缩短某机匣生产周期技术研究

王 威 乔益振 窦 坚 段佐翰

（1．海装沈阳局驻沈阳地区某军事代表室，辽宁 沈阳 110043；2．中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

0 引言

现工厂生产的某中介机匣类零组件的生产周期过长，随着批量生产台份的逐年增加，该机匣类零组件成品的及时交付任务对生产部门产生了很大的压力，在制品积压的时间过长，无法满足工厂后续的生产任务要求。

经过现场统计，分析各个工序加工时间数据，影响生产周期的问题点主要如下：1）粗、精加工工序余量不均，精加工局部位置余量过大，导致精加工工序加工时间过长。2）车、铣工序多次穿插进行，造成生产回流，同类型设备多工序生产任务堆积，无法实现零组件及时流转。3）各数控工序的单机自动化程度较低，部分加工内容需要操作者大量的人为参与，设备运行比率低。4）零组件投料及周转批量大，投料及周转后生产能力有限，导致大量在制品积压，随着生产台份的增加，该问题尤为凸显。通过统计分析各个工序加工时间，该机匣零组件的生产节拍平衡率仅为45%。为保证后续工厂的生产任务需求，进行缩短该机匣单组件批生产周期的方案研究与现场验证。

1 研究内容及目标

为实现该中介机匣批生产周期的缩短，须对其生产过程中存在的爆炸点[1]进行排查，针对生产过程的瓶颈问题，从调整粗精加工工序余量、合并同类型设备工艺路线、提高数控工序单机自动化程度和生产安排保证单件流转[2]等方面着手，制定针对性改进方案解决存在的爆炸点问题，通过零组件加工验证及对改进措施的迭代优化，实现其批生产周期缩短30%以上，将改进措施贯彻并应用于批量生产，保证生产需求。

2 改进方案制定与实施

从工艺文件、数控程序、生产瓶颈问题等方面进行调整优化[3]，分别制定改进措施。工艺文件改进内容主要包括：1）合并工序。原工艺路线中车加工工序共计14道、铣加工工序共计19道、钳加工工序共计10余道，为精简工艺路线，应合并相同加工设备的工序，消除工序回流。2）调整加工余量。原加工余量分布较为分散，一级单件进行局部位置的粗加工及精加工、二级焊接组件进行大部分的粗加工及较少的精加工、三级机加组件进行局部的粗加工及大部分的精加工，为平衡余量分布，应在一级单件状态完成全部加工表面的粗加工、保证高效去除余量，将精加工内容全部转移至三级机加组件中，保证尺寸精度。3）将普通设备或钳工工种加工内容向数控设备转产，提高加工过程的自动化程度。数控程序改进内容主要包括应用机内检测技术、无人值守加工技术、自适应加工技术等提高数控工序的单机自动化程度技术，实现数控加工内容的一键式运行；调整数控程序的进退刀位置、提高进退刀及移刀位置的移动速度，提高程序运行流畅性，消除数控设备倍率旋钮的手动操作；选用硬质合金刀具、数控螺纹铣刀、精密可调镗刀等先进工艺装备，结合分层高速加工程序来缩短切削运行时间。生产瓶颈改进内容主要包括依据现场产能分批投料加工；针对周期明显过长的工序进行设备转产备份，平衡各工序生产节拍，实现产品在生产现场的不停滞流转。

2.1 工艺路线调整

该机匣共计需要进行三级单组件的加工，原整体加工路线安排如下：一级单件进行部分粗加工内容，二级焊接组件进行焊接工作以及部分精加工内容，三级机加组件进行装配工作以及剩余全部的粗、精加工内容。三级单组件总共包括79道工序，其中还有多个外部周转工序，各工序之间周转等待时间长、工序回流问题严重，工序节拍平衡的难度极大，导致工段排产困难，经常因某个设备被其他工序占用、外部周转加工内容排队等问题导致生产停滞。

为平衡单组件之间的加工余量、消除工序回流，对该机匣单组件的工艺路线进行重排：首先将全部的粗加工余量调整至一级单件进行，全加工表面仅留1mm余量进行后续的精加工；然后在二级焊接组件中仅保留焊接相关的外部周转工序，取消机械加工内容；最后将三级机加组件的全部加工内容划分为精车加工、装配部件、精铣钻镗孔加工、钳工及辅助工作这4个部分内容，依据工作量调整工序间的加工内容、平衡生产节拍，保证零组件在每个工序的时长相近。根据其全工序现场实际加工情况，最终确定粗加工单件外部生产、精加工组件建立精益单元的实施方案，依据精益单元的工序种类构成确定具体的加工设备。

