楊曉紅

（沈陽飛機工業(yè)集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽 110850）

某梁類零件，是某型飛機上典型的承力結(jié)構(gòu)件，其功能要求嚴(yán)格，尺寸公差嚴(yán)格。以前該類似零件耳片加工，為常規(guī)加工，耳片位置按檢夾檢查，零件按檢夾進(jìn)行劃線，由于常規(guī)加工靠常規(guī)工人的技術(shù)水平，生產(chǎn)效率低，勞動強度大，零件經(jīng)常超差。本文針對此梁零件進(jìn)行分析，制定了數(shù)字化加工方案，取得了較好的成果與效率。

1 零件簡介

某梁零件為結(jié)構(gòu)主要受力件，零件外廓尺寸：820 mm×100 mm×170 mm；零件材料為TA15M，來料為最終熱處理退火狀態(tài)，零件的毛料狀態(tài)為模鍛件。此零件尺寸公差繁多，形狀和位置公差要求嚴(yán)格（見圖 1）。

圖1 某梁零件尺寸結(jié)構(gòu)圖

2 結(jié)構(gòu)的工藝性分析

（1）利用數(shù)控立式銑床銑切典型槽腔結(jié)構(gòu)時，內(nèi)槽及緣板之間的內(nèi)轉(zhuǎn)接圓弧R常限制刀具的直徑，如圖2所示。

圖2 典型槽腔結(jié)構(gòu)銑削工藝性

一般來說，當(dāng)R＜0.2 H（被加工輪廓面的最大高度），可以判定為零件的工藝性不好。對于此梁類零件 R=3 mm，H=92 mm；R=8 mm，H=68 mm；符合R＜0.2 H的條件，可判定零件的工藝性不好。

零件銑削面的槽底圓角或腹板與緣板相交處的圓角半徑r也影響加工性（如圖2所示）。當(dāng)r越大，銑刀端刃銑切平面的能力越差，效率也越低；當(dāng)r大到一定程度時，甚至必須用球頭刀加工，這是應(yīng)當(dāng)盡量避免的。

因為銑刀與銑切平面接觸的最大直徑

d=D-2r（D為銑刀直徑）

當(dāng)D越大而r越小時，銑刀端刃銑削平面的面積越大，加工平面的能力越強，銑削工藝性當(dāng)然也越好。有時候，當(dāng)銑削的底面面積較大，底部圓弧r也較大時，不得不用兩把r不同的銑刀（一把r小些，另一把r符合零件圖）進(jìn)行兩次銑切。對于此零件的2耳片的槽口的寬度尺寸為14.6 H12，底R=3 mm，那么（D-2r）很小，此處加工的銑削工藝性不好。

（2）零件各加工面凹圓?。≧與r）過于零亂，造成在數(shù)控銑床上多換一次刀要增加不少新問題。如增加銑刀的規(guī)格，計劃停車次數(shù)和對刀次數(shù)等，不但給編程帶來許多麻煩，增加生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，而降低生產(chǎn)效率，而且也會因頻繁換刀，增加了工件加工面上的接刀接差，而降低了表面品質(zhì)。我們在數(shù)控加工時，要盡量減少銑刀的規(guī)格與換刀次數(shù)。

（3）加工過程中易變形，變形以翹曲、側(cè)彎為主，扭曲為輔。變形不但容易使零件的形位公差超出圖紙規(guī)定，而且在內(nèi)形加工時，對于保證緣條和腹板厚度造成一定的難度。有裝配協(xié)調(diào)要求的重要表面，其尺寸精度、形位公差和表面粗糙度要求較高，加工困難。見圖 1 耳片槽口尺寸 21.6 H12、14.6 H12、24 H12，耳片槽口深為75 mm，87 H11槽口深度為92 mm，垂直度0.3 mm、平面度分別為0.3 mm。

由于零件槽口深，零件加工時很容易出現(xiàn)讓刀，經(jīng)常會出現(xiàn)上面的槽口尺寸已經(jīng)加工到位，而下面的尺寸未加工到位，且此部位為裝配區(qū)。并且配合區(qū)槽口尺寸的轉(zhuǎn)接R為R 3 mm，且深度為92 mm，要想加工R 3 mm，加工難度很大。

另一方面，零件一側(cè)基準(zhǔn)孔與2耳片的距離很近，且零件的來料為模鍛件，給加工該工藝孔增加了難度。耳片的位置公差要求嚴(yán)格，為（37.5±0.1）mm，耳片的位置加工正確，才能保證零件在裝配過程中的正確。

