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