2.2 工艺内容优化

该机匣毛料的检测现采用蓝光扫描三维检测方法，但该技术在现场应用不熟练，导致检测效率低、成批毛料等待时间过长。为提高毛料的检测效率，降低投料后的停滞时间，梯度排产蓝光扫描过程，归纳蓝光拍照贴点方法及位置，确定该机匣的贴点具体位置及拍照的摆放位姿，形成典型工作操作说明书，使用白色胶贴作为贴点中转件，降低贴点数量约20%、减少贴点及拍照时间约38min/件；当进行检测结果数据处理及对比分析时，应用典型对比模版文件，减少重复设置及人工选择的内容，使工艺拟合操作时间减少25min/件。蓝光扫描检测方案的固化将蓝光扫描总周期缩减约30%。

为提高零件表面质量、减少多余物残留，规范现场操作过程如下：机匣回油管螺纹处安装防护工艺螺母；采用手持式电动砂带机（图1）代替传统的气动回转打磨机，提高打磨质量的稳定性；在机匣安装边位置安放防护垫块并用真空包装机将其进行密封包装，防止多余物的二次进入并固定防护垫块。

2.3 数控程序优化

工艺路线调整后的数控加工工序主要在三级加工组件上，结合该产品精益单元的建设需求，确定所使用的数控加工设备。针对数控车工序、数控铣工序及钻镗孔工序各自的加工特点分别进行优化改进工作。

精车前后端安装边工序原在普通立式车床进行加工，普通设备的运行依托操作者的技能水平，稳定性差，存在较大的质量隐患，两道工序共计须16h完成加工。对精车前后端安装边工序进行数控设备转产，提高自动化程度，将车加工参数稳定在vc=15r/min～25r/min、fn=0.2mm/r～0.3mm/r、ap=0.3mm～0.4mm，保证车切削线速度在50m/min～60m/min，同时控制全部的移刀、进退刀动作均按快速插补进行运动，提高程序的运行速度；使用的刀具也从整体焊接刀具更换为快换合金刀片，提高刀具的更换效率并减少更换刀具导致的二次对刀操作。经现场加工验证，在保证零件加工质量及表面粗糙度的前提下，在不同位置调整相适应的进给速度，进一步提高加工效率。优化后车加工前后端安装边工序的总加工时间减少至13h以内。

钻镗端面孔工序须进行多种类型端面孔系的加工，加工内容主要涉及钻扩孔、镗孔、铰孔、正反倒角和铣螺纹等，其中反倒角及铣螺纹受到刀具规格及其制造精度的影响，需要调整刀具半径补偿值及重复运行加工。为实现工序的自动加工，将刀具半径补偿值“TC_DP6[_TOOL，_TOOLNO]”进行多次赋值，利用“Repeat Begin End”循环指令多次调用轮廓加工程序，利用“G91 G03 X0 Y0 Z1”模态增量指令实现牙型的螺旋插补加工，结合现场已有刀具的加工对比验证，最终选用某三刃螺纹铣刀（图2）进行批量生产应用，该刀刃牙型角的实际值处于公差带偏下差位置，牙型更尖锐，顶刃为切削刃，中刃及底刃为光整刃，可以实现螺纹的一次加工合格，消除操作者反复测量与上刀的操作，显著提高加工效率。固定该刀具在刀库中的位置及设定的参数，实现单条程序的无人干预加工，该工序的总加工时间减少近3h/台。

铣外侧平面及安装边背面工序加工内容涉及铣平面、安装边背面、钻孔和铣螺纹等内容，两道工序总计须换刀约40次，部分加工尺寸需要在加工过程中反复测量，程序运行连续性差。通过对比分析两道工序的加工内容，发现存在相同规格刀具反复调用的情况，产生多余的换刀时间及空运行移刀等待时间。将两道铣加工工序合并，使用ø20R1mm铣刀按工作台正向旋转顺序逐一加工全部的铣加工内容，使用ø3mm中心钻完成全部孔系的打点，根据不同孔径规格，进行ø5mm钻孔、ø6.5mm扩孔加工，最后使用合金尖头倒角刀将全部孔系的倒角一次加工完成，极大地减少了换刀时间及工作台往复运动时间。使用机内检测装置检测、自动比对加工后的平面数值和孔系间的距离，消除操作者手动检测及核对工作。改进后该工序加工时间减少约25%。

