铣削类夹具设计制造浅谈及KPI与平衡计分卡的应用

高级技师专业论文工种：铣工题目：铣削类夹具设计制造浅谈姓名：身份证号：等级：高级技师准考证号：培训单位：鉴定单位：日期：铣削类夹具设计制造浅谈时间：工作单位：摘要：针对通用夹具加工某种批量零件时存在的不足，根据自己多年的实际工作经验，对工件的加工特性，使用要求，进行了综合分析，自己动手设计制造了一套“多件铣夹具”，充分发挥原有设备的能力。通过实际使用，达到了预期的目的。关键词；多件铣夹具，设计制造，夹具定位。

论文主体：在机械制造中，为完成需要的加工工序，装配工序及检验工序等，使用着大量的夹具。利用夹具，可以提高劳动生产率，提高加工精度，减少废品，扩大机床的工作范围，改善操作者的劳动条件。因此，夹具是机械制造中一项重要的工艺装备。所有的机床夹具可以分成两大类：第一类机床夹具是由机床附件厂或专门的工具制造厂制造的，它们只要稍加调整或更换零件就可以应用于加工不同零件。如三爪卡盘，铣切用虎钳，分度头等。因为它们具有通用性，所以称之为通用夹具。第二类机床夹具是专为某个零件的某工序而设计，制造的夹具。因为它们具有专用性，所以称之为专用夹具。在小批生产或试制时用的组合夹具，也是专用夹具的一种。为了适应不同零件的需要，通用夹具的结构是要复杂些。专用夹具是为特殊目的设计制造的，在成批或大量流水线生产中，大部分的机床夹具都是专用夹具，特别是钻床，铣床，专用机床，生产流水线和自动线上用的更是如此。因此，专用夹具的设计制造，应用在机械加工中，确实发挥了很大的作用。 一、专用夹具的设计：专用夹具制造批量极少，一般不经过试制阶段，它的设计全过程，分为两个阶段：第一阶段是从调查研究到图纸设计的阶段，第二阶段是经过制造，调整到修改完善原设计图纸的阶段。设计的第一阶段是夹具设计的关键阶段，这个阶段的工作的好坏，决定着夹具的制造质量和使用质量。设计的第二阶段也是非常重要的，只有通过这个阶段才能考查原来的设计是否符合预期的要求。夹具设计需要调查以下几个方面：１.熟悉零件图纸，了解其形状，尺寸，精度，技术要求；２.熟悉工艺，了解各工序之间的相互关系，本工序前有关表面粗糙度及位置尺寸，本工序的工艺要求；３.了解所用设备的特性，精度，有关尺寸及其与夹具连接处的形式；４.了解所用刀具的有关尺寸及其与夹具配合的要求；５.了解加工特性。二、夹具设计基础理论与制定夹具设计方案的关系１.为了满足零件的质量要求，制定出正确的设计方案：ａ.如何限制好零件的自由度；ｂ.如何选择合理的定位基准；ｃ.如何正确地使用定位元件；ｄ.如何正确地分析加工允差和制定技术条件；ｅ.如何正确选择夹紧力的作用点，方向，大小和支承形式。夹具设计方案的选择正确与否，将直接影响零件的质量。２.夹具机构设计与夹具结构设计的关系：夹具设计方案确定之后，要对夹具结构提出具体要求。每项具体要求都是通过夹具结构中一定的元件（如定位元件）和机构（如夹紧机构）的协调动作来实现的。夹具结构还要满足生产率要求，减少操作时间。综上所述，掌握好夹具设计基础理论和夹具机构分析方面的知识，对合理制定夹具设计方案和正确设计夹具结构，起着巨大的作用。３.定位基本原理在夹具设计中的应用：当零件未和任何表面靠住时，它是一个自由的物体，可以自由地活动，占有任意位置。一个自由的物体，它对三个互相垂直的坐标面来说，有六种活动的可能性。其中三种是移动，三种是转动。自由物体在空间的不同位置，就是这六种活动的综合结果，习惯上把这种活动的可能性称为自由度。一个空间的自由物体共有六个自由度，沿x,y,z轴移动的三个自由度，绕x,y,z轴转动的三个自由度。要使物体在某方向有确定的位置，必须限制该方向的自由度。当物体的六个自由度被完全限制之后，该物体在空间的位置也就完全确定了，所以定位就是限制自由度。要使一个物体完全定位，必须限制六个自由度。