適應(yīng)智能加工方案的標(biāo)準(zhǔn)化工藝在某型產(chǎn)品加工上的應(yīng)用

黃健康 王磊

【摘? 要】隨著智能加工方案在解決多型號小批量產(chǎn)品快速加工問題上的應(yīng)用，迫切需要用標(biāo)準(zhǔn)化工裝方案來規(guī)范加工產(chǎn)能線，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)的廣泛應(yīng)用極大地解決某型舵機(jī)原有加工方案的不足，使整個產(chǎn)品的裝夾程序優(yōu)化，解決超高速切削時出現(xiàn)的干涉問題，減少材料大量去除引起的應(yīng)力變形問題。同時通過改進(jìn)定位系統(tǒng)，實現(xiàn)對重復(fù)定位精度的可控，為效率的提升提供保證。

【關(guān)鍵詞】智能加工;高速切削;快速定位;應(yīng)力變形

0? 引言

舵機(jī)作為飛機(jī)操控系統(tǒng)上的關(guān)鍵設(shè)備，其在飛行控制中起著至關(guān)重要的作用。功能的重要性決定了舵機(jī)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和較高的精度要求。本文以某型舵機(jī)加工方案為例，介紹了智能加工方案在解決加工瓶頸問題、提升加工效率上的應(yīng)用。在解決裝夾導(dǎo)致的干涉問題、高速加工干涉問題、定位校正問題、切削進(jìn)給引起的應(yīng)力變形問題等等。通過對工裝與工藝方式引入智能化解決方案來逐一解決這類問題，為產(chǎn)品的快速制造提供最優(yōu)的成果。

1? 某型舵機(jī)工藝性分析

1.1? 產(chǎn)品基礎(chǔ)要求分析

本文涉及的該型舵機(jī)毛坯件為鍛造鋁合金材質(zhì)，呈長方體結(jié)構(gòu)（具體結(jié)構(gòu)如圖1所示）。工藝要求在鍛件的六個面上加工不

圖1? 某型舵機(jī)結(jié)構(gòu)圖

同角度的孔系，且不同的孔對相應(yīng)端面均有不同的位置度要求。具體要求是：整體外平面對底面的位置要求0.02mm，主通油孔端面尺寸，內(nèi)襯孔尺寸，單一孔系同軸度要求≤0.01mm，對孔口端面跳動≤0.01mm，粗糙度≤0.8μm。

1.2? 原有工藝方案分析

原有的工藝方案是利用產(chǎn)品預(yù)加工的通孔作為定位孔，采用機(jī)械壓板壓緊的方式固定產(chǎn)品，針對該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，選擇產(chǎn)品的上表面為壓板受力點。這種裝夾方式很好地利用了產(chǎn)品已有的特性，對產(chǎn)品加工起到定位夾緊的作用。但是在加工不同工作面時，壓板會引起干涉，特別是高速切削時。另外切削過程中，由于大量的去除基體材質(zhì)，引起應(yīng)力集中導(dǎo)致變形。原有的工藝方案的解決是增加了中間熱處理環(huán)節(jié)。這就需要重復(fù)拆裝產(chǎn)品，導(dǎo)致重復(fù)定位誤差的累計。

在加工的第二階段，需要應(yīng)用電加工手段打通主孔與對應(yīng)支孔之間的通路，這些連接孔有各自的角度要求，需要較好的定位精度，這就要求把第一階段的加工定位與第二階段的定位誤差控制在一定的范圍內(nèi)，即二者的重復(fù)定位精度高。這些問題只能通過工人的校準(zhǔn)修正來解決，其產(chǎn)品的穩(wěn)定性有很大的波動。

1.3? 智能化工藝方案分析

智能化工藝方案目標(biāo)是：解決重復(fù)定位精度問題，實現(xiàn)產(chǎn)品在不同設(shè)備上的快速加工，實現(xiàn)自動拆裝功能;提高加工效率，減少應(yīng)力集中引起的變形等問題。

針對該產(chǎn)品在加工中出現(xiàn)的一系列問題，智能化加工的解決方案有兩方面：一是工裝方案，一是工藝方案。工裝方案是提高重復(fù)定位精度，避免夾具對加工的干涉影響;

工藝方案是采用高速切削方法，為簡化裝夾方案提供可行的工藝端口，優(yōu)化切削方案，控制切削應(yīng)力引起的變形問題。

實現(xiàn)產(chǎn)品毛坯階段的定位與固定，可以將加工準(zhǔn)備階段延續(xù)到機(jī)床加工階段。這就減少了機(jī)床等待時間，提高了設(shè)備利用率。加工過程產(chǎn)品定位裝夾次數(shù)的減少，降低了重復(fù)定位問題引起的誤差累積問題。裝夾方式的簡化，減少了夾具因素對加工過程的干涉，為加工時實現(xiàn)高速切削提供了條件，而且高速切削試驗與研究表明，高速切削狀態(tài)下鍛鋁的切削變形很小，完全在可控的變化范圍內(nèi)。

