楊順田 李 雷

(1.四川工程職業(yè)技術學院，四川 618000;2.中國二重集團(德陽)重型裝備股份有限公司，四川 618013)

軋機是實現金屬軋制過程的設備，軋機牌坊是軋機安裝軋輥軸承座和軋輥調整裝置的重要部件。1 450 mm 軋機牌坊材質為ZG270-500，外形尺寸為13 405 mm×4 750 mm×2 000 mm，單片牌坊重量為301 880 kg(約302 t)。以前的軋機牌坊制造工藝因多方面原因導致需要多次裝卡，還剩很多尺寸沒有加工就開始翻活，且頻繁更換刀具，生產效率極低。由于涉及到多個基準，就必然導致裝卡找正困難，使重要尺寸的平行度、垂直度、同軸度、對稱度等不容易保證，增大了加工難度。針對這個問題，首先從技術上進行工藝創(chuàng)新，再應用價值工程(VE)原理，取消或減少一些不必要的工序或工步，縮短加工時間，提高效率。

1 技術創(chuàng)新前后工藝對比分析

1 450 mm 軋機牌坊(見圖1)原工藝方案是依據加工部位要求多次裝卡，并按不同加工部位選擇加工刀具。同一個部位的粗加工與精加工可能會安排在不同的裝卡過程中進行，或者同一個加工部位要使用不同的刀具并頻繁地更換刀具，生產效率低，價值系數遠低于1。經工藝方案優(yōu)化后，新工藝方案主要具有以下優(yōu)勢:

(1)新方案采用工序集中后效果明顯。在工件一次裝夾中，盡可能多的加工相關尺寸表面，這樣就更容易保證許多重要尺寸的平行度、垂直度、同軸度、對稱度等要求，這是采用工序集中后所帶來的直接效果，廢品率也顯著下降。

(2)新方案換刀次數顯著減少。換刀次數由原先的18 次減少到10 次，下降了40%，刀具種類由14 種減少到9 種，下降了35.7%。提高了單個刀具的利用效率，也減少了刀具費用。

圖1 軋機牌坊三維效果圖Figure 1 Three-dimensional effect drawing of rolling mill housing

2 價值工程對象的選擇

價值工程(Value Engineering)是以功能分析為核心，使產品或作業(yè)達到適當的價值，即用最低的成本來實現其必要功能的一項有組織的活動。應用價值工程，既要研究技術，又要研究經濟。即研究在提高功能的同時不增加成本，或在降低成本的同時不影響功能，把提高功能和降低成本統(tǒng)一在一個最佳方案之中［1］。

選擇價值工程對象時應遵循的一般原則有兩條:優(yōu)先考慮在企業(yè)生產經營上有迫切需要的或對國計民生有重大影響的項目;在改善價值上有較大潛力的產品或項目［2］。

根據巴雷特分析法，按軋機牌坊所用的主要機床設備費用占產品總制造費用的比重大小進行分類，根據價值系數的大小，把所有加工部位劃分成主次有別的A、B、C、D 等幾類。當價值系數＜1 時，表示該項重要程度小而成本高，應作為研究對象;當價值系數＞1 時，表示該項重要程度大而成本低，可作為研究對象;當價值系數=1 時，表示該項重要程度和成本相當，屬于正常值，不作為研究對象;當價值系數=0 時，表示該項不重要，可取消或合并。軋機牌坊各加工部位的價值系數分類為:A 為窗口內各部，B 為地腳面各部尺寸，C為立柱面、上下橫梁面各部尺寸，D 為大型內螺紋孔及壓下孔，所選項的價值系數均＞1 或＜1(偏離于1)。A、B、C、D 不同加工部位在不同設備上所承擔的工作量比重如表1 所示。

表1 不同加工部位在不同設備上所占的比重Table 1 The proportion of different machining parts on different equipments

針對1 450 mm 軋機牌坊加工項目，工藝優(yōu)化在改善價值上具有較大潛力。經過詳細分析軋機牌坊的技術要求、現場生產條件，在多個備選方案中，優(yōu)選出軋機牌坊的機械加工方案:劃→鏜(粗加工)→鉗→探傷→精整→劃→數控銑(精加工)→劃→鉆→探傷→鉗。