但在特殊的条件下，可不完全定位或过定位。４.怎样限制好零件的自由度：零件相对于夹具的自由度分为两种：ａ.影响加工面位置尺寸或位置精度的自由度，称第一种自由度；ｂ.不影响加工面位置尺寸及位置精度的自由度，称为第二种自由度。当考虑零件在夹具中的定位问题时，首先找出第一种自由度，它们必须要被限制。然后，再从承受切削力，夹紧力等需要方面考虑，对某些第二种自由度加以限制。限制第一种自由度时要考虑定位准确度。为获得合格零件，首先要使零件相对于机床和刀具处于正确的位置，也就是说，零件在该位置进行加工时，加工出来的位置尺寸偏差（加工偏差）小于加工允许偏差（加工允差），称为正确定位。正确定位主要包括三个内容：ａ.使零件的定位基准在夹具中保持正确位置；ｂ.使夹具定位件与机床保持正确位置；ｃ.使夹具定位件与刀具保持正确位置。５、怎样选择合适的定位基准：选择定位基准的原则：ａ.使本工序的加工允差大；ｂ.定位误差小；ｃ.对以后工序的加工余量有适当照顾；ｄ.受外力后定位稳定可靠；ｅ.有利于夹具结构的简化。三、多件铣夹具的制造与实际应用（实例）1、V型槽装夹的“多件铣夹具”：在生产实践中，灵活应用夹具的定位原理和夹紧原理解决生产中的难题，使加工的零件完全达到工艺要求，保证了产品质量，且大大提高了工作效率，减少了辅助时间。名称：轮轴材料：45#件数：40000件技术要求两端扁方面相互偏转小于30分；锐边到钝；调质硬度HRC28——32；发蓝。2003年，我们接到一批零件，需要在有限的时间里赶制一批小零件“轮轴”（图1所示）。按过去的加工方式，我们采用了分度头装夹，加工好第一端扁方后需要划线，再调头进行二次装夹校正划线加工第二端面扁方。这样做操作者十分劳神，效率极低。经检测，加工误差太大，无法满足工艺规定的要求。于是我便认真地研究了“轮轴”的有关形位公差及精度要求的特点，认为加工的难点是“两端扁方面相互偏转不得大于30ˊ。能否只装夹一次就能把零件两端扁方都加工好呢？于是我便构思设计制作了这套用V型槽定位，压板夹紧的“多件铣夹具”（如图2Ａ）。可满足零件定位，夹紧的要求。这套轮轴铣夹具设计成每次可同时装夹24件工件，在X52机床上使用，既要充分利用机床的纵向有效行程，又要考虑夹具制作的工艺手段要简单，周期要短，成本要低。之所以将夹具长度定为480mm，是因为刚好有一块闲置着的45#钢调过质的余料，便利用上了。2，多件铣夹具结构组成：多件铣夹具由《多件铣夹具体》图２Ａ；压紧工件用的《压板》图２Ｂ；压紧工件用的《螺栓》图２Ｃ；连接夹具体与铣床工作台用《梯形槽螺栓》图２Ｄ连接夹具体与铣床工作台用《螺母》图２Ｅ；将夹具体定位于铣床工作台上用的《定位键》图２Ｆ等所示的 零件组成。名称：多件铣夹具体材料：45钢件数：１件（见附页图2A）技术要求1.24个V型槽中心应与夹具体底部两个定位槽中心连线垂直；2.锐边到钝；3.调质硬度HRC30——32；4.发蓝。图2Ａ名称：压板材料：45钢，件数：１２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。名称：压紧螺栓材料：45钢件数：１２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。名称：梯形螺栓材料：45钢件数：２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。名称：螺母材料：45钢件数：２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；3..发蓝。名称：定位键材料：45钢件数：２件技术要求1.锐边到钝；2.调质硬度HRC28——32；（见附页图2F）3..发蓝。