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摘 要：在航空电子通讯设备制造行业，作为电子功能器件载体的盒体类零件应用十分广泛。这种采用铝合金板材经过机械加工而成的盒体类零件属于薄壁类，结构形状各异，相对其它自制零件，其加工难度大，加工周期长。直接影响全部自制零件的齐套性，进而影响到公司新产品的研制开发周期。优化盒体类零件的加工工艺方案，提高加工效率，缩短加工周期成为亟待解决的问题。文章通过对盒体类零件加工工艺方案的优化设计改进，达到均衡生产、提高盒体类零件加工效率，缩短其加工周期，更好满足产品开发需要的目的。
关键词：自制零件；盒体类零件；工艺方案；普通立式铣床；铣加工中心
中图分类号：TN05 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0015-02
1 盒体类零件的结构特点及加工现状分析
1.1 结构特点
盒体类零件因其设计功能的需要，结构多为形状各异、大小不同的薄壁腔体，而且腔体的内表面的加工质量要求高（一般内表面要求镀银处理）。其典型结构如图1所示。
1.2 加工现状及存在问题
针对盒体类零件的结构特点起初的工艺方案为：备料工序→普通铣床工序→铣加工中心工序→钳工工序→镀涂工序。
在产品定型之初，盒体类零件数量较少，采用这种工艺方案在保证盒体类零件加工质量的前提下，虽然加工周期明显比其它自制件长的多，但对生产进度的影响还不十分明显。但随着产品更新换代速度的加快，尤其是进入批量生产阶段时，每次留给自制件的加工时间非常有限，仍然采用这种工艺方案，对生产组织的均衡和自制零件的按时齐套影响很大。提高盒体零件加工效率，缩短其加工周期成为我们亟待解决的问题。
从盒体加工的整个工艺流程分析，在现有工艺装备及生产能力的情况下，通过对普通铣床工序和铣加工中心工序的再优化，可以实现缩短盒体零件生产周期的目的。
1.3 综合分析
我们作了一个统计，以图1这样一个复杂程度的盒体零件为例，在普通立式铣床上的加工时间为60 min，在铣加工中心上的加工时间为840 min。显然，普通立式铣床的加工量仅占全部铣加工量的10%不到，90%以上的工作量由铣加工中心完成。在公司普通设备多于数控设备的情况下，只有通过缩短铣加工中心工序的加工时间，达到满足生产进度要求。
分析在铣加工中心上铣削型腔的整个过程，由于铣加工中心的整体刚性比较差，即使在腔体的粗铣阶段，进给量仍然不能大。相反，普通立式铣床传动系统及主轴整体刚性要好得多，对于形状简单的矩形型腔，粗铣加工时可以进行大走刀量，如果把型腔粗铣的大部分工作量由铣加工中心工序转移到普通铣床工序完成，减少铣加工中心工序的粗铣工作量，可以有效缩短盒体零件加工周期。
通过上述分析，提出在进行铣加工中心工序前，对型腔的复杂部位按余量处理，将各型腔转化为形状简单的矩形型腔后，普通铣床工序完成这些形状简单的矩形型腔成形加工，再转入铣加工中心工序完成。这样一来，在现有工艺装备及生产能力的情况下，不但使人员和设备获得有效利用，更重要的是能够保证生产的均衡，以达到缩短盒体类零件整体加工时间的目的。
2 工艺方案的优化设计
基于这一理念，采用工序分解、转移工作量的办法。在原有工艺方案的基础上，将原来的铣加工中心工序分解为：钳工划线工序、普通铣床工序、铣加工中心工序。
新的工艺方案在设计阶段必须依据设计图纸作出粗铣型腔的工序图。工序图的设计原则：对型腔的复杂部位按余量处理，将各型腔转化为形状为简单的矩形，型腔的各面单面留余量2.5 mm。即可保证铣加工中心工序有足够的加工余量。
依据设计图纸设计的粗铣型腔工序如图2所示
{1}钳工划线工序。钳工划线工序是新的工艺方案中重要的一道工序，如果划线误差过大或划错都会造成零件的报废，传统的手工划线费工费时，达不到缩短工时的目的。按工序图制作划线工装，提高钳工划线工序效率。利用塔式数控冲床，用1.5 mm钢板冲出划线模板，这样钳工划线工序就可简单完成，钳工划线工序按图2工序图划线，单件工时10 min左右。
