上海 13 號(hào)線增購(gòu)構(gòu)架刀具碰撞母材問(wèn)題工藝優(yōu)化
2020-4-7 來(lái)源： 中車(chē)浦鎮(zhèn)龐巴迪運(yùn)輸 、南京浦鎮(zhèn)車(chē)輛 作者：劉麗娜 郝嘯宇
摘要: 對(duì)加工上海 13 號(hào)線增購(gòu)電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)面刀具碰撞母材的問(wèn)題作出分析，提出解決方案，并對(duì)解決方案的不足之處進(jìn)行工藝優(yōu)化，不僅解決了母材干涉問(wèn)題，更實(shí)現(xiàn)了最大化的降本增效。
關(guān)鍵詞: 電機(jī)吊座; 刀具; 母材干涉
在上海 13 號(hào)線增購(gòu)構(gòu)架電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)臺(tái)階面加工時(shí)，連續(xù)發(fā)生了刀具碰撞母材的問(wèn)題，如圖1 所示。由于母材被加工，可能會(huì)影響后續(xù)行車(chē)的安全，考慮此問(wèn)題的嚴(yán)重性，公司組織相關(guān)技術(shù)人員對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行工藝分析，并提出后續(xù)工藝優(yōu)化解決方案，保證此產(chǎn)品能夠高質(zhì)量如期交付。
圖 1 刀具碰撞電機(jī)吊座母材
1 、電機(jī)吊座加工工藝分析
電機(jī)吊座來(lái)料臺(tái)階寬 55 mm，X 向與 Z 向公差± 0． 5 mm，為保證其裝配要求，需加工電機(jī)上吊座內(nèi)側(cè)臺(tái)階面和外側(cè)臺(tái)階面，保證內(nèi)側(cè)臺(tái)階面深度15+ 00mm、臺(tái)階寬 45－ 0． 1－ 0． 5mm，如圖 2 所示。通過(guò)分析可知，電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)臺(tái)階面單邊被加工 5 mm，加工分為粗銑和精銑 2 步，精銑留有 0． 5 mm 精加工余量，粗銑加工用的是 32 mm 玉米銑刀，由于此刀不能進(jìn)行大深度的切削，為保證該刀具加工的經(jīng)濟(jì)性和安全性，工藝要求粗加工分 2 刀進(jìn)行，第 1 刀加工2 mm，第 2 刀加工 2． 5 mm。
圖 2 電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)臺(tái)階面
2 、問(wèn)題原因分析
上海 13 號(hào)線增購(gòu)項(xiàng)目對(duì)本公司來(lái)說(shuō)已經(jīng)是一個(gè)很成熟的項(xiàng)目，在首件試制和前期批量生產(chǎn)的過(guò)程中并未出現(xiàn)此現(xiàn)象，考慮到發(fā)生的連續(xù)性，起初并沒(méi)有認(rèn)為是機(jī)加工方面的問(wèn)題，因?yàn)槿绻堑毒叩脑颍瑔?wèn)題應(yīng)該早就被暴露出來(lái)。于是筆者對(duì)上工序焊接平衡方面進(jìn)行了查找，首先想到是否會(huì)因?yàn)楹附悠胶獬叽缯医璩鰳O限，導(dǎo)致電機(jī)吊座焊偏致使刀具加工碰到母材。通過(guò)對(duì)問(wèn)題構(gòu)架的報(bào)告進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，雖然所有項(xiàng)點(diǎn)取極限公差，但均符合公差± 2 mm 的平衡工藝要求，可排除焊接問(wèn)題的可能性。接著從源頭查找原因，探究電機(jī)吊座來(lái)料本身尺寸是否存在問(wèn)題，重點(diǎn)核查了能夠影響加工碰到母材的 X 向和 Z 向尺寸，結(jié)果來(lái)料尺寸也在公差范圍之內(nèi)，沒(méi)有任何問(wèn)題。當(dāng)排除了焊接和毛料的問(wèn)題，最終回歸到刀具本身，就此提出了一個(gè)疑問(wèn)，在毛料和焊接平衡尺寸以及電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)臺(tái)階面加工都走極限公差的情況下，這些公差累積是否會(huì)致使刀具尺寸安全距離不夠。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)加工情況反饋以及工藝分析可知，在加工電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)面刀具碰到母材都是第 1 刀粗銑的時(shí)候發(fā)生，第 1 刀粗銑加工 2 mm，于是以第 1 刀粗加工為臨界點(diǎn)進(jìn)行圖紙分析，如圖 3 所示。
圖 3 電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)面加工放大示意圖
