簡(jiǎn)單分析整體輪加工效率和程序的優(yōu)化

隨著鐵路運(yùn)輸需要，機(jī)車(chē)速度和牽引噸位不斷提高，要求機(jī)車(chē)整體輪生產(chǎn)能力提高2～3倍。整體輪生產(chǎn)按照原來(lái)的工藝已無(wú)法滿足生產(chǎn)需求。德國(guó)進(jìn)口鍛件整體輪如圖1所示，毛坯質(zhì)量約為1 000kg，孔與外圓嚴(yán)重偏心，內(nèi)孔偏心和輪廓直徑加工余量大，且輪坯表面附著硬度很高的氧化層及鋼印號(hào)，切削中費(fèi)時(shí)又費(fèi)刀，直接影響生產(chǎn)效率及產(chǎn)品的質(zhì)量，針對(duì)上述一系列加工難點(diǎn)，合理選擇整體輪加工工藝路線，優(yōu)化程序，優(yōu)選刀具，有效保證質(zhì)量與加工效率成為生產(chǎn)中的當(dāng)務(wù)之急。


圖1 德國(guó)進(jìn)口整體輪毛坯實(shí)物

1.整體輪加工難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

在型號(hào)CK5116B-4A的數(shù)控立車(chē)上加工整體輪毛坯，其工藝難點(diǎn)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：
原來(lái)是把內(nèi)側(cè)平面、孔（見(jiàn)圖2）放在C5116B普通立式車(chē)床上加工，外側(cè)面、內(nèi)弧面和踏面分別在數(shù)控車(chē)床上加工，因裝夾次數(shù)過(guò)多，定位基準(zhǔn)面位移產(chǎn)生0.5～1mm的定位誤差，定位精度不能保證。由于普通立車(chē)上加工內(nèi)側(cè)平面、孔，工序簡(jiǎn)單、加工速度快，造成占地面積大，且多一臺(tái)普通立車(chē)就要增加操作工人。


分析上述不利的因素，決定擬定一條合理的工藝加工路線，減少裝夾次數(shù)，在普通立車(chē)上把外側(cè)面和孔在一次裝夾中加工出來(lái)，利用如圖3所示的夾具，把內(nèi)側(cè)面和踏面（見(jiàn)圖4）一次加工出來(lái)，把加工順序及走刀路線集中分配，不僅利于車(chē)削加工，還保證了尺寸精度，效率明顯提高。



原編制加工程序利用G94恒轉(zhuǎn)速車(chē)削，加工時(shí)主軸轉(zhuǎn)速恒定，通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給倍率開(kāi)關(guān)和主軸倍率開(kāi)關(guān)，這樣加工費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

經(jīng)過(guò)分析，考慮應(yīng)修改程序加工指令，用恒線速車(chē)削指令代替G94恒轉(zhuǎn)速，使整個(gè)工件加工時(shí)保證恒定的切削速度，減少了因切削速度變化引起工件表面結(jié)構(gòu)不一致的現(xiàn)象，充分發(fā)揮了數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)。

粗加工大型鍛件毛坯，由于毛坯偏心、加工量不均勻等因素，在編制加工程序方面應(yīng)考慮每道工序盡量減少空行程，按最短路線安排加工表面的加工順序。加工內(nèi)側(cè)圓弧和外側(cè)圓弧如圖5所示，原加工程序是利用“環(huán)繞法”加工編制，加工時(shí)的不利條件有：加工內(nèi)弧面和外側(cè)面，由于毛坯量集中在兩邊圓弧，中間平面加工余量偏少，粗加工過(guò)程造成空行程時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；空行程時(shí)，刀片接觸毛坯表面氧化層，導(dǎo)致刀片磨損快，降低了刀具壽命。