3 工藝方案設(shè)計

3.1 機床的選擇

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和特點，采用的是數(shù)控五立標(biāo)立式銑床，加工除裝配導(dǎo)孔和壓套孔外的所有表面。

3.2 夾具的選擇

專用夾具是根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點專門設(shè)計的夾具，具有結(jié)構(gòu)合理、剛性強、裝夾穩(wěn)定可靠、操作方便、提高安裝精度及裝夾迅速等優(yōu)點。由于此零件的批量較大，精度要求較高的關(guān)鍵性零件，選用專用夾具是非常必要的。此零件的加工我們選用了2套專用銑夾和2套鉆模。

3.3 刀具的選擇

刀具的選擇原則：

（1）盡量減少刀具使用的數(shù)量；

（2）粗精加工的刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；

（3）先銑后鉆；

（4）先進(jìn)行腹板面精加工，后進(jìn)行二維輪廓筋條精加工；

（5）選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應(yīng)。

根據(jù)上述原則選用的加工外形的刀具為Φ50 R 0.5立銑刀，內(nèi)形選用的是Φ 40 R3立銑刀，補銑殘余及轉(zhuǎn)角選用的是Φ16 R3銑刀，2組耳片選用的是Φ12 R3立銑刀，4組耳片選用的是Φ16 R3立銑刀，零件的緣條高加工采用的是Φ30 R8立銑刀。

3.4 零件工序的安排

數(shù)控銑平面→數(shù)控鉆基準(zhǔn)孔→數(shù)控粗銑外形→數(shù)控粗銑內(nèi)形→數(shù)控粗銑緣條高→數(shù)控精銑緣條高→數(shù)控精銑外形→數(shù)控精銑內(nèi)形→零件翻面數(shù)控粗銑耳片高→數(shù)控精銑耳片高→數(shù)控粗銑耳片內(nèi)形→數(shù)控粗銑零件內(nèi)形→數(shù)控半精銑耳片內(nèi)形→數(shù)控半精銑內(nèi)形→數(shù)控精銑耳片內(nèi)形→數(shù)控精銑內(nèi)形→鉆耳片上的裝配孔→鉆導(dǎo)孔→半成品檢驗→熒光檢查前清洗→熒光檢查→擴、鉸耳片上的裝配孔→成品檢查→包裝入庫。

3.5 數(shù)控程序的編制

零件除耳片孔和裝配孔外，均為數(shù)控加工，程序編制完全是利用CATIA軟件來完成。

（1）容差分配原則。數(shù)控編程時，程編誤差有原理誤差、擬合誤差、圓整誤差。取擬合誤差為加工誤差的1/5～1/10，圓整誤差由后置處理程序控制。數(shù)控加工時容差的分配原則，是采用零件偏差的中值加工。此零件的外形容差為精加工外形時按理論外形-0.1 mm進(jìn)行編程。對于緣條壁厚尺寸公差（加工內(nèi)形時按理論內(nèi)形+0.1mm加工，以保證壁厚偏差為0。

（2）加工策略。零件加工路線采納Pocketing和Profile Contouring銑削方式。Pocketing是用來進(jìn)行凹槽加工，Profile Contouring是進(jìn)行輪廓銑削加工，兩者相結(jié)合，即可完成全部內(nèi)形和外廓的機加。

為減少零件的變形，數(shù)控加工時采用分層切削，并且增加粗加工、半精加工、精加工程序，來減少零件在加工時產(chǎn)生的變形。

粗銑時，主要是以去除零件工藝余量為目的，徑向排刀盡可能的大一些，軸向排刀根據(jù)刀具直徑、刀具刀長、零件材料性能等確定，對于相同材質(zhì)刀具，當(dāng)切寬一定，直徑越大下刀深越大，刀越長切深反而越?。话刖庸ぜ熬庸r，要充分利用刃長切削，即加工時，采用徑向分層方式，而軸向只要沒超過刃長范圍，就不必軸向分層。

銑削方式直接影響零件的加工品質(zhì)及刀具壽命。機加采用順銑加工，順銑時刀具的震動小，切除材料厚度由厚變薄，避免在已加工表面冷硬層上的滑走過程，提高刀具的使用壽命，切屑容易折斷，且不會粘在刀具上，避免粘刀，加工零件表面光潔度好；同時刀具后角磨損小，提高刀具壽命。

