李 騰，楊雄飛，丁傳東

（1.齊齊哈爾大學(xué)，黑龍江 齊齊哈爾 161000；2.航空工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150066）

數(shù)控加工技術(shù)是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段之一，其特點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的加工、高精度加工、在線檢測(cè)等功能，而實(shí)現(xiàn)這一系列功能的工具就是數(shù)控機(jī)床。

數(shù)控機(jī)床具有：加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定；能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，柔性好；加工生產(chǎn)效率高；減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件；有利于生產(chǎn)管理等特點(diǎn)。

影響數(shù)控機(jī)床加工有兩個(gè)重要因素：一是零件的工藝方法，另外一個(gè)是數(shù)控加工程序，兩項(xiàng)因素直接影響零件的加工質(zhì)量和效率、工人勞動(dòng)強(qiáng)度。如何改善零件的加工質(zhì)量，提高零件生產(chǎn)效率，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，滿足飛機(jī)的交付進(jìn)度，成了首要解決的問(wèn)題。

文章以某型機(jī)中某結(jié)構(gòu)框?yàn)槔鉀Q零件組合加工技術(shù)及數(shù)控程序優(yōu)化工作的一些問(wèn)題。

1 組合加工工藝方案的制定

1.1 原始的零件的加工方案

零件原始加工狀態(tài)為零件單件加工，采用單件加工的真空夾具進(jìn)行加工，零件在粗加工去量、精加工零件外形時(shí)經(jīng)常需要倒換壓板才能進(jìn)行加工，并且真空吸附區(qū)域經(jīng)常出現(xiàn)壁厚不均勻的狀況，如不謹(jǐn)慎測(cè)量，經(jīng)常容易出現(xiàn)超差品。

1.2 采用組合加工的零件加工方案

零件采用兩件組合加工，減少了材料的用量。擴(kuò)大真空吸附區(qū)域，使零件壁厚均勻，減少工人頻繁測(cè)量的工作量，無(wú)需頻繁倒換壓板，外形可在第一坐標(biāo)系的通用工裝實(shí)現(xiàn)吸附狀態(tài)?，F(xiàn)利用工裝中間三個(gè)螺栓孔進(jìn)行壓緊，進(jìn)行加工，零件第二坐標(biāo)系加工時(shí)外形壓板僅起到輔助作用，當(dāng)零件進(jìn)行切斷時(shí)壓板拆除，無(wú)需重新進(jìn)行安裝。由于零件加工用機(jī)床為FIDIA機(jī)床，其主軸Y向形成僅有1100mm，介于該機(jī)床的局限性，原始工裝保留作為零件鉆孔使用，而新工裝作為零件的加工工裝使用。

圖2 組合加工方案第二坐標(biāo)系加工狀態(tài)

1.3 兩種加工方案的區(qū)別

（1）吸附作用面面積。單件加工時(shí)真空吸附區(qū)域小，而兩件同時(shí)加工增加了真空吸附區(qū)域，增加大氣壓力力值，如果零件在理論狀態(tài)下，零件安放在真空夾具上時(shí)，即使無(wú)真空吸附時(shí)也應(yīng)完全貼合，但實(shí)際情況往往不是如此。金屬零件在毛坯有余量去除時(shí)，本身破壞了金屬材料內(nèi)部的纖維，產(chǎn)生的應(yīng)力變化造成零件的變形。零件已經(jīng)發(fā)生變形時(shí)需要完全與工裝貼合，就需外力作用使其達(dá)到該狀態(tài)。

其中圖3所示為零件兩件加工時(shí)的真空吸附狀態(tài)，圖4為零件單件狀態(tài)下的真空吸附狀態(tài)。

圖3 組合加工方案中真空吸附狀態(tài)

圖4 單獨(dú)加工方案中真空吸附狀態(tài)

（2）加工方案合理性。零件單件加工時(shí)，不利于數(shù)控機(jī)床的加工，適當(dāng)增大零件的加工區(qū)域往往可以提高機(jī)床的加工效率，機(jī)床在加工區(qū)域較小時(shí)，機(jī)床頻繁換向，機(jī)床加工速度始終都處于變化過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床加工轉(zhuǎn)角時(shí)，有一定的降速過(guò)程，走刀速度變慢，而兩件同時(shí)加工時(shí)，可以形成一個(gè)較大的封閉腔，這樣可以使機(jī)床走刀速度提升，充分發(fā)揮高速機(jī)床的特點(diǎn)。圖5和圖6分別為零件組合加工和單獨(dú)加工時(shí)的加工狀態(tài)。

圖5 零件組合加工時(shí)的零件腔加工時(shí)的加工狀態(tài)

圖6 零件單獨(dú)加工時(shí)的零件腔加工時(shí)的加工狀態(tài)

