某前吊掛加工工藝改進(jìn)及工裝設(shè)計(jì)

石 明

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽471000）

0 引言

圖1所示的前吊掛是某紅外改進(jìn)型空空導(dǎo)彈的重要組成部分，它既是發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)射裝置連接的關(guān)鍵承力部件，也是彈體點(diǎn)火裝置與載機(jī)連接的重要通道，其加工質(zhì)量對于發(fā)動(dòng)機(jī)乃至全彈的安全性能至關(guān)重要。原加工工藝方案主要通過人工操作手動(dòng)設(shè)備加工完成，對人員的技術(shù)水平和專用工裝依賴程度高，加工質(zhì)量不穩(wěn)定，已不能滿足大批量生產(chǎn)的需求。本文通過對吊掛加工進(jìn)行數(shù)控化改進(jìn)，即保證了加工質(zhì)量，又減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)加工效率得到一定的提升。

圖1 前吊掛簡圖

1 主要尺寸精度及技術(shù)指標(biāo)要求

前吊掛外形尺寸由線切割完成，其后精加工過程中主要尺寸如下為穿線孔為螺釘孔，后續(xù)孔將引用中文名稱）：

（1）螺釘孔角度尺寸 56°±10′、深度尺寸 4-2±0.12，沉孔角度尺寸 90°±15′；

（2）螺釘孔粗糙度要求Ra3.2

2 原工藝

2.1 原工藝方案

原工藝在加工孔時(shí)仍沿用傳統(tǒng)的制造工藝技術(shù)，即鉗工在普通臺鉆上依靠專用鉆模和專用刀具進(jìn)行加工，具體分為三道鉗工進(jìn)行，如表1所示。

表1 原工藝方案

螺釘孔及沉孔的加工分為兩道工序進(jìn)行，先使用鉆模加工 2-φ8.5 通孔，再使用埋鉆加工 90°±15′、2±0.12，專用埋鉆如圖2所示。通過刀具前端圓柱導(dǎo)引，圓柱長度控制埋孔深度，最終保證深度尺寸2±0.12。

穿線孔及沉孔加工時(shí)使用鉆模先加工Φ5.5，分為鉆孔→鉸孔→精鉸孔三道工步保證精度，再用沉孔鉆加工沉孔，其中沉孔深度4±0.048通過臺鉆上的深度限位裝置保證。

2.2 原工藝存在的不足

（1）生產(chǎn)方式落后

三道工序全部通過鉗工在普通臺鉆上加工完成，操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大。加工過程對操作者加工經(jīng)驗(yàn)及專用工裝的依賴程度高，如果更換新操作者或者專用工裝損壞修理，零件加工可能面臨停滯。

（2）加工質(zhì)量不穩(wěn)定

原工藝在加工的時(shí)候常有不合格尺寸產(chǎn)生，螺釘孔的角度尺寸56°±10′只能依靠鉆模保證精度，當(dāng)鉆模清理不干凈、吊掛安裝面不貼和時(shí)容易超差；螺釘孔沉孔深度 2±0.12、角度 90°±15′靠專用埋鉆（圖 2所示）控制，當(dāng)成型刀前端圓柱接觸鉆模底部時(shí)，易產(chǎn)生振動(dòng)，另外鉆模是鉗工手握進(jìn)行控制，這些因素均影響埋孔表面的加工質(zhì)量，使其表面粗糙度Ra3.2無法保證，加工完后需要進(jìn)行打磨修復(fù)。穿線孔上沉孔的深度尺寸4±0.048通過臺鉆上的深度限位裝置保證、穿線孔φ5.5尺寸精度較高，鉸孔時(shí)需分粗精加工進(jìn)行，都易受到鉆模精度、設(shè)備精度和穩(wěn)定性的影響，導(dǎo)致加工質(zhì)量的不穩(wěn)定。

（3）加工效率不高

利用臺鉆通過鉆模的加工效率本身較高，但是由于設(shè)備精度低，孔加工時(shí)由原來的鉆孔→鉸孔兩道工步變?yōu)殂@孔→鉸孔→精鉸孔三道工步，加之在加工過程中常因?yàn)橘|(zhì)量問題需要返工，最終導(dǎo)致整體的加工效率下降。

（4）加工過程無法控制

整個(gè)加工過程均靠鉆模來保證其加工精度，出現(xiàn)超差現(xiàn)象后，操作者不能及時(shí)根據(jù)需要來調(diào)整加工參數(shù)，加工過程無法控制。

3 工藝改進(jìn)

3.1 工藝改進(jìn)的思路

前吊掛原加工工藝存在著加工質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率不高等不足，必須對原加工工藝進(jìn)行優(yōu)化。在加工分廠數(shù)控設(shè)備大面積使用的情況下，將原工藝進(jìn)行數(shù)控化改進(jìn)是優(yōu)化工藝的最有效途徑。同時(shí)，在數(shù)控機(jī)床上加工時(shí)，原鉆模已不能使用，必須重新設(shè)計(jì)合理的工裝，選擇合適的裝夾方式和數(shù)控相結(jié)合來提升零件加工的穩(wěn)定性。

3.2 工藝改進(jìn)方案

改進(jìn)后的工藝方案采用數(shù)控設(shè)備加工，通過工序合并、加工內(nèi)容調(diào)整以及工裝設(shè)計(jì)等方法最終將三道鉗工工序改為兩道數(shù)控銑進(jìn)行，如表2所示。

考慮到螺釘孔的角向尺寸56°±10′加工時(shí)需進(jìn)行角向定位，為此首先通過四軸臥加加工穿線孔及沉孔，然后利用穿線孔做角向定位、在四軸立加上立加工螺釘孔相關(guān)尺寸，將原鉗工鉆孔和埋孔兩道工序合并成一道工序加工。