3、多件铣夹具的定位原理：V型面加一端面止点（B）见图1“轮轴”，当轮轴两端ф10圆柱面落V型槽中，轮轴被长V型定位限制了四个自由度，再将轮轴ф15的端面（B）紧靠在夹具体图2A中4×10的槽侧（A），这样轮轴长度方向自由度被限制了（这样总共限制了5个自由度）。剩下绕“轮轴”轴芯旋转的自由度，可通过螺栓压紧压板，使轮轴ф10圆柱面与V型槽定位面的摩擦力增大，从而制约了轮轴绕轴芯旋转的自由度。此时轮轴需加工扁方的两头均处于可供铣削的良好状态。即在同一次装夹下可依次将两端扁方铣出，有效的避免了二次装夹基准转换所带来的定位误差。4、定位误差的计算和多件加工精度的保障条件：从轮轴图1我们知道用于定位面的ф10圆柱面，在铣工序时实为ф10.35mm-ф10.4mm的工艺（放磨量）尺寸，其公差为0.05mm，多件铣夹具采用的是90°V型槽作为定位元件，根据V型定位误差有关知识，轮轴扁方尺寸是以轴心为基准，在水平方向定位误差为零，而在垂直方向其定位误差为：定位误差=工件外圆公差÷2sinα/2（α为所选V型角度）代工件外圆误差入式=0.05mm÷2sin90°/2=0.05mm÷1.41≈0.035mm结论是轮轴ф100-0.03外圆工艺尺寸公差0.05mm对90°V型定位方法造成的定位误差为0.035mm，能满足轮轴对称度0.1的设计要求。从轮轴（图1）中可以看出，要保证轮轴扁方7尺寸和对称度0.1，只要通过调整刀具（图4）与轮轴相对位置就可解决。但多件铣夹具的多个零件，用什么方法来保证呢？那就是要让24个V型槽的检测中心等高（即图中尺寸82.5mm）。这是对夹具体制作的主要精度要求。为了确保这一要求，我采用了最终完工时精铣90°V型面的方法。即加工夹具体时，将24个V型面留有0.3-0.4mm的余量。当所有尺寸，形状都加工好后，将定位键安装于底面（N）的槽中，模拟使用状态，将夹具体紧固在X52K机床台面上，将主轴偏转45°，依次逐个地精铣90°V型面。检测结果24个V型面中心误差小于0.02mm；以下条件已满足夹具对轮轴相关精度的要求：a.24个V型槽测量中心等高；b.V型槽定位面与底面（N）平行；c.4×10mm槽侧（A）与底面（N）定位槽中心（K）平行。5、多件铣夹具的夹紧方式：（图3）利用小压板（3）、压紧螺栓（4）、将轮轴每两件一对压入相邻的两V型槽内，此时的每个轮轴既是被压紧的工件，又是相邻工件被压紧的支撑点。压板上开有4×5mm的槽，用于让开轮轴上ф15圆柱面，使压板的着力点在轮轴两端ф10圆柱面的上侧与下边V型槽面支点相对应。压板中点ф6.5螺栓过孔，制约压板相对于螺栓孔水平面内移动小于0.5mm的距离，压紧工件时不必刻意地放正压板，使装夹方便快捷。这种装夹方式使夹紧着力点靠近铣削力点，增加工件的刚性，有效地减少了工件在加工过程中受铣削力影响而产生变形。由于轮轴扁方单边铣削加工余量只在1.7mm左右，上述所具备的压紧元件和定位方式，足以使装夹工作变得很轻松，可靠。轮轴夹紧定位原理示意图6、多件铣夹具的使用（安装）：利用安装在夹具体底面（N）上的定位键（2），嵌入铣床（立式铣床）工作台面T型槽内，使夹具定位件与机床保持正确的位置，紧固梯形螺栓座（5）即可完成夹具的安装。7、运用多件“轮轴”铣夹具时刀具的选择：（图4）铣刀因其形状、材质、加工特性的不同而五花八门。特别是改革开放以来，我国刀具产品已达到了国际水平。显然先进刀具价格昂贵。我所在单位是一个老企业，过去留下一些旧刀具，我在其中选择了两把ф63×6相同外径的三面刃铣刀，组装在ф22的短刀杆上，采用错齿安装两把等径的三面刃铣刀，可同时各自铣削轮轴扁方的上下两面。如（图4）所示。隔圈（3）是用来控制扁方尺寸70-0.1，它的厚度经过试铣调整后确认。因轮轴扁方单边余量只在1.7mm左右，铣削阻力小。