（3）加工過(guò)程中裝夾方式。組合加工方案降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，兩件組合加工后零件安放壓板的區(qū)域增加，減少了零件加工過(guò)程中調(diào)整零件及倒換壓板的工作，不需頻繁調(diào)整，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.4 零件數(shù)控程序的加工

零件數(shù)控加工程序編制過(guò)程中首先考慮零件的裝夾方式，該零件數(shù)控加工過(guò)程中由于是兩件組合加工，因此零件裝夾時(shí)可利用中間區(qū)域增加螺釘進(jìn)行壓緊，零件精加工時(shí)為防止零件側(cè)壁震動(dòng)可適當(dāng)增加壓板進(jìn)行輔助壓緊，同時(shí)還可以充分保證零件的加工尺寸要求。當(dāng)零件經(jīng)加工結(jié)束后，可將零件壓板去除，零件切斷時(shí)也不需要壓緊，直接切斷可以完成零件的加工。圖7所示為輔助壓緊，圖8為切斷壓緊。

圖7 組合加工方案的輔助壓緊示意圖

圖8 組合加工方案的切斷壓緊示意圖

2 數(shù)控程序的優(yōu)化方案

2.1 粗加工過(guò)程中的優(yōu)化

粗加工過(guò)程中為使零件充分變形，首先在加工零件過(guò)程中應(yīng)考慮刀具對(duì)零件變形量的影響，其次經(jīng)過(guò)試切過(guò)程中觀察零件粗加工結(jié)束后的零件變形量，最終確定零件的粗加工留量尺寸，避免粗加工留量的過(guò)大或者過(guò)小，粗加工留量過(guò)大涉及到零件后續(xù)加工中持續(xù)變形量增大，留量過(guò)小會(huì)造成零件精加工時(shí)部分區(qū)域出現(xiàn)加工缺陷，根據(jù)零件的加工試驗(yàn)，零件整體留量2mm。零件粗加工時(shí)零件正反兩面都進(jìn)行留量處理，經(jīng)過(guò)自然時(shí)效或者人工時(shí)效的方式進(jìn)行處理，讓零件充分變形后，對(duì)零件后續(xù)進(jìn)行加工。

2.2 精加工過(guò)程的優(yōu)化

零件粗加工結(jié)束后零件經(jīng)過(guò)時(shí)效處理，已經(jīng)充分變形，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)零件變形的方式為U型，需要將零件的底面銑平面，作為零件加工的基準(zhǔn)面，加工結(jié)束后進(jìn)行裝夾，進(jìn)行整體的精加工。精加工需要注意的幾點(diǎn)問(wèn)題：

（1）零件加工過(guò)程中為避免零件轉(zhuǎn)角R過(guò)渡的過(guò)程中，由于機(jī)床的慣性作用使的R角區(qū)域出現(xiàn)過(guò)切，此情況在零件程序進(jìn)行仿真分析時(shí)不會(huì)出現(xiàn)，在實(shí)際加工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)，同時(shí)在此加工過(guò)程中，轉(zhuǎn)角區(qū)域表面光度不好，經(jīng)常需要人工進(jìn)行打磨處理。為避免此情況的發(fā)生，在程序編制過(guò)程中根據(jù)零件轉(zhuǎn)角R的公差，需要編制工藝輔助線，將轉(zhuǎn)角R值加大，一般加大0.1mm便可以避免刀具直接成型R角，同樣的區(qū)域處理的方式很多，但是不建議更改小于轉(zhuǎn)角直徑的刀具進(jìn)行加工，因?yàn)?，刀具越小加工過(guò)程中的震動(dòng)越明顯，更不利于零件質(zhì)量的保證。

圖9 工藝輔助線加工的零件軌跡示意圖

（2）對(duì)于航空零件的結(jié)構(gòu)來(lái)講，零件一般壁厚較薄，加工中零件震動(dòng)明顯，表面光度不好，并且極容易超差，為了避免此類情況的發(fā)生，采用錯(cuò)層加工的方式進(jìn)行零件的加工，可以很好的控制零件加工的震動(dòng)問(wèn)題。

這里所使用的是錯(cuò)層加工的方式，錯(cuò)層加工主要是通過(guò)零件不對(duì)稱的切削方式，增加零件壁厚的剛性，減少因震動(dòng)造成零件加工表面的缺陷（如圖10所示）。