3.3 穿線孔的加工及工裝設(shè)計(jì)

3.3.1加工工藝分析

如圖1所示，尺寸4±0.048的基準(zhǔn)面為沉孔的上表面，在選擇加工基準(zhǔn)面的時(shí)候也必須將其定義在沉孔的上表面，從而減少每件零件找正時(shí)間。沉孔上表面通過虎鉗等一般裝夾方式無法直接支靠，必須通過設(shè)計(jì)合理的工裝，將前吊掛通過沉孔上表面直接支靠，使定位基準(zhǔn)、尺寸基準(zhǔn)統(tǒng)一。尺寸2-Φ5.5精度高，可通過銑孔→鉸孔的方式進(jìn)行加工，配合專用銷規(guī)進(jìn)行檢測，能夠較好的保證加工質(zhì)量。

3.3.2工裝設(shè)計(jì)

通過對基準(zhǔn)面的分析，確定以沉孔上表面為直接支靠面后，設(shè)計(jì)了專用工裝，如圖3所示，選擇在四軸臥式加工中心上加工。

圖3 臥加工裝

該工裝放置在臥加工作臺上，底部使用壓板壓緊固定。通過直接支靠沉孔上表面、吊掛兩側(cè)面輔助定位、壓板壓緊的方式裝夾，現(xiàn)場裝夾如圖4所示。工裝上吊掛安裝面和下工作臺安裝面要求平行度0.05，同時(shí)兩吊掛支靠面相對于工裝外圓要求對稱度0.02，既保證了吊掛的裝夾精度，又可以一次裝夾兩件零件進(jìn)行加工。沉孔粗糙度Ra3.2可以通過倒角銑刀有效保證。

3.4.2工裝設(shè)計(jì)

通過對基準(zhǔn)面的分析，確定以前吊掛大圓弧面為直接支靠面后，設(shè)計(jì)了專用工裝，如圖5所示，選擇在四軸立式加工中心上加工。

圖4 臥加工裝裝夾圖

3.4 螺釘孔的加工及工裝設(shè)計(jì)

3.4.1加工工藝分析

如圖1所示，角度尺寸56°±10′通過四軸立式加工中心分度進(jìn)行保證，確保了加工質(zhì)量的穩(wěn)定性。加工孔深2±0.12時(shí)，可選用一般帶涂層的硬質(zhì)合金倒角銑刀。孔深的尺寸基準(zhǔn)為前吊掛大圓弧面，必須使定位基準(zhǔn)和尺寸基準(zhǔn)保持一致，因此選擇圓弧面為支靠面，且以圓弧面最高點(diǎn)為加工坐標(biāo)系Z向零點(diǎn)。

圖5 立加工裝

該工裝通過左端三爪夾持，右端尾頂頂緊的方式安裝在機(jī)床上。選擇如圖6所示的菱形銷作為定位銷鉚入立加工裝對應(yīng)的定位銷孔中，這樣前吊掛安裝時(shí)，菱形銷能夠方便快速地插入到前吊掛定位孔中去。前吊掛圓弧面安裝在工裝外圓上，能夠限制三個(gè)自由度，菱形銷限制兩個(gè)自由度，然后前吊掛上表面通過壓板壓緊，現(xiàn)場裝夾如圖7所示。工裝制造時(shí)，將三處定位孔和壓板安裝孔在360°圓周方向均布，保證一次可以裝夾三個(gè)前吊掛。

圖6 菱形銷

圖7 立加工裝裝夾圖

沉孔深度尺寸2±0.12通過編程控制，加工過程中能夠根據(jù)測量結(jié)果及時(shí)調(diào)整，從而使加工尺寸可控。實(shí)際加工中，按中差編程，首件零件調(diào)試時(shí)刀長補(bǔ)償+0.05，加工完成后根據(jù)尺寸實(shí)測結(jié)果調(diào)整刀長補(bǔ)償，后續(xù)加工由機(jī)床精度保證，經(jīng)過大批量加工，合格率100%。

在數(shù)控機(jī)床上加工有效地解決了螺釘孔沉孔表面粗糙度Ra3.2不合格的問題，工藝改進(jìn)前后由返修率65%到一次加工合格率100%，加工效果對比如圖8所示。首先合理的工裝保證了前吊掛裝夾的可靠性，加工過程中零件振動(dòng)很??；其次選擇了如圖9所示的帶涂層的硬質(zhì)合金倒角銑刀，粗加工后留0.1 mm進(jìn)行精加工，將主軸轉(zhuǎn)速調(diào)整為1 200 r/min～1 500 r/min，相對于鉗工加工臺鉆主軸轉(zhuǎn)速300 r/min，高速切屑能夠有效地預(yù)防產(chǎn)生積屑瘤，避免因切屑擠壓而劃傷已加工表面；最后機(jī)床上使用切削液充分冷卻能夠有效地降低切削溫度，提高刀具耐用度，提升表面加工質(zhì)量。

圖8 沉孔加工效果對比

圖9 硬質(zhì)合金倒角銑刀

4 結(jié)束語

本文對某前吊掛的加工工藝進(jìn)行了數(shù)控化改進(jìn)，新加工方案更為合理，總結(jié)如下：

（1）新工藝改變了鉗工通過鉆模手工加工的方法，減輕了鉗工的工作強(qiáng)度；

（2）新工藝加工程序、刀具固化，生產(chǎn)指導(dǎo)性更強(qiáng)，且工裝簡單實(shí)用，工序操作過程清晰；

（3）新工藝加工質(zhì)量高，有效解決了4±0.048等尺寸加工質(zhì)量不穩(wěn)定、Ra3.2一次加工合格率低等問題。