切削速度可选择在23-30米/分，刀具转速为118-150转/分，每齿进给量0.10-0.15mm/齿，走刀量150-190mm/分。8.铣削过程：铣刀绕夹具行程一周后，完成24件轮轴两端扁方的加工。步骤为：首先调整好工作台高度以保证扁方对轴心的对称度要求，然后确定刀具相对于工作台在水平面上的运动轨迹（如图5A所示）其中零件尺寸33，通过L可以计算得出：L=轮轴长度-2（扁方长度）+2R（R为刀具半径）L=48-15+63(L为铣刀中心L=96mm如（图5A）所示，刀具从起点O开始，向左运行到达O1点时，完成了轮轴一端扁方的加工。由O1点向外快速运行至O2点，移动L距离，转向右运行到达O3点时，便完成了该24件轮轴的铣削。由于采用了“多件铣夹具”加工“轮轴”，大大提高了生产效率，降低了劳动强度。投资少，见效快，为工厂创造了一定的经济效益（见下图表）：“通用夹具”与“多件铣夹具”所产生的经济效益比较表名称工时（分）/单件价格件/每班效率效益（年）通用夹具51.00元96（件）124096元多件铣夹具8÷24≈0.33330.066元1440（件）15361440元说明：表中“每班”指8小时工作制；“价格”是按当时普通铣床加工费用为12元/时计算；“8（分）”指每铣削1次（24件）的时间。由此可得出：采用多件铣夹具铣削轮轴比使用通用夹具效率将提高15倍，每年可为企业创造约32万元的效益。9．设想：如果条件允许，采用硬质合金镶片三面刃铣刀，用此夹具应用在数控机床上加工（没条件则用普通机床），采用高速铣削，则可以提高效率和加工质量。10.结束语：生产中常常会碰到一些批量的，要求较高的小零件。由于零件体积小，装夹定位都比较困难。灵活地运用一些小型夹、辅具，只要设计得合理，运用得巧妙，既能满足加工零件的质量和技术要求，又能降低生产成本，提高工作效率，减少废品的发生。此类方式可广泛地运用于车、钳、铣、磨等工序，都能取得满意的效果。参考文献：a.《机床夹具设计》华中理工大学.机械工业出版社.1993b.《金属切削原理》华中理工大学.机械工业出版社.1993c.《铣工工艺学》15051.1135KPI与平衡计分卡的应用一、KPI指标1.KPI指标的含义KPI指标，也叫关键绩效指标，是通过对组织内部某一流程的输入端、输出端的关键参数进行设置、取样、计算、分析，衡量流程绩效的目标式量化管理指标，是把企业的战略目标分解为可运作远景目标的工具，是企业绩效管理系统的基础。2.KPI指标的三个层级KPI的指标由三个层级构成，分别是公司级、部门级和个人级。公司级公司级由公司的战略目标演化而来，企业的指标库来源于企业的战略目标。企业在做绩效考核时，要找到企业的指标库，也就是要建立企业级指标库。表1展示的是某公司部分关键绩效指标。表1某公司部分关键绩效指标表变量目标指标服务质量为顾客安装高质量的产品1．顾客对产品不满的次数2．顾客对服务态度抱怨的次数3．以每安装一件产品的成本计算人的生产效率4．承诺安装的期限与顾客意愿的符合程度5．按承诺的期限将产品安装到位的比率6．满足顾客需求的反应速度7．一年内售出产品总数中产品的出错率（%）8．一次性解决产品问题的数量9．有竞争力的产品保修价格10．有竞争力的返修价格11．付款方式从表1可看出，这是企业指标库的一部分，主要是企业服务质量的指标，定的目标是为顾客安装高质量的产品，并在目标的基础上找到十一个因素给予支撑。这十一个因素就叫指标库，构成了企业的服务质量。对于指标库，企业最多只能考核六项，有些时候考两三项就可以。部门级企业要建立部门的指标库。部门指标库的建立是根据公司的目标以及部门的职责确定。个人级个人级，是指由部门级关键绩效指标落实到具体岗位或子部门的业绩衡量指标。个人级指标是常用的考核指标。要点提示KPI指标的三个层级分别是：①公司级；②部门级；③个人级。