从一个零件看中美技术人员工艺设计的不同

如图,是美国转让给中国的某产品中的一个零件形状草图,材料是Φ66的硬铝棒料,机加工艺分三道工序加工:一序,六轴自动车,内外螺纹只加工底孔与外径,圆弧锥头部粗加工,其余尺寸加工合格;二序,螺纹铣,两个内螺纹,一个外螺纹;三序,六角车靠模板车弧锥体及小头。

设计依据是,要有月产两万件成品能力,此零件不能低于22000件。

在设计一条多工序组成的生产线时,工艺设计人员要根据生产纲领,预先制定出产品的生产节拍。根据这个节拍选用设备和设计相关的工装,并确定关键零件和关键工序。也就是人们常说的找出木桶的短板,以使整条生产线能均衡有序的运转。这个产品的短板就是这个零件。按讲,加工能力极强的六轴自动车,完全可以加工合格,为什么还要分三道工序,这就要从六轴自动车的特点说起,这是全自动的组合机床,俗称自动机钻铣铰车镗,效率极高,虽然也能加工螺纹,但对总体加工速度影响较大。

就像这个零件,根据生产节拍,单件加工不能超过一分钟(必须单休日),如果采用内攻外套的方式,需90秒左右,一台机床不够,两台机床闲置时间过多不说,这种设备好的调整工人数量很少,即使在有几十年使用历史的老企业,也不多。因此,影响生产进度的短板,经常会出现在这种加工效率极高的设备上。解决的办法就是卸载,而卸载螺纹效果最明显。不加工螺纹,单件时间50秒左右,可以满足节拍要求。至于圆弧锥体和小头,在六轴车上经常加工,短的直接用棱形成型刀车,长的加一靠模板车,不是难题,但由于零件尺寸较多,材料切削量高达70%以上,工位刀具排满仍不够用,只好在六角车上加工了。这个六角车方案一开始并不被看好,很多人认为这种设备有些落后,不如用简易数控车加工,但一实验发现,数控车的进刀方式不适合零件的性能要求,原来选用的数控车进刀方式是直角坐标,也就是每次进刀刀先径向到位后再轴向,被加工表面是一种阶梯表面,虽然加快转速,减小走刀,肉眼和手摸都很光滑。但放大镜下一看,仍是阶梯。

也许有人认为这是吹毛求疵,但在这个特殊产品上还真的不行。产品组装好进行性能试验,结果最大射程达不到设计要求,分析原因可能是那些小台阶增加的阻力,影响了产品的飞行速度。后改用六角车用靠模板加工的零件,最大射程达到了设计要求。这类零件的锥体一般都是直锥,而这个零件却是带弧度的锥体,有点流线型,之所以设计成这样,那一定不是设计人员心血来潮,肯定有他的理论依据。看来得选用更高档的加工中心,来加工这个低级零件了。产品试制成功,原以为中国的设备和技术人员干不出这种产品,要干就得花大价钱买美国的生产线,高薪聘请美国的技术人员。老美也想像原来的苏联一样,宰上一把。没想到美梦落空,如今的中国机械制造业已和刚建国时不可同日而语。可又有点不太相信,于是派了个考察团,很值得佩服的是,美国的技术人员虽有着世界顶尖的工业技术水平,但却不妄自尊大。一个技术人员来到了六角车前,看到车刀流畅的车出弧形锥体,为了能看清工作原理,竟爬到油污的地上,通过机床底座的排屑口看工作原理。看过后赞叹地说,太有创意了。

后来卖给中国的美制八轴自动车上,就是用这种靠模板来加工弧锥体的,看来老美的技术人员是见有用的技术就拿。由于国情的不同,老美的工艺思路和中国人的工艺思路,还是有不同的侧重点的。像制造这种产品,中国人优先考虑的是速度,其次才是效益。老美可是先考虑效益最大化的。在八轴自动车上一次加工完全部尺寸,单件时间是一分钟,刚刚能跟得上节拍。但单机生产,一旦机床出现故障,耽误时间较长就很难再赶上进度。尤其是在特殊的情况下,那可是……后来还是把两个需要攻丝的内螺纹改到螺纹铣上加工,而外螺纹老美用的是螺纹梳刀,速度完全能跟得上,单件时间降到45秒左右。

以上是切削工艺上的设计理念,工艺设计的第一步,设备。第二部是刀具,老美的技术人员和咱们技术人员基本上思路一致,就不说了,要说的是量具设计。机床拉来调好,工人一看量具嘲笑道,这老美的工艺设计人员设计的量具也太没创意了吧?

