车铣复合加工设备在矿山机械企业中的应用

黄梦鑫，胡雪娟，王友培

（南昌矿山机械有限公司，江西 南昌 330004）

新的技术革命是现代化机械加工技术的发展动力，国内的机械加工技术在国际化的大背景下，正发生着翻天覆地的改变。随着电子技术、信息和生产制造技术等科技的高速发展，现代化机械加工产业作为我国现代经济的支柱产业之一，已越来越受到国内外的关注。

近年来，我国提出了《中国制造2025》计划，从国家层面确定了我国建设制造强国的总体战略，同时出台了一系列旨在促进高端装备、智能制造发展的政策，为机械行业转型升级创造了宽松良好的政策环境[1]。借着这股“东风”，矿山机械制造行业也逐步朝着自动化、智能化的方向进行转型升级。

1 行业背景

矿山机械是面向能源、交通和原材料基础工业企业服务，主要任务是为煤炭、钢铁、有色金属、化工、砂石骨料等企业的矿山开采和原材料的深加工，以及为铁路、公路、水电等大型工程的施工提供先进、高效的技术装备。矿山机械行业是我国所有行业中典型的离散型行业，多为单件小批量制作，具有产品结构大而重、产品加工周期长、订单结构变化快等特点。因此，矿山机械行业的加工设备多为通用性机床，自动化程度不高，生产效率较低，在设备生产制造的过程中，会造成极大资源浪费，蚕食企业的利润，影响企业的发展。

2 设备选型

某公司为大型矿山机械制造企业，主要生产产品为破碎机、筛分机、给料机、移动破碎站等设备。加工装备以大型数控立车、数控卧车、大型落地镗铣床、大型摇臂钻为主，生产过程多为单工序加工[2]。因此，在产品零部件的生产加工过程中，会发生大量的零件倒运及停工等待现象，生产效率较低。随着企业规模的扩大，产品需求量的增加，传统加工装备及加工方法已经无法满足当前的企业发展需求，如何快速缩短加工周期成为了该企业的首要任务。结合该企业的产品零件结构以及近几年的产品需求用量，经各部门综合评估后，选取了两类产品试点，进行技术改造，其中一种为轴类产品，主要加工零件有破碎机的传动轴、筛分机的驱动轴等；另一种为盘类产品，主要加工零件有筛分机的轴承座、轴承座压盘、破碎机的油缸等。

在确认技改目标对象后，该企业技术团队与设备厂家进行了多次技术交流，重新制定新的零件加工工艺，核算零件加工节拍，并进行了加工样品试制，最终确定了设备选型：使用一台铣打专机及两台卧式车铣复合加工中心，组成一个加工单元，加工轴类产品；使用三台立式车铣复合加工中心，组成一个加工单元、加工盘类产品。

3 工艺分析

3.1 轴类产品

图1所示零件为典型的筛分机驱动轴，是此次技改目标对象之一，加工部位是零件的外圆及键槽。

图1 驱动轴示意图

原加工工艺为：

①棒材下料→②粗车→③热处理→④修中心孔→⑤精车→⑥粗磨→⑦精磨→⑧铣削键槽→⑨防锈。

从以上工艺流程不难看出，加工一根驱动轴需要经过九道工序才能完成，另外还需要用到6台设备（锯床、普通卧车、退火炉、数控卧车、磨床、铣床），转序6次。在不同的设备之间来回倒序，过程中会造成较大的浪费（转运的浪费、等待的浪费等）。另外，在多次的转运过程中，零件容易被磕碰、损伤，导致增加额外的返工返修工作，这些因素都影响着零件的加工效率，无形中增加了零件的制造成本，拉低了企业的利润。因此，针对此类零件热处理后的④-⑨工序，使用一台铣打专机及两台卧式车铣复合加工中心组成的加工单元，完成对轴类零件的加工工艺优化。铣打专机完成对轴类零件端面的铣削定总长以及中心孔的钻孔、攻丝；卧式车铣复合加工中心完成零件外圆的车削（通过高速切削加工，使零件表面粗糙度达到磨削水平Ra0.8，替代磨削加工）以及键槽的铣削。

优化后的加工工艺为：

①棒材下料→②粗车→③热处理→④铣端面打中心孔→⑤车外圆铣键槽→⑥防锈。

调整工艺后，加工同样一根驱动轴，工序由九道减为六道，使用设备由6台降至5台（锯床、普通卧车、退火炉、铣打专机、卧式车铣复合加工中心），转序次数由6次降至4次。通过将加工工序集中的方式，减少了零件加工过程中的浪费，提高了企业的生产效率及盈利能力。

3.2 盘类产品

图2所示为典型的筛分机轴承座，加工部位是零件的外圆、内孔，零件的钻孔攻丝，以及油槽的铣削。

图2 轴承座示意图

原加工工艺为：

①粗车→②精车→③钻孔→④攻丝→⑤磨油槽→⑥珩磨内孔→⑦防锈。

使用原加工工艺加工一件轴承座需经七道工序，使用4台设备（普通立车、数控立车、摇臂钻、珩磨机），转序5次；由于轴承座上下两个面均需加工，至少还需要进行5次零件翻身动作，才能完成零件的全部加工。使用立式车铣复合加工中心后，只需在一台机床上，即可完成粗加工件→成品件的全工艺过程（通过高速切削加工，使零件内孔粗糙度达到图纸要求，替代珩磨加工）。

优化后的加工工艺为：

①粗车→②车铣加工→③防锈。

调整工艺后，加工同样一件轴承座，工序由七道减为三道，使用设备由4台降至2台（普通立车、立式车铣复合加工中心），转序次数由5次降至2次，零件翻身动作由5次降为2次，达到了提高零件生产效率的目的。

4 效率提升

下表1为两类零件在车铣复合加工设备投入前后，加工工时的变化情况。车铣复合加工设备在投入使用后，驱动轴的加工时间由295min降为130min，加工效率提升127%；轴承座的加工时间由400min降为190min，加工效率提升111%；刨除相同工序，仅对技改部分效率提升进行核算，驱动轴的精加工时间由235min降为70min，加工效率提升236%；轴承座的精加工时间由330min降为120min，加工效率提升175%。

表1 技改前后零件加工工时的变化情况

以下表中数据展示的仅为加工时间的效率提升，倘若算上加工过程中来回倒运及等待的时间减少，零件整体的加工效率提升将会更加明显。

5 结语

在两个加工单元正式投入使用之后，此两类零件的加工效率得到了巨大的提升，同时降低了产品的制造成本，间接为该企业产生了一定的经济价值，达到了此次技术改造的目的。目前，车铣复合加工设备已有4m、5m，甚至是8m以上的大型设备。大型化车铣复合加工中心，能够满足矿山机械中破碎机的架体类零件的车削、铣削、钻削等工序加工，将大大缩短矿山机械产品的制造周期，提升企业的市场竞争力。

此次技术改造项目的成功试点，能够说明，车铣复合加工设备在矿山机械制造企业，甚至是整个机械加工制造行业中，都能进行广泛的应用，并能够为企业的发展及社会的进步提供助力。