工藝粗加工由RMB254(10″)落地鏜床加工牌坊窗口內各面、四周各面及鏜壓下孔，均單邊留量5 mm，以便在探傷后進行表面精整處理。工藝精加工的主要內容由5×17 m 數控龍門銑床完成，如各表面和壓下孔的加工，次要的孔由成本低廉的鉆床加工完成。各工序的工時和成本之間的關系如表2 所示。

在優(yōu)選出加工方案后，按價值系數大小做進一步的價值優(yōu)化分析。根據各工序的機加工臺時和成本比例確定優(yōu)先改善的加工工序。由表2 可以看出，銑工序的加工費用占總機加工費用的78.11%。銑工序加工費用高的主要原因是占用數控龍門銑鏜床加工時間較長，機床加工臺時費用高，價值系數偏離正常值1 達40%。通過分析圖紙的技術要求，可以將精度要求不高的部分工作量分解至普通鏜床加工，從而降低加工成本，還可減輕數控龍門銑鏜床的生產負荷。因此選擇銑工序實施價值工程，以提高該項的價值系數。

表2 各工序的工時和成本之間的關系Table 2 Relationship between working hours and costs of various processes

3 基于價值工程原理制訂加工工藝

對銑序實施價值工程，以提高該項的價值系數，制訂出更加符合價值工程原理的加工工藝。

3.1 產品功能分析

1 450 mm 軋機在工作時，產生巨大的軋制力(大約為60 000 kN)，通過壓下裝置及壓下孔傳遞給軋機牌坊。軋機牌坊的主要功能是受力，它是整臺軋機設備的關鍵零件。

3.2 優(yōu)化加工內容、合理選擇加工設備

與原工藝相比，零件關鍵、重要及精度要求高的部位安排在數控龍門銑床上加工，達到優(yōu)化加工內容、合理選擇加工設備的目的，同時提高設備利用率。新工藝方案從裝配技術要求和使用情況入手，考慮到軋機牌坊窗口面的對稱度、平行度、窗口面與地腳面的對稱度及壓下孔的加工精度等對使用影響較大，必須由高度精的5×17 m 數控龍門銑床來加工保證，其余加工內容則可分解至普通鏜床和鉆床上加工，也能同樣保證加工質量。

3.3 優(yōu)化零件的加工裝卡方案

零件的精加工選在5×17 m 數控龍門銑床上進行。工藝方案設計為工件順放，內側面向上，按線及已加工面找正。經過對工件的載荷分析，設計了655 mm×450 mm×2 000 mm 的工字型條形墊鐵14 件，600 mm×300 mm×225 mm 方箱4件，并設計恰當的墊鐵布置方案(見圖2)，將工件載荷合理分布在工作臺面及導軌上，使數控龍門銑床的移動工作臺上載荷均勻分布。

3.4 進一步優(yōu)化主要尺寸的加工順序

圖2 工件裝卡時墊鐵的布置方案Figure 2 Layout scheme of pad blocks when chucking

圖3 軋機牌坊主要尺寸Figure 3 Main dimensions of rolling mill housing

3.4.1 窗口內各部尺寸加工的優(yōu)化

軋機牌坊零件的主要尺寸(見圖3)均在5×17 m 數控龍門銑床上加工。根據上道工序已加工出的基準，對窗口內各凸臺、相配合的槽、孔的加工順序也進行了優(yōu)化。通過優(yōu)化，僅加工窗口內各面及相關槽就節(jié)省了三種刀具，減少了五次換刀。

3.4.2 地腳面各部尺寸加工的優(yōu)化

3.4.3 立柱面、上下橫梁面各部尺寸加工的優(yōu)化

軋機牌坊立柱面、上下橫梁面各部尺寸比較密集，尺寸精度、位置精度要求也都很高。對加工順序、加工工藝步驟、精度保證措施都進行了重新設計，滿足零件的設計與使用要求。

3.4.4 大型內螺紋孔采用“旋風銑削”