{2}普通铣床工序。普通铣床工序的加工，参考划线按工序图可以方便完成盒体上各型腔的粗铣工作量。图1这样复杂程度的盒体，普通铣床工序按图2工序图加工，单件工时120 min左右。
{3}铣加工中心工序。由于在普通铣床工序去除了大量余量，铣加工中心工序使用的刀具数量减少，程序也有所简化。关键的是直接进入精铣阶段，大大缩短了加工工时。经过测试，以图1这样一个复杂程度的盒体为例，铣加工中心工序从图2状态开始加工，单件工时540 min左右，同时，零件质量也有所提高。由于工艺方案优化改进后，普通铣床工序粗铣型腔后到铣加工中心工序精铣型腔这一段时间，零件本身也是在自然时效、释放残余应力的过程。这样，通过铣加工中心工序精铣后的盒体零件变形更小。
3 效果分析
①生产效率显著提高。工艺方案优化后，生产任务均衡，自制件齐套周期明显缩短。对于图一的盒体零件完成内腔加工，工艺方案优化前后的工时对比如图3所示。
通过图3可以看出，完成这样一个盒体零件单件节约工时约2.8 h。以批次50件为例，完成该批次可节约工时约140 h，可提前17.5 d完成任务。
②经济效益分析。在实际生产中，一般铣加工中心工序的工时分值是普通加工工序的2倍。假定钳工序和普通铣工序的工时分值是a元/h，则铣加工中心工序的工时分值为2a元/h，完成相同工作量的工时费见表1。
按a=20计算，完成这样一个盒体零件单件节约费用为：29 a-21.17 a=7.83×20=156.6（元）。
4 结 语
通过工艺方案优化设计，作为一般盒体类零件整体加工时间都会缩短180 min以上，明显提高了盒体类零件的加工速度。充分利用了普通铣床加工时可以进行高进给铣削、铣加工中心小进给加工复杂形状的特点。同时，在我们现有生产能力的情况下，不仅缩短了生产周期，而且经济效益和生产组织的均衡性明显提高。
参考文献：
[1] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：北京机械工业出版社，2001.
[2] 赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版社，2006.
关键词：自制零件；盒体类零件；工艺方案；普通立式铣床；铣加工中心
中图分类号：TN05 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）05-0015-02
1 盒体类零件的结构特点及加工现状分析
1.1 结构特点
盒体类零件因其设计功能的需要，结构多为形状各异、大小不同的薄壁腔体，而且腔体的内表面的加工质量要求高（一般内表面要求镀银处理）。其典型结构如图1所示。
1.2 加工现状及存在问题
针对盒体类零件的结构特点起初的工艺方案为：备料工序→普通铣床工序→铣加工中心工序→钳工工序→镀涂工序。
在产品定型之初，盒体类零件数量较少，采用这种工艺方案在保证盒体类零件加工质量的前提下，虽然加工周期明显比其它自制件长的多，但对生产进度的影响还不十分明显。但随着产品更新换代速度的加快，尤其是进入批量生产阶段时，每次留给自制件的加工时间非常有限，仍然采用这种工艺方案，对生产组织的均衡和自制零件的按时齐套影响很大。提高盒体零件加工效率，缩短其加工周期成为我们亟待解决的问题。
从盒体加工的整个工艺流程分析，在现有工艺装备及生产能力的情况下，通过对普通铣床工序和铣加工中心工序的再优化，可以实现缩短盒体零件生产周期的目的。
1.3 综合分析
我们作了一个统计，以图1这样一个复杂程度的盒体零件为例，在普通立式铣床上的加工时间为60 min，在铣加工中心上的加工时间为840 min。显然，普通立式铣床的加工量仅占全部铣加工量的10%不到，90%以上的工作量由铣加工中心完成。在公司普通设备多于数控设备的情况下，只有通过缩短铣加工中心工序的加工时间，达到满足生产进度要求。
