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上海 13 號線增購構架刀具碰撞母（mǔ）材問題工藝優化

2020-4-7 來源：中車浦鎮龐巴迪運輸、南京（jīng）浦鎮（zhèn）車輛作者：劉麗娜郝嘯宇

摘要: 對加工上海 13 號線增購電機吊座內側麵刀具碰撞母材的問題作出分析，提出解決（jué）方案，並對解決方案的不（bú）足之處進行工藝優化，不僅解決了母材（cái）幹（gàn）涉問題，更實現了最大化的（de）降本增效。

關鍵詞: 電機吊座; 刀具; 母材幹涉

在上海（hǎi） 13 號線增購構（gòu）架電機吊座（zuò）內側台（tái）階（jiē）麵加工（gōng）時，連續發生了刀具碰撞母材的問題，如圖1 所示。由（yóu）於（yú）母材被（bèi）加工，可能會影響（xiǎng）後續行車（chē）的安全，考慮此問題的嚴（yán）重性，公司組（zǔ）織相關技術人員對此問題進行工藝分析，並提出後續工藝優化解決方案，保證此（cǐ）產品能夠高質量如期交付。

圖 1 刀具碰撞電機吊座母材

1 、電機（jī）吊座加（jiā）工工藝分析（xī）

電（diàn）機吊（diào）座來料台階寬 55 mm，X 向與 Z 向公差± 0． 5 mm，為保證其裝配要求（qiú），需加工電機上吊座內側台階麵和外（wài）側台階麵，保證內側台階麵（miàn）深度15+ 00mm、台階寬 45－ 0． 1－ 0． 5mm，如圖 2 所示。通過分析可知（zhī），電機吊座內側台（tái）階麵單邊被加工 5 mm，加（jiā）工分為粗銑和精（jīng）銑 2 步，精銑留有 0． 5 mm 精加工餘量，粗銑加工用的是（shì） 32 mm 玉米銑刀，由於（yú）此刀不能進行大深度的切削，為保（bǎo）證該刀具加工的經濟性和安全性，工藝要求粗（cū）加（jiā）工分 2 刀進行（háng），第 1 刀加工2 mm，第 2 刀加工 2． 5 mm。

圖 2 電機吊座內側台階麵

2 、問題原因分析

上海 13 號線增購（gòu）項目對（duì）本公司來說已經是一個很成熟（shú）的項目，在首件試製和前期批量生產的（de）過（guò）程中並未出現此現象，考慮到發生的（de）連續性，起初並沒（méi）有認為是機加工方麵的問題，因為如果（guǒ）是刀（dāo）具的原因，問題應該早就被暴露出來。於是筆者對上工序焊接平衡方（fāng）麵進行（háng）了查找，首先想到是否會因為焊接平衡（héng）尺寸找借（jiè）超出極限，導致電機吊座焊偏致使刀具加（jiā）工碰到母材。通過對問題構架的報（bào）告進行數（shù）據分析，雖然所有項點取極限公差，但均符合公差± 2 mm 的平衡工藝要求，可排除焊接問題的可（kě）能性。接著從源頭查找原因，探究電機吊座來料本身尺（chǐ）寸是否存在問題，重點核查了能（néng）夠影（yǐng）響加工碰到母材的 X 向和 Z 向尺寸，結果來料（liào）尺（chǐ）寸也在公差範圍之內，沒有任（rèn）何問（wèn）題。當排除了（le）焊接和毛料的（de）問題（tí），最終回歸到刀具（jù）本身，就此提出了一個疑（yí）問，在（zài）毛料和焊接平衡尺（chǐ）寸以及電機（jī）吊座內側台階麵加工都（dōu）走極限公差的情況下，這些公差累積是否會致使刀具尺（chǐ）寸安全距離（lí）不夠。通過現場加工情況反饋以及工藝分析可知，在加工電機吊座內側麵刀具（jù）碰到母材都是第 1 刀粗銑的時候發生，第 1 刀粗銑加工（gōng） 2 mm，於是以第 1 刀粗加工（gōng）為（wéi）臨界點（diǎn）進行（háng）圖紙分析，如圖 3 所示（shì）。

圖 3 電機（jī）吊座內側麵加工放大示意圖

由圖 3 可知，在 X 向（xiàng）焊（hàn）接平衡以及毛料都走極限（xiàn）公差的話，通過計（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（xiàng）極限公差累積（jī）尺寸為 H = 2 + 0． 5 + 1 =3． 5 mm，通過對比可知，H ＞ h，說明在 X 向與 Z 向全部走極限的情況下，用（yòng） 32 mm 玉米銑刀（dāo）加工（gōng）刀具安全距離是不夠的，可以加工到母材。以上分析的是電機吊座毛料、焊接平衡以及（jí）加工台階深（shēn）度同時走極限的情況，這種情況發生的（de）概率（lǜ）較低（dī），通常不會（huì）發生，這也恰恰解釋了初期在首件試製和批（pī）量生產加工過程中問題為什麽沒有暴露出（chū）來。