由圖 3 可知，在 X 向焊接平衡以及毛料都走極限公差的話，通過(guò)計(jì)算可以得出: x = 32 － 2 － 2 － 0． 5－ 10 = 17． 5 mm，h = 17． 5 × tan ( 90 － 80 ) ° = 3． 08mm，而 Z 向極限公差累積尺寸為 H = 2 + 0． 5 + 1 =3． 5 mm，通過(guò)對(duì)比可知，H ＞ h，說(shuō)明在 X 向與 Z 向全部走極限的情況下，用 32 mm 玉米銑刀加工刀具安全距離是不夠的，可以加工到母材。以上分析的是電機(jī)吊座毛料、焊接平衡以及加工臺(tái)階深度同時(shí)走極限的情況，這種情況發(fā)生的概率較低，通常不會(huì)發(fā)生，這也恰恰解釋了初期在首件試制和批量生產(chǎn)加工過(guò)程中問(wèn)題為什么沒(méi)有暴露出來(lái)。
3 、解決方案
為了徹底杜絕此類(lèi)問(wèn)題發(fā)生的可能性，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和后續(xù)行車(chē)的安全性，選擇了直徑較小的25 mm 玉米銑刀來(lái)加工電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)面，從根本上杜絕干涉。
但是在用 25 mm 玉米銑刀加工的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)刀具振動(dòng)特別大，刀片消耗很快，甚至經(jīng)常出現(xiàn)崩刀的現(xiàn)象造成刀具損壞。通過(guò)分析，該刀具較 32mm 玉米銑刀相比，有效切削刃較少，整體剛性較差，不能實(shí)現(xiàn)同樣的進(jìn)給速度，致使加工時(shí)間較長(zhǎng)并且極容易震刀。
4 、優(yōu)化解決方案
用 25 mm 玉米銑刀代替 32 mm 玉米銑刀加工電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)面雖然可以解決刀具干涉母材的問(wèn)題，但是從加工效率、消耗以及產(chǎn)品質(zhì)量方面來(lái)看不如之前。通過(guò)對(duì)以上問(wèn)題的分析，重新選用了 25mm 立銑刀。此刀具使用較短的切削刃，提高了刀具整體剮性，涂層前進(jìn)行過(guò)鈍化，剛性較強(qiáng)，并且擁有 4 個(gè)有效切削刃，配有專(zhuān)用的強(qiáng)力柄，可以實(shí)現(xiàn)高速快進(jìn)給加工［1］，對(duì)此制定了試驗(yàn)方案，具體參數(shù)數(shù)據(jù)如表 1 所示。
表 1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案
由于公司生產(chǎn)安排及工裝的唯一性，加工海上13 號(hào)線增購(gòu)構(gòu)架選用的設(shè)備是國(guó)產(chǎn)濟(jì)南機(jī)床，在進(jìn)行試驗(yàn) 6 的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間高速大切削量加工機(jī)床的負(fù)載較大，會(huì)出現(xiàn)輕微的異響，所以不再進(jìn)行更高速大切削量加工的試驗(yàn)。
5 、效果驗(yàn)證
通過(guò)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，把優(yōu)化解決方案與原解決方案對(duì)比，見(jiàn)表 2。
表 2 優(yōu)化解決方案與原解決方案對(duì)比
可知試驗(yàn) 4、5 加工時(shí)間雖較短，但是加工噪音較大，刀具的消耗也較大，甚至在長(zhǎng)時(shí)間高速大削量加工的過(guò)程中，刀具的切削刃會(huì)出現(xiàn)熱裂紋。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，由于此刀具的刀尖角較小，斷屑性能較差，在高速大切削量的加工中，切削熱不能夠更多地傳給切削并利用高速切離的切削把切削熱迅速帶走，大量聚集的切削熱與冷卻液反復(fù)冷熱循環(huán)，對(duì)刀具沖擊性和傷害較大，大大影響了刀具的壽命［2 ］。
經(jīng)過(guò)對(duì)比，從加工效率、刀具刀片消耗、加工狀況綜合考慮，不難看出試驗(yàn) 2 為最優(yōu)解決方案，每個(gè)構(gòu)架部位加工時(shí)間節(jié)省 24 min，加工效率提升60% 。
6 、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)提出用 25 mm 立銑刀代替 25 mm 玉米銑刀來(lái)優(yōu)化加工上海 13 號(hào)線增購(gòu)電機(jī)吊座內(nèi)側(cè)面，不僅徹底解決了刀具干涉母材的問(wèn)題，保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，更大大提高了加工效率。目前，該優(yōu)化工作已經(jīng)完成，并取得良好的效果，但是在刀具更換的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，消耗的 25 mm立銑刀只是磨損了加工區(qū)域，剩余的切削刃是完好的。如果消耗完就報(bào)廢非常浪費(fèi)，通過(guò)分析公司在制產(chǎn)品的加工工藝特點(diǎn)，筆者認(rèn)為后續(xù)的研究可以把消耗刀具的可再使用區(qū)利用起來(lái)，加工 B 型線一系軸箱止檔，煥發(fā)此刀具的二次生命，實(shí)現(xiàn)最大程度化的降本增效。
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