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從一個零件看中美技術人員工藝設計的不同

如圖,是美國轉讓給中國的某產品中的一個零件形狀草圖,材料是Φ66的硬鋁棒料,機加工藝分三道工序加工:一序,六軸自動車,內外螺紋只加工底孔與外徑,圓弧錐頭部粗加工,其余尺寸加工合格;二序,螺紋銑,兩個內螺紋,一個外螺紋;三序,六角車靠模板車弧錐體及小頭。

設計依據是,要有月產兩萬件成品能力,此零件不能低于22000件。

在設計一條多工序組成的生產線時,工藝設計人員要根據生產綱領,預先制定出產品的生產節拍。根據這個節拍選用設備和設計相關的工裝,并確定關鍵零件和關鍵工序。也就是人們常說的找出木桶的短板,以使整條生產線能均衡有序的運轉。這個產品的短板就是這個零件。按講,加工能力極強的六軸自動車,完全可以加工合格,為什么還要分三道工序,這就要從六軸自動車的特點說起,這是全自動的組合機床,俗稱自動機鉆銑鉸車鏜,效率極高,雖然也能加工螺紋,但對總體加工速度影響較大。

就像這個零件,根據生產節拍,單件加工不能超過一分鐘(必須單休日),如果采用內攻外套的方式,需90秒左右,一臺機床不夠,兩臺機床閑置時間過多不說,這種設備好的調整工人數量很少,即使在有幾十年使用歷史的老企業,也不多。因此,影響生產進度的短板,經常會出現在這種加工效率極高的設備上。解決的辦法就是卸載,而卸載螺紋效果最明顯。不加工螺紋,單件時間50秒左右,可以滿足節拍要求。至于圓弧錐體和小頭,在六軸車上經常加工,短的直接用棱形成型刀車,長的加一靠模板車,不是難題,但由于零件尺寸較多,材料切削量高達70%以上,工位刀具排滿仍不夠用,只好在六角車上加工了。這個六角車方案一開始并不被看好,很多人認為這種設備有些落后,不如用簡易數控車加工,但一實驗發現,數控車的進刀方式不適合零件的性能要求,原來選用的數控車進刀方式是直角坐標,也就是每次進刀刀先徑向到位后再軸向,被加工表面是一種階梯表面,雖然加快轉速,減小走刀,肉眼和手摸都很光滑。但放大鏡下一看,仍是階梯。

也許有人認為這是吹毛求疵,但在這個特殊產品上還真的不行。產品組裝好進行性能試驗,結果最大射程達不到設計要求,分析原因可能是那些小臺階增加的阻力,影響了產品的飛行速度。后改用六角車用靠模板加工的零件,最大射程達到了設計要求。這類零件的錐體一般都是直錐,而這個零件卻是帶弧度的錐體,有點流線型,之所以設計成這樣,那一定不是設計人員心血來潮,肯定有他的理論依據??磥淼眠x用更高檔的加工中心,來加工這個低級零件了。產品試制成功,原以為中國的設備和技術人員干不出這種產品,要干就得花大價錢買美國的生產線,高薪聘請美國的技術人員。老美也想像原來的蘇聯一樣,宰上一把。沒想到美夢落空,如今的中國機械制造業已和剛建國時不可同日而語??捎钟悬c不太相信,于是派了個考察團,很值得佩服的是,美國的技術人員雖有著世界頂尖的工業技術水平,但卻不妄自尊大。一個技術人員來到了六角車前,看到車刀流暢的車出弧形錐體,為了能看清工作原理,竟爬到油污的地上,通過機床底座的排屑口看工作原理??催^后贊嘆地說,太有創意了。

后來賣給中國的美制八軸自動車上,就是用這種靠模板來加工弧錐體的,看來老美的技術人員是見有用的技術就拿。由于國情的不同,老美的工藝思路和中國人的工藝思路,還是有不同的側重點的。像制造這種產品,中國人優先考慮的是速度,其次才是效益。老美可是先考慮效益最大化的。在八軸自動車上一次加工完全部尺寸,單件時間是一分鐘,剛剛能跟得上節拍。但單機生產,一旦機床出現故障,耽誤時間較長就很難再趕上進度。尤其是在特殊的情況下,那可是……后來還是把兩個需要攻絲的內螺紋改到螺紋銑上加工,而外螺紋老美用的是螺紋梳刀,速度完全能跟得上,單件時間降到45秒左右。

以上是切削工藝上的設計理念,工藝設計的第一步,設備。第二部是刀具,老美的技術人員和咱們技術人員基本上思路一致,就不說了,要說的是量具設計。機床拉來調好,工人一看量具嘲笑道,這老美的工藝設計人員設計的量具也太沒創意了吧?