3 、解決方（fāng）案

為了徹底杜絕此類問題發生的可能性，保證產品的（de）質量和後續行車的（de）安全性，選擇了直徑較（jiào）小的25 mm 玉米銑刀（dāo）來加工電機吊座內側麵，從根本上杜絕（jué）幹涉。

但是在用 25 mm 玉米銑刀（dāo）加工的過程中，發（fā）現刀具振動特別大（dà），刀片消（xiāo）耗很快，甚至經常出現崩刀的現象（xiàng）造成刀（dāo）具損壞。通過分析，該刀具（jù）較 32mm 玉米銑刀相比（bǐ），有效切削刃較少，整體剛性（xìng）較（jiào）差，不能實現同樣的進給速度，致使加（jiā）工時間較長並且極容（róng）易震刀。

4 、優化解決方案

用 25 mm 玉米銑（xǐ）刀代替 32 mm 玉米銑刀加工電機吊座內側麵雖然可以解決刀具（jù）幹涉母材的問題，但是從加工效率、消耗以（yǐ）及產品（pǐn）質（zhì）量（liàng）方麵來看不如之前。通過對以上問題的分析，重新選（xuǎn）用了 25mm 立銑刀。此刀具使用較短的切削刃，提高了（le）刀具整體剮性，塗（tú）層前進行過（guò）鈍化（huà），剛性較強（qiáng），並且擁有 4 個有效切削刃（rèn），配有（yǒu）專用的強力柄，可以實現高速快進給加工（gōng）［1］，對此製定了試驗方案，具體參數數（shù）據如表 1 所示。

表 1 優化實驗方案

由於公（gōng）司生產安排及工裝的唯一性，加工海上13 號線增（zēng）購構架選用（yòng）的設（shè）備是國（guó）產（chǎn）濟南機床，在進（jìn）行試驗 6 的過程中，發現長時間高速（sù）大切（qiē）削量加（jiā）工機床的負載較大，會出現輕微的異響，所以不再進（jìn）行更高速大切削量加工的試驗。

5 、效果驗證（zhèng）

通過相（xiàng）關（guān）試驗數據的統計，把優化解決方案與原解決方案對比，見表 2。

表 2 優化解（jiě）決方（fāng）案與原解（jiě）決方案對比

可知試（shì）驗 4、5 加工時間雖較短，但是加工（gōng）噪音（yīn）較大，刀具的消耗也（yě）較（jiào）大，甚（shèn）至在長時（shí）間高速大削量加工的過程中，刀具的切削刃會出現熱裂紋。通過分析發現，由（yóu）於此刀具的刀尖角較小，斷屑性能（néng）較差，在高速大切削量的（de）加工中，切削熱不能夠（gòu）更多（duō）地傳給切削並利用高速切離的切削把切削熱迅（xùn）速帶走，大量聚集的切削熱與冷卻液反複冷熱循環，對刀具衝擊性和（hé）傷害較大，大大影響（xiǎng）了刀具的壽命［2 ］。

經過對比，從加工效率、刀具刀片消耗、加工狀況綜合考慮，不難看（kàn）出試驗 2 為最優解決方案，每個構架部（bù）位加工時間（jiān）節（jiē）省 24 min，加工效率提升60% 。

6 、結束語

通過提出用 25 mm 立銑刀代替 25 mm 玉米銑刀來優化加工上海 13 號線增購電機吊座內側麵（miàn），不僅徹底解決（jué）了刀（dāo）具幹涉母材的問題，保證了產（chǎn）品的質量，更（gèng）大大提（tí）高了加工效率。目前（qián），該優化（huà）工作已經完成，並取得良好的效果，但是在（zài）刀具更換的過程中發現，消耗的 25 mm立銑刀隻是磨損了加工區域，剩餘的切削（xuē）刃是完好的。如果消耗（hào）完就（jiù）報廢非常浪費（fèi），通過分析公司在製產品的加工（gōng）工藝特點，筆者認為後續的研究可以把（bǎ）消耗刀具的可再使用區利用起來，加（jiā）工 B 型線一係軸箱止（zhǐ）檔，煥發此刀具的二次生命，實現最（zuì）大程度化（huà）的（de）降（jiàng）本增效。

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