3.KPI指标的设定原则设定KPI指标要符合Smart原则，即具体性、可度量性、可实现性、现实性、时间限制性。表2所展示的是KPI指标设定的原则。表2KPI指标的设定原则正确做法错误做法具体性specific1.切中目标2.适度细化3.随情况变化1.抽象的2.未经细化3.复制其它情况中的目标可度量性measurable1.数量化的2.行为化的3.数据或信息具有可得性1.主观判断2.非行为化描述3.数据或信息无从获得可实现性Attainable1.在付出努力的情况下可以实现2.在适度的时限内实现1.过高或过低的目标2.期限过长现实性Realistic1.可证明的2.可观察的1.假定的2.不可观察或证明的有时限性Time-bound1.使用时间单位2.关注效率1.不考虑时效性2.模糊的时间概念具体性具体性，即specific。正确做法。切中目标、适度细化、随情况变化。错误做法。抽象的；复制其他情况中的目标。凡是不可衡量的指标，不能用于考核。可度量性可度量性，即measurable。正确做法。考核指标要可量化，包括行为化和数据化，数据或信息具有可得性。错误做法。主观的判断、非行为化，数据和信息不好获得等。可实现性可实现性，即Attainable。正确做法。在付出努力的情况下可以实现，并在适度的时限内可以实现。错误做法。过高或过低的目标、期限过长。现实性现实的，即Realistic。正确做法。所谓现实的是可以证明的、可以被观察的。错误做法。假定的，不可以证明、不可以被观察的。有时限性有时限限制，即Time-bound。正确做法。使用时间单位，要关注效率。错误做法。模糊的时间概念、不考虑时效性。总之，KPI指标一定可以用数字描述，凡是不能用数字描述出来的指标都不能用于考核。4.KPI指标的提炼KPI指标的提炼方法提炼KPI指标的方法主要有五种：头脑风暴法、鱼骨图法、标杆竞争、平衡计分卡和客户关系图法。头脑风暴法。通俗地说，就是找几人，由大家进行发散性思维，每人贡献自己的想法、点子。鱼骨图法。是一种人、机、料、法、环五因素的图解，即从人、设备、原材料、方法、各环节流程寻找。标杆竞争。即把同行业的先进指标作为参考，当成标杆。平衡计分卡。平衡计分卡实际上是寻找关键业绩指标的方法。客户关系图法。是所有方法中最原始的方法，也叫“折腾法”。此法可以以不变应万变，是做咨询常用的方法。客户关系图法有两个步骤：第一步，绘制出客户关系图。“客户”概念来源于ISO，ISO把部门与部门之间、人与人之间都当成客户关系。以找出营销部的秘书的关键职责为例，第一步是绘制出秘书的客户关系图。图1所示的是某秘书的客户关系图。图1客户关系图法案例从图1可以看出，秘书有三个重要的客户：经理、本部门的业务人员和财务部。根据企业的性质不同可以先定岗位的客户就不同。在思考客户时，需要思考两个维度：内部客户和外部客户，其中内部客户有包括上下级关系和左右关系。第二步，找到支撑其他岗位产生绩效的增值要素。主要强调该岗位让其他岗位增值，找到增值的方法有多种，可以用工作分析的原始方法，包括问卷调查法、访谈法、关键事件法等。要点提示提炼KPI指标的方法主要有：①头脑风暴法；②鱼骨图法；③标杆竞争；④平衡计分卡；⑤客户关系图法。KPI指标提炼案例分享KPI指标的提炼过程非常复杂，事实上是对员工折腾的过程。通过工作分析进行考核的腾过程比结果还重要，即指标提炼过程比结果重要。【案例】秘书的KPI指标提炼找出营销部的秘书的关键职责，通过工作分析，找到秘书的工作内容和职责后，对所有工作职责进行重要性的排序。经过分析，找到秘书的十一条职责，并从中提炼出秘书的KPI指标。图2所示的是秘书的KPI指标。。图2秘书的关键业绩指标从图2可以看出，秘书十一条职责就是折腾出来的，最终哪些职责该考核，经过提炼归纳为六条，在考核时注意强调和考核的内容，无关对与错。