典型零件的五軸改三軸加工工藝方案

石鑫，王廣運(yùn)，熊云，彭貞城，何金龍

南昌新寶路航空科技有限公司 江西南昌 330024

1 序言

本公司主要生產(chǎn)航空中小結(jié)構(gòu)零件，其種類繁多，結(jié)構(gòu)多樣，數(shù)量龐大?，F(xiàn)公司三軸數(shù)控機(jī)床近百臺，生產(chǎn)資源充沛，集群產(chǎn)能提升空間大。相比之下，五軸機(jī)床數(shù)量較少，不足10臺，且五軸數(shù)控機(jī)床占用率極高，產(chǎn)能明顯不足，生產(chǎn)瓶頸較大，阻礙生產(chǎn)效益的提升，成為亟待解決的問題。

為了有效緩解五軸數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)壓力，充分發(fā)揮五軸機(jī)床優(yōu)勢，增強(qiáng)數(shù)控生產(chǎn)資源的協(xié)調(diào)性，近一步提升三軸數(shù)控機(jī)床的集群產(chǎn)能，達(dá)到降本增效的目的。通過對部分機(jī)型的數(shù)控零件型號進(jìn)行梳理分析，找出適合“五軸改三軸”的零件，從工藝的角度及方案優(yōu)化等方面緩解上述困境，提升生產(chǎn)效益。下面列舉一些“五軸改三軸”的典型案例。

2 小閉角側(cè)壁的接銑

在某隔板零件（六合一成組）“五軸改三軸”工藝方案改進(jìn)中，最為關(guān)鍵的一點就是薄壁側(cè)壁的接銑。除了成組加工時零件需留有足夠的加工余量以確保加工剛性外，小閉角（薄壁內(nèi)彎且與垂直面夾角約6°）側(cè)壁的接銑應(yīng)采用一些特殊刀具來完成。

2.1 零件結(jié)構(gòu)及工藝分析

圖1為某薄壁隔板零件，材料為7050-T7451-δ30。雖然零件結(jié)構(gòu)相對簡單，但壁厚及腹板厚均為1.5m m，且存在小閉角（見圖1圈起處，該薄壁內(nèi)彎且與垂直面夾角約6°）。零件整體尺寸約320mm×180mm，屬于典型的薄壁框板類零件。原工藝方案為五軸數(shù)控加工，現(xiàn)配合T形刀將其成功改為三軸數(shù)控加工。薄壁隔板六合一成組加工工藝搭接如圖2所示。

圖1 某薄壁隔板零件

圖2 薄壁隔板六合一成組加工工藝搭接

2.2 小閉角側(cè)壁的接銑

圖3為T形刀接銑內(nèi)側(cè)壁工藝。對于這種開放式的且存在一定閉角的側(cè)壁加工來說，首選T形刀來完成銑削[1]。正是由于采用T形刀接銑小閉角側(cè)壁，才使得該六合一隔板零件的“五軸改三軸”工藝方案得以應(yīng)用與實施。圖4為T形刀在其他特征零件中的應(yīng)用。

圖3 T形刀接銑內(nèi)側(cè)壁工藝

圖4 T形刀在其他特征零件中的應(yīng)用

3 多工位銑削方式的應(yīng)用

除了特殊刀具的使用外，實際生產(chǎn)中更多是采用多工位加工的工藝編排方式，即將原五軸數(shù)控加工分解為X、Y和Z方向上的單工位三軸數(shù)控加工。主要分為兩種情況：一是工件自身的多工位擺動，二是輔助工裝的多工位擺動[2]。

3.1 工件自身的多工位擺動加工

工件自身的多工位擺動加工模式是將工件通過正、反銑，并結(jié)合掛起方式，完成上、下銑，實現(xiàn)零件的整體數(shù)控加工，銑削工作全部在三軸數(shù)控機(jī)床上完成[3]。圖5為某支架零件，材料為7050-T7451-δ50，零件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，存在弧面耳片及整個圓弧筒面，筒面端頭有鉆孔要求，屬于典型的多工位加工零件。

圖5 某支架零件

原五軸工藝安排為正、反面對接加工完成，現(xiàn)將其改為三軸正、反銑，并結(jié)合掛起方式完成上、下銑及鉆孔。圖6為該支架的多工位擺銑加工工藝流程。從車間實際加工情況的反饋來看，該擺銑加工方式十分適用于大批量的三軸數(shù)控加工。通過定制標(biāo)準(zhǔn)工藝孔、標(biāo)準(zhǔn)通用配套工裝，對于公司三軸數(shù)控集群產(chǎn)能的提升最為明顯，也最有利。