分析在铣加工中心上铣削型腔的整个过程，由于铣加工中心的整体刚性比较差，即使在腔体的粗铣阶段，进给量仍然不能大。相反，普通立式铣床传动系统及主轴整体刚性要好得多，对于形状简单的矩形型腔，粗铣加工时可以进行大走刀量，如果把型腔粗铣的大部分工作量由铣加工中心工序转移到普通铣床工序完成，减少铣加工中心工序的粗铣工作量，可以有效缩短盒体零件加工周期。
通过上述分析，提出在进行铣加工中心工序前，对型腔的复杂部位按余量处理，将各型腔转化为形状简单的矩形型腔后，普通铣床工序完成这些形状简单的矩形型腔成形加工，再转入铣加工中心工序完成。这样一来，在现有工艺装备及生产能力的情况下，不但使人员和设备获得有效利用，更重要的是能够保证生产的均衡，以达到缩短盒体类零件整体加工时间的目的。
2 工艺方案的优化设计
基于这一理念，采用工序分解、转移工作量的办法。在原有工艺方案的基础上，将原来的铣加工中心工序分解为：钳工划线工序、普通铣床工序、铣加工中心工序。
新的工艺方案在设计阶段必须依据设计图纸作出粗铣型腔的工序图。工序图的设计原则：对型腔的复杂部位按余量处理，将各型腔转化为形状为简单的矩形，型腔的各面单面留余量2.5 mm。即可保证铣加工中心工序有足够的加工余量。
依据设计图纸设计的粗铣型腔工序如图2所示
{1}钳工划线工序。钳工划线工序是新的工艺方案中重要的一道工序，如果划线误差过大或划错都会造成零件的报废，传统的手工划线费工费时，达不到缩短工时的目的。按工序图制作划线工装，提高钳工划线工序效率。利用塔式数控冲床，用1.5 mm钢板冲出划线模板，这样钳工划线工序就可简单完成，钳工划线工序按图2工序图划线，单件工时10 min左右。
{2}普通铣床工序。普通铣床工序的加工，参考划线按工序图可以方便完成盒体上各型腔的粗铣工作量。图1这样复杂程度的盒体，普通铣床工序按图2工序图加工，单件工时120 min左右。
{3}铣加工中心工序。由于在普通铣床工序去除了大量余量，铣加工中心工序使用的刀具数量减少，程序也有所简化。关键的是直接进入精铣阶段，大大缩短了加工工时。经过测试，以图1这样一个复杂程度的盒体为例，铣加工中心工序从图2状态开始加工，单件工时540 min左右，同时，零件质量也有所提高。由于工艺方案优化改进后，普通铣床工序粗铣型腔后到铣加工中心工序精铣型腔这一段时间，零件本身也是在自然时效、释放残余应力的过程。这样，通过铣加工中心工序精铣后的盒体零件变形更小。
3 效果分析
①生产效率显著提高。工艺方案优化后，生产任务均衡，自制件齐套周期明显缩短。对于图一的盒体零件完成内腔加工，工艺方案优化前后的工时对比如图3所示。
通过图3可以看出，完成这样一个盒体零件单件节约工时约2.8 h。以批次50件为例，完成该批次可节约工时约140 h，可提前17.5 d完成任务。
②经济效益分析。在实际生产中，一般铣加工中心工序的工时分值是普通加工工序的2倍。假定钳工序和普通铣工序的工时分值是a元/h，则铣加工中心工序的工时分值为2a元/h，完成相同工作量的工时费见表1。
按a=20计算，完成这样一个盒体零件单件节约费用为：29 a-21.17 a=7.83×20=156.6（元）。
4 结 语
通过工艺方案优化设计，作为一般盒体类零件整体加工时间都会缩短180 min以上，明显提高了盒体类零件的加工速度。充分利用了普通铣床加工时可以进行高进给铣削、铣加工中心小进给加工复杂形状的特点。同时，在我们现有生产能力的情况下，不仅缩短了生产周期，而且经济效益和生产组织的均衡性明显提高。
参考文献：
[1] 机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：北京机械工业出版社，2001.
[2] 赵如福.金属机械加工工艺人员手册[M].上海：上海科学技术出版社，2006.