

①原工藝方案有39 道工序，一批50 件座體從毛坯投入到工件產出至少需50 天，按照改進后的工藝方案，工序縮減為25 道工序，加工周期縮短到30 天。

②通過組建生產單元，生產工人兩班制，滾動投入，達到了月產1000 件座體的產能目標。

③對比兩種不同加工工藝方案的座體，改進后的工藝方案工件合格率達99.9%，合格率提高16%，工件加工精度保持穩定，經裝調驗證，滿足使用要求。

④資源配置（人員、設備）。1）高效數控加工設備替代低效、高運行成本設備（電切、電穿），加工成本下降。2）按原工藝方法參加生產人員17 人。改進后參加生產人員減少為8 人，每年節約人員成本（17-8）×15 萬元／人=135 萬元。

6 結論

通過對座體加工工藝方案的研究，在穩定加工質量的前提下，提高了工件加工效率及產能。工藝方法的改進和數控設備的應用是提高效率，提升產能，縮短加工周期，降低成本的關鍵，解決了現場生產的瓶頸。工藝方案的不斷研究可以持續提升工藝技術能力，針對困擾現場生產的瓶頸問題，后續大力開展此項工作。