軋機牌坊上有許多M48 以上的大型內螺紋孔，原工藝采用攻絲、挑扣等方法進行，在有現成絲錐情況下，選擇上述方法沒什么問題。可對于1 450 mm 牌坊大型內螺紋(通常在M48～M120范圍內)的加工就沒那么容易了。若用上述方法來加工大型內螺紋，要經過“一錐、二錐…”幾錐才能完成，每錐加工不可能完全重合，必然會產生螺紋牙型不重合出現所謂的“雙眼皮”，嚴重影響螺紋的旋合甚至無法旋合而造成零件報廢。另外，用上述傳統(tǒng)的方法加工大型內螺紋，效率很低。因此決定采用“旋風銑削”方法加工大型內螺紋孔，使價值系數向正常值靠攏，提高了生產效率與經濟效益。

“旋風銑削”加工大型內螺紋孔的原理(見圖4)是:螺紋刀具的刀尖回轉圓始終與內螺紋外徑處于內接狀態(tài)，與此同時，刀具繞工件孔軸線作螺旋運動(銑刀公轉)。此時60°成形刀把與刀尖干涉的金屬切除，在工件孔壁上就切出螺紋槽。螺旋運動是由數控機床的螺旋插補功能來實現的。為防止加工到孔底部時，切屑與刀具的干擾阻擠和加工部位被切屑遮蓋，旋風銑削均取從孔底向外加工的走刀方向。

圖4 旋風銑削內螺紋孔原理Figure 4 Whirlwind milling principle for internal threaded hole

3.4.5 壓下孔根部過渡段的數控程序軌跡的優(yōu)化

過去加工過的機架也有壓下孔根部過渡段，但大都只有一個R 過渡，它只是在普通落地鏜床上用R 樣板刀近似的加工出來。加工的粗糙度較差，型面也有失真現象，加工質量不夠理想。1 450 mm 軋機牌坊的壓下孔根部過渡段不僅有一個較大的R，而且根部R 比孔底還深2 mm，另外還有30°的內錐面，在壓下孔外端還有一個?1 090H7止口圓，其Ra值達3.2 μm。這些尺寸在普通機床上如果沒有特殊工裝是無法加工出來的，若購買特殊工裝則會產生高昂的工裝費，為此選用數控龍門銑鏜床加工該零件。對壓下孔根部過渡段的加工走刀路線(程序軌跡)進行了反復設計、優(yōu)化，如圖5 所示。

圖5 壓下孔根部程序軌跡Figure 5 Program trace of screw down hole root

4 經濟價值計算

經濟價值計算按現有核算成本進行。已知RMB254 落地鏜床的機床臺時費用為176 元/小時，5×17 m 數控龍門銑鏜床的機床臺時費用為500 元/小時，在實現同等功能的情況下，使用RMB254 落地鏜床每臺時可節(jié)約324 元。

單件軋機牌坊按新工藝加工的成本核算見表3。原工藝的加工成本是445 000 元，經計算可知，單件牌坊節(jié)約190 756 元，傳動側牌坊和操作側牌坊共節(jié)約成本約38.2 萬元。

在價值工程原理基礎上，合理制訂軋機牌坊加工工藝，不僅滿足了加工精度要求，也降低了生產成本。

表3 新工藝的加工成本(單件)Table 3 Machining cost of new technology(single piece)

5 結論

通過對軋機牌坊的加工工藝進行系統(tǒng)性研究，實行工藝創(chuàng)新，充分利用價值工程原理，結合企業(yè)設備的加工能力，采取工藝分解，合理平衡大型數控銑鏜床的負荷等措施，大幅降低軋機牌坊的制造成本。研究成果對同類產品的制造有一定的參考價值。

［1］楊建昊，金立順.廣義價值工程［M］.國防工業(yè)出版社，2009.

［2］魏明海，龔凱.會計理論［M］.東北財經大學出版社，2003.

［3］張文杰.基于信息技術的再制造系統(tǒng)優(yōu)化模型［J］.價值工程，2008(2):91－94.

［4］倪為國，潘延華.銑削刀具技術及應用實例［M］.化學工業(yè)出版社，2007.

［5］周澤華.金屬切削原理［M］.上海:上?？茖W技術出版社，2009.

［6］楊順田，彭美武.軋機壓下裝置液壓系統(tǒng)的優(yōu)化設計［J］.機床與液壓，2010:74－77.

［7］鄭文虎.難切削材料加工技術［M］.國防工業(yè)出版社，2008.

［8］陳洪濤.數控加工工藝與編程［M］.高等教育出版社，2002.