镗径向深孔工序须在距离外侧端面140mm深位置加工径向深孔，原加工过程使用直径ø6mm、刀柄ø10mm、总长160mm的变径钻头进行加工，由于钻头悬长过大，因此

刀尖位置存在一定程度的下摆，导致钻孔点位不准确，加工后孔的同轴度易超差且刀具震颤严重，刀具的非正常磨损较重。根据该位置结构，改用直径ø14mm、总长200mm的侧固型加长刀杆，该刀杆可从外侧两层孔内穿过（图3），在刀杆前端夹持ø6mm钻头，加工系统刚性得到显著改善，刀具非正常磨损下降，加工进给速度上升，加工时间减少8%。

2.4 工装优化

该零件的装夹难点在于铣径向平面及安装边背面工序，当装夹时压紧下侧安装边，但下侧安装边存在加工内容，加工位置与装夹位置重叠，虽然可以通过手动调换装夹位置的方式保证加工可行，但是操作过程耗时较高且存在零件窜动的风险。根据该工序摆放状态，设计并制作在上侧外环安装边端面整体压紧的压盖（图4），压盖在非加工位置进行压紧，可节省装夹调整时间约45min/台，并为该工序单机自动化运行提供基础条件。

原焊接组件铣内环平面及孔工序所用盘铣刀为普通刀具，刀具易损且库存不足，加工单台零件须消耗多把刀具。进行合金T铣刀加工试验，完成合金T铣刀的批量加工验证，该刀具耐用度和质量状态良好，加工单台的刀具消耗显著降低，加快了铣凹槽的加工效率，加工时间可以减少65%。

加工组件的ø60mm精密孔根部圆角尺寸为R3mm，加工精密孔用的镗刀刀尖圆角尺寸为R0.5mm，镗刀无法进行变径加工，而使用ø20R3mm铣刀加工时，刀具侧刃与精密孔壁易产生痕迹残留。为消除刀具侧刃的加工残留，设计并制作ø20R3mm、缩颈ø19.8mm铣刀，保证刀具在加工底R时侧刃不会与精密孔壁干涉，保证尺寸精度。

铣内环平面工序存在多个使用三坐标测量机进行检测的尺寸，该尺寸为斜孔虚拟中心点的至中心尺寸，无法直接测量，而送检三坐标测量机存在周转等待时间。为减少送检三坐标测量机的等待周期，制作内环斜孔中心点的至中心测具，复原该点的实际位置，借助该位置与周边特征的间接尺寸关系，得到该虚拟点位的测量值，缩短等待时长30min/台。

2.5 生产过程改善

该机匣投料方式为每月初投料一次，导致现场在制品积压、工序间等待时间长和等待时间浪费问题，为了减少在制品积压时长，调整毛料的月投产计划，分别在月初、月中及月末各进行分批投料，降低毛料等待时长，等待时间缩短35%。

零件批量周转易导致焊接工序、着色工序和真空热处理工序的零件积压，工序流动不畅，导致周转返回拖期。将周转批量从每月一次调整为每旬一次，调整后的平均返回周期缩短30%。

3 结论

通过收集零件现场瓶颈问题，从设计文件、毛料文件、工艺路线、工艺文件、数控程序、工装和生产安排等方面进行分析，应用无人干预、余量调整、工艺路线优化和节拍平衡等多种先进工具手段优化工艺内容并完成现场批量应用，达到预期目标，大幅提高某机匣的生产效率，避免该零件因生产周期长而导致的任务交付超出节点的情况，节省了为满足生产需求而新购设备的成本。通过这次研究，降低了该机匣的设备占用时间，对批量生产零件的生产稳定性有积极的影响，也可以减少科研任务的生产压力。

经现场批量生产加工验证，该机匣三级单组件达到如下目标：1）机加工序的总加工时间降低29%。2）生产节拍平衡率由45%提升至69%。3）批生产周期缩短34%。