原工藝用φ28mm刀具加工，由于該刀具刀片接觸面積寬，切削抗力大，易引起振動(dòng)，使切削不平穩(wěn)，對(duì)機(jī)床精度有很大影響。

應(yīng)對(duì)措施是采用刀片直徑較小的涂層硬質(zhì)合金刀具取代現(xiàn)用刀具，這樣可減小切削抗力，使切削更平穩(wěn)，涂層刀具具有承受高速切削和強(qiáng)力切削的性能，耐磨性更好，不僅有利于提高功效，而且降低了刀具消耗。

2.改進(jìn)加工工藝

（1）制定合理的工藝路線。原加工工藝路線：車(chē)內(nèi)側(cè)平面、車(chē)孔→車(chē)外側(cè)面→車(chē)內(nèi)側(cè)弧面、車(chē)踏面。

新工藝加工路線：車(chē)外側(cè)面、車(chē)孔→車(chē)內(nèi)側(cè)面、車(chē)內(nèi)平面、內(nèi)弧面、踏面，新的工藝路線體現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn)：①工序變得連貫，加工一個(gè)整體輪，兩道工序共耗時(shí)約2h，生產(chǎn)效率高。②減少了設(shè)備數(shù)量（兩臺(tái)數(shù)控加工）、操作工人人數(shù)和占地面積，節(jié)省人力物力。③減少了工件裝夾次數(shù)，由原來(lái)的3次裝夾減少到2次裝夾，定位誤差大大減小，縮短了輔助時(shí)間，同時(shí)也為后繼工序（比如裝夾、吊運(yùn)和翻面）帶來(lái)了方便，生產(chǎn)效率顯著提高。

在新的工藝路線中，外側(cè)面和孔可以通過(guò)1次裝夾加工出來(lái)，內(nèi)側(cè)面可以在1次裝夾中加工出來(lái)。新的工藝加工1個(gè)整體輪，兩道工序耗時(shí)僅僅2h左右，與原來(lái)的加工工藝相比，工效提高兩倍，充分達(dá)到了工藝創(chuàng)新的目的。

（2）優(yōu)化加工程序。①將G94恒轉(zhuǎn)速改用G96恒線速加工，使切削速度不因直徑大小的改變而改變，始終保持恒定的切削速度。②因毛坯加工量不均勻，毛坯偏心嚴(yán)重，原加工程序是用G41，現(xiàn)決定把原加工程序分兩段加工。加工程序如表1～表3所示（表1為主程序，表2、表3是分段程序）。



主程序LZ-B1分為：LZ-B-1補(bǔ)償G41刀具半徑，輪廓左邊，順時(shí)針車(chē)削加工；LZ-B-2補(bǔ)償G42刀具半徑，輪廓右邊，逆時(shí)針車(chē)削加工。

把主程序LZ-B1分兩段加工，既縮短了加工路線，減少了刀具空行程時(shí)間，提高了工作效率，僅加工內(nèi)側(cè)圓弧面就節(jié)約了13min左右的空行程走刀，又減少了一次換刀片的時(shí)間。通過(guò)計(jì)算，利用程序分段加工一個(gè)整體輪可以節(jié)約加工時(shí)間26min左右；由于弧板面中間斜面毛坯量只有一刀，采用分段加工避免了刀片直接接觸氧化層而磨損刀片，降低了刀具磨損，延長(zhǎng)刀具使用壽命；提高了工作效率，降低了刀具的消耗，體現(xiàn)了“提高生產(chǎn)率和降低成本”這個(gè)目的，從而實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)。

（3）優(yōu)選加工刀具。整體輪材料分析如表4所示，通過(guò)了解整體輪材質(zhì)及硬度，粗加工較大的鍛件毛坯，首先考慮刀具材料應(yīng)具有較高的切削性能和刀具壽命，因此在六軸車(chē)整體輪粗加工中應(yīng)盡量使用優(yōu)質(zhì)高效刀具，充分把數(shù)控立車(chē)的效率發(fā)揮出來(lái)。



