提高模具加工效率的实践

liuxianglong

针对电极和模具中小型零件加工方面普遍存在的机床利用率低、操作工劳动强度大以及加工成本高的问题，本文提出了标准化、快速装夹和组合加工的解决办法，并通过实践进行了验证。

我公司制造部CNC机床加工的工件当中有一种是电极和顶、滑、镶块类小零件。由于模块小，一次装夹后加工时间很短，装夹时间和校调时间在整个加工时间中占的比例就很大，甚至超过机床运转时间，而且由于需要不断的进行装卸、校调零件、换刀以及调用程序，对操作工的时间占用就非常大。因此，这类模块的加工成了CNC机床利用率的一个短板。为此，我们进行了系统的研究，通过将标准化、快速装夹和组合加工的一些方法运用到这类零件的加工中，得到了一套提高效率的方案。

在石墨电极加工上的应用

1．石墨电极设计、加工过程分解

（1）电极设计 电极造型工程师根据模块CNC加工后的残料模型设计电极，并给出电极料单。设计出的电极尺寸是设计者根据自己的经验而定的。

（2）电极编程 电极编程工程师根据单个电极造型分别进行编程。

（3）电极材料准备 生产准备部门根据电极料单向石墨供应商采购锯切石墨料或购买大的石墨料自行锯切到需要的尺寸。

（4）石墨材料领用及电极装夹部分加工

①材料领用 石墨机操作工根据程序单在石墨摆放处中寻找当班需要加工电极的石墨料。

②石墨背面装夹部位的加工 操作工将石墨料底面朝上装夹在石墨机上铣平底面，并根据需要造型加工出EROWA装夹凸台或十字槽，这个过程需要占用石墨CNC加工机。

③夹具安装 操作工将背面加工好的电极材料装在EROWA夹具上。

（5）电极正面形状CNC加工 将装好夹具的石墨固定在石墨机EROWA卡盘上，进行加工。

2．问题的产生

对石墨电极设计和制造过程进行分解后，我们从中可以发现3个效率低下、成本高的步骤：

（1）电极材料准备 石墨供应商或内部需要根据单个电极外协尺寸锯切原料，由于石墨尺寸大小不一，排料难度大，导致锯料时间长，废料多。

（2）加工准备 准备阶段首先是寻找电极材料困难。由于供应商供货箱内材料尺寸规格较多，操作工不易寻找，容易发生错拿或乱拿的现象。其次加工装夹耗时多。

（3）加工步骤 每个电极的加工都要经过装夹石墨料、阅读程序单、准备刀具、调用程序和程序运行的工步，在不使用刀库的情况下后面4个工步还要根据程序条数多少反复进行。

由于程序运行时间相对较短，前面4个工步占用的时间就占了很大比例，而在执行这些工步时，机床不进行加工动作。而一人多机操作方式更加剧了对操作工人力的需求，导致经常出现多台机床停机等待换工件、换刀或者调用程序的情况。

3．改进措施

（1）标准化石墨规格和电极固定方式 电极尺寸标准化：对以往的电极料单进行统计、分析和归纳，根据常用的电极尺寸范围将石墨料的尺寸进行标准化，形成一个有限的尺寸规格标准。电极装夹方式标准化：简化并标准化电极装夹方式，将电极背面装夹部分从原来的凸台或十字槽的装夹方式改为螺钉和销钉的装夹方式，并根据电极大小标准化为两种规格。

（2）实现快速装夹系统并进行组合加工 经过调研，我们引进Jergens球锁快速装夹系统，并采用组合加工的方式。与石墨的尺寸和装夹方式匹配，我们在夹具板上加工若干组对应的固定销孔和螺孔，从而可以同时装夹多块石墨。目前我们设计了三种规格的夹具板，根据石墨的尺寸规格的大小，可以装夹不同数量的石墨。

4．实施效果

（1）电极设计工程师依照标准料单进行电极的设计，因此，电极料单基本是标准化的。

（2）CAM工程师编程时将电极组合到夹具板上，将一板电极作为一个造型来进行编程，CAM工程师编程效率得到提升。

（3）电极材料准备和电极装夹部分加工合二为一，并且加工方法发生更改，新的备料程序变为：将大块石墨料铣平上下两平面，一次锯出多块标准料，采用工装加工螺孔和销孔。由于采用批量生产方式，使得每块石墨的材料准备和电极装夹部分加工时间极短，大大低于原来在内部加工电极装夹部分的时间，并且是采用普通机床加工，机床单位成本也比原来低一半以上。

（4）装夹快速，机床停机时间短，操作工劳动强度大大降低。

（5）将整板电极作为一个造型进行编程加工，每把刀的加工时间变长，换刀次数降低，实际加工时间也发生明显下降。

在小零件加工上的应用

1．顶、滑、镶块类零件加工的问题分析

顶、滑、镶块类小零件的加工存在和电极加工同样的问题，即单个工件单个方向加工的时间较短，装夹、校调、换刀以及调用程序的时间占整个加工周期很大比例。

但与石墨电极加工不同的是，这类零件的加工更为复杂（如图所示），往往需要通过工件换面或调整机床主轴方向进行加工。正常情况下，为保证容易找到加工基准，坯料的六面必须加工准确，而为了减少装夹次数和辅助工装的使用，往往采用五轴机床进行部分或全部加工，造成成本上升。

2．改进方案的构思和实施

基于上面描述的特点，我们同样从标准化、快速装夹和组合加工的思路来解决顶、滑、镶块的加工效率问题，提出以下措施：

（1）与石墨电极一样，在工件背面采用螺孔和销孔的固定方式，并对孔距和孔的大小进行标准化；根据模具小型顶、滑、镶块的尺寸范围，对坯料的尺寸进行标准化。

（2）采用Jergens球锁快速装夹系统，并在夹具板上根据标准加工出相应的螺孔和销孔。

（3）为了一次装夹可以加工尽可能多的小零件，我们设计了专用的可两面装夹的角尺台。考虑到这类零件的加工存在多方向性，将角尺台固定在卧式旋转台机床的转台上。角尺台的两面分别加工出基准球孔，并可分别装夹4套球锁快速装加系统。工件的加工可以根据需要进行转角度加工，从而减少装夹次数和五轴机床的使用，并避免因多次装夹、校调引起的错误。

3．应用效果

（1）采用新的工件装夹方式后，加工基准的确认不再依赖模块本身，因此，模块只要底面铣平即可。同时，坯料的标准化实现了批量采购，成本更低。

（2）使用球锁快速装夹系统后可以一次装夹加工多块工件，装夹耗用机床时间为20min以内，装夹、校调时间下降极其惊人，如一次装夹8块工件，每块工件采用传统加工方法需要两次装夹计算，装夹时间为传统加工的6.25%。

（3）与石墨编程一样，顶、滑、镶块类零件的编程也是将整个一块夹具板上的所有工件当做一个造型编程。

（4）操作工工作强度大大减轻，加工出错概率降低。

值得注意的是，采用夹具板组合加工的办法只能加工工件的五面，对于型面的加工采取的工艺是将五面加工好的工件锯切多余的工艺余料，然后与动、定模模板镶配后进行型面加工，这种做法一方面避免了型面的断差，另一方面由于仍然是一个程序加工多个零件，可以大幅度节省加工工时。

结语

通过将标准化、快速装夹和组合加工的概念引入到电极和顶、滑、镶块类小零件的加工中，我们成功解决了机床利用率低下的问题，并且大大减轻了操作工的劳动强度，降低了加工成本。