耳片的位置公差要求嚴(yán)格，（37.5±0.1）mm，且耳片槽口深為75 mm。如何保證耳片加工的正確性，我們采用將一側(cè)耳片確定為加工和測量基準(zhǔn)，在測量合格后，進(jìn)行耳片槽口尺寸的加工，最后保證耳片的厚度。否則我們同時加工耳片槽口兩側(cè)，同時測量耳片槽口兩側(cè)的位置，又要同時保證槽口尺寸，會給加工帶來很大的麻煩。

（3）切削參數(shù)的選擇及優(yōu)化。機加切削參數(shù)的設(shè)定，有兩個基本原則：

一是大切深、低速度、小進(jìn)給。這樣對機床及刀具負(fù)荷都會很大，轉(zhuǎn)角需要降速，零件加工過程中容易產(chǎn)生變形，機加效率較低。

二是小切深、高速度、大進(jìn)給基本原則。俗稱淺切快跑的加工方法，可以降低機床負(fù)荷，保護(hù)數(shù)控機床，降低切削力，減少加工應(yīng)力，有利于減小零件加工中的變形；選用適合的刀具，通過優(yōu)化數(shù)控程序，使數(shù)控加工達(dá)到無人工干預(yù)。

加工該零件采用這種方式：進(jìn)刀進(jìn)給速度設(shè)為300 mm/min，機加進(jìn)給速度572 mm/min，退刀及空行程進(jìn)給速度5 000 mm/min，在轉(zhuǎn)角處不需降速，主軸轉(zhuǎn)速1 500 r/min，刀具規(guī)格為Φ16 R3。

切削參數(shù)的選擇和優(yōu)化，一直是數(shù)字化制造需要解決的難題，其直接影響到零件的品質(zhì)和加工效率?，F(xiàn)在廣泛采用的切削參數(shù)優(yōu)化方法，是基于多目標(biāo)約束的非線性規(guī)劃。

數(shù)控切削中，切削參數(shù)指：

主軸轉(zhuǎn)速n；

軸向切削深度ap；

徑向切削寬度ae；

每轉(zhuǎn)進(jìn)給量f，

其中，切削深度和切削寬度按工藝數(shù)據(jù)庫選取。

將n和f作為優(yōu)化目標(biāo)，建立最大金屬切削率目標(biāo)函數(shù)。通過vericut和matlab聯(lián)合編程，結(jié)合數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了切削參數(shù)優(yōu)化。

3.6 后置處理

后置處理的目的，是形成數(shù)控指令文件。由于各種機床使用的控制系統(tǒng)不同，所以所用的數(shù)控指令文件的代碼及格式也有所不同。為解決這個問題，軟件通常設(shè)置一個后置處理文件。在進(jìn)行后置處理時，應(yīng)根據(jù)所選用的數(shù)控系統(tǒng)，調(diào)用其機床數(shù)據(jù)文件，運行數(shù)控編程系統(tǒng)提供的后置處理程序，將刀位原文件轉(zhuǎn)換成適應(yīng)該數(shù)控系統(tǒng)的加工程序。

3.7 數(shù)控程序的檢驗

隨著VERICUT演示功能的不斷強大，零件被切傷的幾率很小。我們編制程序的宗旨，不只要確保程序完好無損，同時還要考慮刀具路徑及機加順序的合理性。VERICUT演示可以對程序進(jìn)行切傷及殘余檢驗，根據(jù)一些參數(shù)的設(shè)定，切傷及殘余量可以用不同顏色來顯示。VERICUT演示，可以用前置也可以用后置，檢驗時最好用后置程序演示，因為最終到達(dá)工段的程序是后置程序，這樣可以避免中間環(huán)節(jié)出現(xiàn)錯誤導(dǎo)致的報廢。

單靠VERICUT演示來檢驗程序是不夠的，在VERICUT演示的同時，也要認(rèn)真對原程序編制的合理性進(jìn)行檢驗，很多時候VERICUT演示沒有任何漏洞，但實際加工時還會出現(xiàn)各種各樣的問題，如扎刀、打刀、帶刀、顫刀、零件表面光度差等等。

4 結(jié)束語

經(jīng)實踐證明，零件在加工中要考慮很多問題，如材料的特點、零件的結(jié)構(gòu)尺寸特點，進(jìn)行零件的工藝性分析，找出零件關(guān)鍵尺寸要素，給出合理的數(shù)控編程容差，采用合理的加工策略，嚴(yán)格控制確保零件的使用性能。通過梁類零件的數(shù)字化加工，提高了加工效率，保證了產(chǎn)品的品質(zhì)。

[1]王興逵.機械制造工藝學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.

[2]王令其.數(shù)控加工技術(shù)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.