在刀具選擇方面進(jìn)行了分析、比較和試驗(yàn)等大量工作，最后優(yōu)化篩選出用φ20mm涂層硬質(zhì)合金刀具取代φ28mm的大直徑圓弧刀具。用φ20mm涂層硬質(zhì)合金的小直徑圓弧刀具加工，刀具實(shí)物如圖6所示。該刀具的優(yōu)點(diǎn)如下：①此刀具刀片直徑小，切削時(shí)刀片接觸面積小，降低了切削抗力，無(wú)振刀現(xiàn)象，并對(duì)機(jī)床損耗小。②刀片材料為涂層硬質(zhì)合金，具有表面硬度高、耐磨性好且能承受高速切削和強(qiáng)力切削等特性。③切削效率高，切削時(shí)比未涂層刀具壽命高3～4倍，切削速度高20%～70%，加工精度高0.5～1級(jí)，刀具消耗費(fèi)用降低20%～50%。


（4）使用φ20mm涂層硬質(zhì)合金刀具和使用φ28mm刀具比較如下：

在加工內(nèi)側(cè)面和踏面圓弧時(shí)，用φ28mm大直徑圓弧刀桿切削，抗力大、切削速度慢、起刀距離遠(yuǎn)、走刀時(shí)間長(zhǎng)，加工1個(gè)內(nèi)側(cè)圓弧面就要1片刀片，該刀片價(jià)值人民幣38.9～42元。用φ20mm的小直徑圓弧刀桿加工，加工4個(gè)內(nèi)側(cè)圓弧面才換1次刀片，每片刀片費(fèi)用約人民幣68～73.55元。

φ28mm刀具車(chē)削表面有振動(dòng)波紋，還需要再精車(chē)，尺寸精度、表面結(jié)構(gòu)達(dá)不到圖樣要求；新刀片切削效率高，由原來(lái)的轉(zhuǎn)速n = 25r/min提高到n = 45r/min，進(jìn)給量f由原來(lái)的0.3～0.5mm/r提高到了0.5～1mm/r；可以一次加工到尺寸，可以有效地控制尺寸精度。

由于φ28mm刀具接觸面大而引起的機(jī)床振動(dòng)，對(duì)機(jī)床損耗很大，機(jī)床故障率較高。 班組5臺(tái)數(shù)控立車(chē)維修工時(shí)多達(dá)150h左右，改用φ20mm刀具后，5臺(tái)數(shù)控立車(chē)每月維修工時(shí)最高70h。

加工內(nèi)側(cè)面里面平面時(shí)，兩種刀具切削三要素的比較如表5所示。



上述加工過(guò)程中可以看到，φ20mm的小直徑圓弧刀桿優(yōu)勢(shì)非常明顯，該刀具具有良好的耐磨性和耐熱性，特別適合高速切削；由于其耐用度高、通用性好，加工時(shí)可以有效減少換刀片次數(shù)，提高加工效率，推動(dòng)了整體輪粗加工切削的進(jìn)步。

3.結(jié)語(yǔ)

更改整體輪加工工藝實(shí)現(xiàn)了工序的集中，大大提升了工作效率，節(jié)約了1次裝夾校正的輔助時(shí)間；對(duì)加工程序的優(yōu)化，從根本上消除了不必要的空行程走刀，減少了刀具的不必要磨損，大大提高了刀具壽命，從根本上提高了整體輪粗加工效率，由改進(jìn)前粗加工一個(gè)車(chē)輪要用4h，通過(guò)3道工序才能完工，現(xiàn)僅用2h，通過(guò)兩道工序加工完成一個(gè)車(chē)輪；由原來(lái)一個(gè)班只能加工3個(gè)車(chē)輪提高到每個(gè)班完成6個(gè)車(chē)輪，提高工效兩倍，產(chǎn)品的一次交檢合格率達(dá)到99.98%。
通過(guò)對(duì)刀具的優(yōu)選，用φ20mm的刀具取代φ28mm刀具，刀片可以節(jié)約60元/班，按11臺(tái)數(shù)控機(jī)床三班倒計(jì)算，每月可節(jié)約5 1480元，一年可節(jié)約刀具消耗成本約617 760元。產(chǎn)品質(zhì)量大幅提高，表面結(jié)構(gòu)完全符合圖樣要求。