说到量具,身在机械行业工作的都知道卡尺千分尺角度尺,甚至还能说出标准块规、齿形规、厚薄规等不少通用又常用的量具来。似乎只要是干机加工的,就离不开这些量具。要是在有几千机加工人和设备的一个机械加工厂,每月加工出的零件数十百万计,而在生产线上竟没有以上所说的任何一种量具,人们会不解地问,那可怎么干活啊?这里就出现了一个观念,即大批量零件加工时,往往在二三十秒的时间里加工出形状复杂的十几个尺寸,要想在这么短的时间里准确的测量,那些通用的量具一是根本就胜任不了,二是太娇贵,很容易坏,三是价格昂贵,更要命的是有很多尺寸根本就测量不准。所以必须设计专用量具。就以这个零件来说,根据零件的尺寸,美国的工艺设计人员设计的量具目录如下;两个内螺纹通止螺纹塞规4件,螺纹底孔通止规2件;外螺纹通止环规两个,外径卡规一件……我数了一下,各种量具共31块,即使一个熟练的操作工人,量完一件活也得几分钟,而机床的加工速度是45秒一件,八轴自动车,首件必检就是八件,八件活没验完就不敢接着干,只好停车量活,再出现有的尺寸不合格,要调整刀具往往上班一半个小时无法正常生产,这种设备的效率可是用秒计算的啊!因此,能否设计出结构简单,测量快捷准确的量具,就看出一个工艺设计人员的专业水平高低了。说美国工艺设计人员设计的量具没创意,那也是有根据的。批量加工专用量具虽然千奇百怪,但原理却只有两个,即通止,形状也以外圆卡规或外圆环规、角度量规;内孔和螺纹塞规;测台阶和长短的高低规三大类,这三大类量具使用了有上百年,如今仍是大批量零件加工测量的主要量具,当然也出现了不少测量更快更好的专用量具。

全球技术最先进的美国同行,到现在还在设计使用这种量具,使人觉得有点不可思议。简单介绍一下这种类型的量具特点,一块量具,两个尺寸,一个是最大尺寸,一个是最小尺寸。测量时基本是凭手感,也就是常说的盲测,所以测量精度不是很高,尤其是对公差小而又加工到极限尺寸的测量,误判率较高。这种量具之所以到现在仍在大批量零件加工中使用,主要是制造成本低,使用维护简单,最大的特点是皮实耐用,这些量具在正常使用时,一般都是一个月校对一次,大部分都可用千分尺和标准块规校对,只有通用量具难以校对的才设计专门的校对规。在对大批量零件尺寸测量时,对专职检验员来说虽然靠投影仪,电光仪和各种传动工具可以大大的提高效率,但仍有不少尺寸需要挨个过,测量速度快到一两秒一个尺寸,这其中对孔深和外台阶的测量最费时间,尤其是孔,根本就看不到,全凭手感,遇到极限尺寸,常使检验人员反复测量,犹豫不决。为此,我厂技术人员设计了一种专门测量这类尺寸的1:2的杠杆指示器,实际尺寸直接从百分表上读取,不但一目了然,测量精度提高了一个等级,测量误差达到0.005,可大幅度的提高检测速度,消除误判。因为表上的两格的实际尺寸只有0.01。这种量具的结构并不复杂,成本也不高,美国的技术人员不会想不到。我的分析是这种百分表量具测量精度很高,测量速度也很快,但不足处是太娇贵,每班都要有专业人员进行一次校对,返修率也较高。一个生产车间,少说也有几十块这种量具,校对和维修都要配置专职人员。联想到老美,把咱们三道工序加工的尺寸,一并设计到八轴自动车上的工艺思路,突然醒悟,这可能就与国情有关了。

老美的设计思路是尽量发挥设备所有功能,这样可以减少工艺程序的设计,更主要的是减少工人的数量,表面上看是工艺很先进。至于加工成本的高低,那是老板和行政部门的事,不属工艺设计的范畴。量具设计上也不能说不合理,因为加工的零件属一次性使用产品,精度不高,基本公差都在0.10到0.30之间,没必要设计那种测量精度虽高,却还要天天用人校对维修的量具。两件事都纠结在一个人字上。只要少用人,制造成本高一些也行,这样也可以提高产品价格嘛,标准的市场经济理念。咱们的工艺设计人员,追求的是提高效率,降低成本,标准的计划经济理念,所以又把两个影响自动机效率的两个内螺纹又移到螺纹铣上。看来对先进与落后的定义还真是大有学问。

作者:六角车

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5条评论

  1. 苏敏华说道:

    非常赞同。思维方向会改变的。

  2. 何斌博客说道:

    我虽然是中国人,但我也不否认,中国人的思维确实没用美国人活跃

  3. 秦远征说道:

    老美和中国人的设计思维是不一样的,多易导致结果大相径庭

  4. 李冬说道:

    老美的人力成本太高了,所以人家要想方设法降低这方面的消耗;而国内就正好相反了。

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