圖6 支架的多工位擺銑加工工藝流程

3.2 輔助工裝的多工位擺動加工

輔助工裝的多工位擺動加工常見的工裝模式分為3種，一是立臥轉(zhuǎn)換工裝，二是搖擺工裝，三是固定角度工裝。

（1）立臥轉(zhuǎn)換工裝的使用 圖7為立臥轉(zhuǎn)換工裝結(jié)構(gòu)。將零件的來料毛坯反扣到該工裝上，通過工裝的轉(zhuǎn)換擺動實現(xiàn)零件的一次裝夾、多工位加工。數(shù)控機(jī)床的對刀原點始終在工裝表面中心孔位處，可確保加工過程中的加工原點始終不變。實際操作中，僅需將該工裝人為地立起或臥放，即可實現(xiàn)零件的多工位數(shù)控加工。圖8為立臥轉(zhuǎn)換工裝用于某接頭零件的加工的工藝流程。

圖7 立臥轉(zhuǎn)換工裝結(jié)構(gòu)

圖8 立臥轉(zhuǎn)換工裝用于某接頭零件的加工的工藝流程

（2）搖擺工裝的使用 搖擺工裝常應(yīng)用于需±90°范圍內(nèi)擺動加工的零件，為非固定角度工裝。在實際應(yīng)用中，需要依靠頂針或是轉(zhuǎn)盤進(jìn)行夾持旋轉(zhuǎn)，并需要校準(zhǔn)工裝中心軸線與卡盤中心軸重合。圖9為搖擺工裝在某拉桿零件上的裝夾應(yīng)用，通過轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)拉桿零件在一定角度內(nèi)擺動、旋轉(zhuǎn)銑削加工，從而避免了再用五軸機(jī)床加工和占用五軸機(jī)床資源。

圖9 搖擺工裝在某拉桿零件上的裝夾應(yīng)用

（3）固定角度工裝的使用 固定角度工裝是指依據(jù)零件特點，外購或自制的與零件銑削部位夾角相同的工裝，迫使零件銑削部位垂直或水平擺放，從而實現(xiàn)零件的三軸數(shù)控加工。圖10為固定角度工裝應(yīng)用于某接頭零件45°盲槽加工。通過自制固定角度工裝，將盲槽擺成垂直狀態(tài)，便于三軸機(jī)床完成該盲槽的銑削加工，從真正意義上將該零件由五軸數(shù)控加工改為三軸數(shù)控加工。

圖10 固定角度工裝應(yīng)用于某接頭零件45°盲槽加工

4 創(chuàng)新性分析

典型零件的“五軸改三軸”工藝改進(jìn)方案具體解決了以下幾個問題。

1）根據(jù)不同零件的結(jié)構(gòu)特點，自主設(shè)計、制造并應(yīng)用了多套工裝夾具，大幅緩解了公司五軸數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)壓力，提供了有效的解決方案，并做到有的放矢，達(dá)到降本增效的目的。

2）不同工裝夾具及工藝技術(shù)的成功應(yīng)用經(jīng)驗，可以推廣至其他類似零件的工藝改進(jìn)方案中。

3）通過開展“五軸改三軸”工藝改進(jìn)工作，成功開啟了公司對“工藝指導(dǎo)生產(chǎn)，生產(chǎn)反饋工藝”問題的思考，打破傳統(tǒng)固有的工藝安排及零件裝夾加工思路，在“軍民融合”的大背景下，為公司的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

5 結(jié)束語

典型零件的“五軸改三軸”工藝方案改進(jìn)工作，著重從工藝的角度來提升零件的生產(chǎn)加工能力，提高車間生產(chǎn)效率，達(dá)到降本增效的目的。其中所應(yīng)用的工藝方法、技術(shù)手段、輔助工裝和刀具等，對其他零件的工藝改進(jìn)具有借鑒與指導(dǎo)作用。

專家點評

文章的亮點是根據(jù)不同零件的結(jié)構(gòu)特點進(jìn)行自主設(shè)計，從工藝的角度拓寬三軸數(shù)控機(jī)床的加工范圍。通過選擇合適的切削刀具和工裝夾具，將五軸數(shù)控加工改為三軸數(shù)控加工，緩解了五軸數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)壓力。通過小閉角側(cè)壁對接銑削、多工位銑削方式的應(yīng)用案例，闡述了“五軸改三軸”的工作重點和加工技巧，工藝方案的改進(jìn)具有很好的創(chuàng)新性和效益性，并且經(jīng)濟(jì)實用，開啟了工藝指導(dǎo)生產(chǎn)的加工思路，為協(xié)調(diào)利用數(shù)控設(shè)備資源提供技術(shù)支持，達(dá)到了降本增效的目的。