【案例】营销人员KPI提炼假设提炼出营销人员的指标主要是：出勤率、销售额、销售费用、遵守秩序、不良债权的比率、销售额的增长率、对客户礼貌的程度、从公司的全局出发、采用可行性的工作推行方式等九个指标。坐标法。这些指标是否都要考核，可用坐标法，即把所有的指标写到轴上，分成几个层次：需要的、非常需要的、非考核不可的。图3所示的是营销人员KPI指标的考核。图3营销人员KPI指标的考核图通过坐标法划分后，指标是否需要考核一目了然，如出勤率是需要考核的、而销售额和销售费用则是非考核不可。出勤率到底要不要考，则看是否强调出勤率，即强调与考核的是什么。KPI和目标的关系。以考核出勤率为例，考核时一定要量化，即用数字进行说明，该数字就是目标。如企业要求员工月度出勤率达到98%，“98%”就是企业定的出勤率目标。因此，考核时考的是KPI，而把KPI量化就是目标。【案例】员工的考核指标表3所示的是企业做的员工部分考核指标。表3员工考核指标表（部分）标准项目不符合目标低符合目标高主动性02345678910工作不主动，缺乏热情，需要上级不断督促，只能完成指令性工作工作有一定的主动性和热情，但还需要上级的督促工作热情，能主动考虑问题，并主动提出解决办法，对接口职责范围之事不扯皮对任何工作都有积极持久的工作热情，能以主人翁的态度去完成工作，对分内分外之事都能积极主动去做工作效率02345678910效率差，工作拖沓重复，不能够按时完成分内工作工作效率不高，但不误期效率一般，能在要求的时间内完成工作效率极高，能在相对较短的时间内高质量的完成工作，并给予他人协助服从性02345678910对上级指令阳奉阴违服从上级指令，但执行不力，工作不能落到实处服从上级指示，积极配合行动落实充分贯彻执行命令，予以积极配合业务水平02345678910专业知识及对工作的不足，影响工作进展，需要经常指导并帮助有一般专业知识及能力，能符合工作需要，需要指导有相当的专业知识和业务能力，能顺利完成任务，偶尔需要帮助有丰富的专业知识和很强的业务能力，并能充分发挥完成任务和给他人以协助从表3可以看出，员工的KPI有四项，分别是主动性、工作效率、服从性和业务水平。该员工考核指标表存在的问题是科学而不适用。科学性。KPI非常量化，即目标化，按十分制分别进行打分非常科学。如员工工作不主动、缺乏热情，需要上级不断督促，只能完成指令性工作的给0分；工作有一定的主动性和热情，还需要上级的督促的，给2分、3分、4分。等等。不实用性。KPI尽管非常量化，但考核基层员工的基本是小组长。而考核指标词语的用法却需要考核者深度理解，如极大的热情、主人公的态度、服从、阳奉阴违等词语，对小组长是挑战，很难领会。从案例可见，企业刚开始考核时，应避免难量化的指标，以免造成员工和管理者的矛盾。企业在实行考核非量化指标时，应成立小组进行考核，通过转化的改进方式进行。以服从性的考核为例，可制定一个目标，服从率达到100%就10分，证据以上司开出的警告条为主，就需要增加管理成本。真正考核非量化的、软性的指标时，通常可以采用小组考核或者增加管理成本的方法。二、平衡计分卡1.平衡计分卡的概述平衡计分卡，是1992年由卡普兰教授和咨询公司的总裁诺顿提出的。目前世界500强企业超过60%的企业在使用平衡计分卡，但大多企业都用错，因为平衡计分卡原来只是战略的管理工具，不用于考核。世界上最先进的管理工具是“六西格玛”，平衡计分卡排在第二。“六西格玛”是摩托罗拉发明的，GE用得最好。“六西格玛”提出的目标是百万之三点四，即做产品质量时，允许100万个中有3.4个不合格。2.平衡计分卡的应用企业如果没达到一定高度就不要滥用平衡计分卡。如今中国80%的企业用不上平衡计分卡。注重内部逻辑关系平衡计分卡有四个维度，卡普兰教授是从