說到量具,身在機械行業工作的都知道卡尺千分尺角度尺,甚至還能說出標準塊規、齒形規、厚薄規等不少通用又常用的量具來。似乎只要是干機加工的,就離不開這些量具。要是在有幾千機加工人和設備的一個機械加工廠,每月加工出的零件數十百萬計,而在生產線上竟沒有以上所說的任何一種量具,人們會不解地問,那可怎么干活???這里就出現了一個觀念,即大批量零件加工時,往往在二三十秒的時間里加工出形狀復雜的十幾個尺寸,要想在這么短的時間里準確的測量,那些通用的量具一是根本就勝任不了,二是太嬌貴,很容易壞,三是價格昂貴,更要命的是有很多尺寸根本就測量不準。所以必須設計專用量具。就以這個零件來說,根據零件的尺寸,美國的工藝設計人員設計的量具目錄如下;兩個內螺紋通止螺紋塞規4件,螺紋底孔通止規2件;外螺紋通止環規兩個,外徑卡規一件……我數了一下,各種量具共31塊,即使一個熟練的操作工人,量完一件活也得幾分鐘,而機床的加工速度是45秒一件,八軸自動車,首件必檢就是八件,八件活沒驗完就不敢接著干,只好停車量活,再出現有的尺寸不合格,要調整刀具往往上班一半個小時無法正常生產,這種設備的效率可是用秒計算的??!因此,能否設計出結構簡單,測量快捷準確的量具,就看出一個工藝設計人員的專業水平高低了。說美國工藝設計人員設計的量具沒創意,那也是有根據的。批量加工專用量具雖然千奇百怪,但原理卻只有兩個,即通止,形狀也以外圓卡規或外圓環規、角度量規;內孔和螺紋塞規;測臺階和長短的高低規三大類,這三大類量具使用了有上百年,如今仍是大批量零件加工測量的主要量具,當然也出現了不少測量更快更好的專用量具。

全球技術最先進的美國同行,到現在還在設計使用這種量具,使人覺得有點不可思議。簡單介紹一下這種類型的量具特點,一塊量具,兩個尺寸,一個是最大尺寸,一個是最小尺寸。測量時基本是憑手感,也就是常說的盲測,所以測量精度不是很高,尤其是對公差小而又加工到極限尺寸的測量,誤判率較高。這種量具之所以到現在仍在大批量零件加工中使用,主要是制造成本低,使用維護簡單,最大的特點是皮實耐用,這些量具在正常使用時,一般都是一個月校對一次,大部分都可用千分尺和標準塊規校對,只有通用量具難以校對的才設計專門的校對規。在對大批量零件尺寸測量時,對專職檢驗員來說雖然靠投影儀,電光儀和各種傳動工具可以大大的提高效率,但仍有不少尺寸需要挨個過,測量速度快到一兩秒一個尺寸,這其中對孔深和外臺階的測量最費時間,尤其是孔,根本就看不到,全憑手感,遇到極限尺寸,常使檢驗人員反復測量,猶豫不決。為此,我廠技術人員設計了一種專門測量這類尺寸的1:2的杠桿指示器,實際尺寸直接從百分表上讀取,不但一目了然,測量精度提高了一個等級,測量誤差達到0.005,可大幅度的提高檢測速度,消除誤判。因為表上的兩格的實際尺寸只有0.01。這種量具的結構并不復雜,成本也不高,美國的技術人員不會想不到。我的分析是這種百分表量具測量精度很高,測量速度也很快,但不足處是太嬌貴,每班都要有專業人員進行一次校對,返修率也較高。一個生產車間,少說也有幾十塊這種量具,校對和維修都要配置專職人員。聯想到老美,把咱們三道工序加工的尺寸,一并設計到八軸自動車上的工藝思路,突然醒悟,這可能就與國情有關了。

老美的設計思路是盡量發揮設備所有功能,這樣可以減少工藝程序的設計,更主要的是減少工人的數量,表面上看是工藝很先進。至于加工成本的高低,那是老板和行政部門的事,不屬工藝設計的范疇。量具設計上也不能說不合理,因為加工的零件屬一次性使用產品,精度不高,基本公差都在0.10到0.30之間,沒必要設計那種測量精度雖高,卻還要天天用人校對維修的量具。兩件事都糾結在一個人字上。只要少用人,制造成本高一些也行,這樣也可以提高產品價格嘛,標準的市場經濟理念。咱們的工藝設計人員,追求的是提高效率,降低成本,標準的計劃經濟理念,所以又把兩個影響自動機效率的兩個內螺紋又移到螺紋銑上??磥韺ο冗M與落后的定義還真是大有學問。

作者:六角車

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5條評論

  1. 蘇敏華說道:

    非常贊同。思維方向會改變的。

  2. 何斌博客說道:

    我雖然是中國人,但我也不否認,中國人的思維確實沒用美國人活躍

  3. 秦遠征說道:

    老美和中國人的設計思維是不一樣的,多易導致結果大相徑庭

  4. 李冬說道:

    老美的人力成本太高了,所以人家要想方設法降低這方面的消耗;而國內就正好相反了。

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