2? 夾具與工藝方案的實施

2.1? 加工工藝方案的智能化設(shè)計

新的加工方案要考慮智能加工因素，一是工藝流程的簡化，二是實現(xiàn)產(chǎn)品的安裝與轉(zhuǎn)移自動化，減少人工干預(yù)程度。

基于工藝流程的簡化這一要求，我們的解決方案是：首先是實現(xiàn)產(chǎn)品裝夾過程的簡化單，即減少壓板零件在產(chǎn)品固定上的應(yīng)用，因為在原有工藝流程中，壓板會對加工過程形成干涉，不利于高速切削加工的實現(xiàn)，這也是導(dǎo)致產(chǎn)品應(yīng)力集中變形，需要額外增加工藝流程的重要原因。

其次，工藝流程的簡化是通過快速定位來實現(xiàn)，快速定位的實現(xiàn)有兩個方面，一個是產(chǎn)品的快速定位，二是產(chǎn)品夾具的快速定位。產(chǎn)品的定位是通過定位銷、孔來實現(xiàn)的，這個階段可以放在毛坯件的裝夾階段來實現(xiàn)。但產(chǎn)品在工序轉(zhuǎn)移階段的快速定位，這需要設(shè)置一種專門的裝置來實現(xiàn)。這就可以與實現(xiàn)產(chǎn)品安裝與轉(zhuǎn)移的自動化聯(lián)系起來，產(chǎn)品快換的實現(xiàn)，重復(fù)定位精度的可控，就可以使用機(jī)械被來實現(xiàn)毛坯從等待區(qū)到工作臺，加工完的產(chǎn)品從工作臺移位到下一工序加工機(jī)床工作臺上。這也為提高設(shè)備的利用率做出了嘗試。

2.2? 定位與夾緊方案的智能化設(shè)計

針對智能加工的特點，結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征。需要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單，具備快速重復(fù)定位功能的夾具?？紤]到重復(fù)定位件加工的特殊要求，預(yù)先采用外購零點定位系統(tǒng)，這就簡化了夾具整體結(jié)構(gòu)。

初步設(shè)計方案是：設(shè)計一種平板，該平板預(yù)先設(shè)置有產(chǎn)品安裝所需要的定位銷。平板另一面設(shè)計增加一種與定位系統(tǒng)相配合的結(jié)構(gòu)——銷棒，通過該結(jié)構(gòu)與與定位系統(tǒng)來實現(xiàn)快速定位，其重復(fù)定位精度在可控范圍內(nèi)且精度滿足要求。在解決產(chǎn)品的裝夾問題時，考慮到要避免壓板對加工的干涉，實現(xiàn)高速切削狀態(tài)下的產(chǎn)品多工作面加工。在該方案中通過工藝方案中預(yù)留的工藝孔，用螺釘緊固的方式實現(xiàn)產(chǎn)品在平板上的裝夾。

該夾具方案摒棄了原有的壓板壓緊方式，簡單的螺釘來實現(xiàn)產(chǎn)品的固定，這避免了壓板引起的加工干涉問題。同時為生產(chǎn)準(zhǔn)備階段毛坯件的標(biāo)準(zhǔn)化快速安裝提供了一種高效方法。裝夾的簡化為多工作面的高速銑削加工提供了條件，這為提高加工效率，減少產(chǎn)品加工變形提供了新的解決方案。

3? 實施結(jié)果對比

通過實際布線生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，原有的加工工藝方案涉及16種加工設(shè)備，有42步工序，產(chǎn)品轉(zhuǎn)移拆卸安裝17次，其中夾具干涉影響拆卸產(chǎn)品6次，熱處理工序拆卸安裝4次，產(chǎn)品轉(zhuǎn)移加工7次，累積誤差最終需要通過余量來抵消。

智能化工藝方案所需要的加工設(shè)備僅需9臺，從毛坯件到成品，產(chǎn)品的裝夾過程僅有一次，加工周期也只有原來的五分一，即11H。在提高效率的同時增加數(shù)座機(jī)械臂來實現(xiàn)加工臺上產(chǎn)品的自動轉(zhuǎn)移。統(tǒng)計結(jié)果如表1所示。

4? 結(jié)語

利用工藝與工裝方案的優(yōu)化，一次性定位裝夾的應(yīng)用，零點定位系統(tǒng)的應(yīng)用，使得最大限度減少了人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明智能化生產(chǎn)方案極大地提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，使得一次加工合格率達(dá)到了100%。表明該智能化工藝方案是切實可行的。

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[3] 張智森.筒形鈑金件銑削加工夾具設(shè)計.組合夾具與自動化加工技術(shù)，2017（7）.

作者簡介：

黃健康（1985—），男，江西景德鎮(zhèn)，工程師，研究方向：產(chǎn)品特種技術(shù)分析。

（作者單位：1.航空工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心;

2.海裝上海局駐南京地區(qū)第四軍事代表室）