圖10

錯(cuò)層加工過(guò)程中，需要根據(jù)加工對(duì)象的高度來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)錯(cuò)層的層差深度，若零件高度較小，錯(cuò)層加工的優(yōu)勢(shì)就會(huì)降低，不如使用常規(guī)的加工方式，讓加工效率、質(zhì)量均有所保障，根據(jù)長(zhǎng)期的加工經(jīng)驗(yàn)，一般高度小于20mm，壁厚在1.5mm以上不推薦使用此方法，因此零件高度較大且壁厚較薄時(shí)為保證零件的加工質(zhì)量，一般選擇為精加工切削深度的50%作為層差，這樣可以增加零件單側(cè)加工的支撐強(qiáng)度，選擇錯(cuò)層加工減少震動(dòng)是其中一個(gè)優(yōu)勢(shì)，另外優(yōu)點(diǎn)在于，零件不對(duì)稱加工時(shí)，利于切削熱釋放，因?yàn)殄e(cuò)層加工屬于不對(duì)稱切削，且為立筋兩側(cè)按順序去除余量，與粗加工中的對(duì)稱加工效果類似，可以減少因切削熱量引起的零件變形。

如圖11，零件加工的順序?yàn)?-2-3-4-5-6-7-8，加工過(guò)程中所有未加工的區(qū)域?qū)υ诩庸^(qū)域都起到了一定的支撐作用。在根部的余量保證最終一致，根部的剛性較好，可一次加工完成，不需在進(jìn)行其它余量的調(diào)節(jié)。此種方式加工的空行程較多，一般建議在高速機(jī)床應(yīng)用，對(duì)加工效率的損失相對(duì)較少。

圖11 錯(cuò)層加工方案示意圖

但是此處需要注意的是，零件粗加工結(jié)束后直接進(jìn)行精加工，這樣可以將零件粗加工時(shí)形成材料冷作硬化區(qū)域直接高速去除，主要是因?yàn)榱慵旨庸r(shí)為提高加工效率一般都采用低速度走刀，提高零件的切削效率，往往此種走刀方式會(huì)產(chǎn)生大量的切削熱停留在半成品零件的表面，由于熱的作用造成零件的表面有冷作硬化區(qū)，而高速切削時(shí)70%的熱量時(shí)由切削帶走，而零件受溫度影響較小，同一區(qū)域粗、精加工先后進(jìn)行，有利于零件的變形控制。零件錯(cuò)層加工時(shí)不需要建立工藝模型僅需要簡(jiǎn)單調(diào)整及可，見(jiàn)圖12。

圖12 錯(cuò)層加工策略設(shè)置

2.3 零件的加工提效

數(shù)控發(fā)展至今，設(shè)備的不斷更新，對(duì)于零件的加工要求有了很大的變化，原有的零件加工方法有很大的參考價(jià)值，但是已經(jīng)不能完全適應(yīng)飛機(jī)生產(chǎn)的需要，因此提高零件的質(zhì)量及生產(chǎn)效率成為了當(dāng)前重要的研究課題，該零件的原始加工狀態(tài)中主要時(shí)應(yīng)用了一些專用刀具進(jìn)行加工，這樣無(wú)形之中增加了零件的成本，優(yōu)化后的零件大部分刀具采用常規(guī)硬質(zhì)合金刀具，其優(yōu)點(diǎn)是鋒利、耐用，避免由于長(zhǎng)期加工零件時(shí)刀具磨損造成的零件超差或者需要經(jīng)常更換刀具造成的時(shí)間損失。并且零件的加工效率及表面質(zhì)量都有所提升，原零件加工的時(shí)間為單件16小時(shí)數(shù)控加工完成，后續(xù)需鉗工大量打磨修理約2小時(shí)，優(yōu)化后零件的實(shí)際加工時(shí)間為1件8小時(shí)，鉗工修理時(shí)間所減至0.5小時(shí)，零件總體加工提高效率約200%，并且零件加工的合格率為99%。充分滿足了零件鉚接的進(jìn)度要求。

2.4 降低消耗

該零件原狀態(tài)加工時(shí)選用材料大小為1146mm×320mm，定額重量92.25kg，零件工藝方案完善后所用材料為1210mm×530mm/（2件），定額重量為80.8kg，節(jié)省材料定額11.45kg/件。

2.5 直接經(jīng)濟(jì)收益（估算）

8小時(shí)（節(jié)省工時(shí)：?jiǎn)渭?00元/小時(shí)（機(jī)床小時(shí)費(fèi)率）=6400元

1.5小時(shí)（節(jié)省工時(shí)：?jiǎn)渭?60元/小時(shí)（人工小時(shí)費(fèi)率）=240元

11.45kg×80元/kg（按國(guó)產(chǎn)鋁板估算）=916元

合計(jì)6400元+240元+916元=7556元（估算單件節(jié)省費(fèi)用）

3 結(jié)語(yǔ)

零件優(yōu)化過(guò)程中主要是結(jié)合了零件的自身特點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)零件的過(guò)程中，兩件幾乎對(duì)稱，可用此種方法進(jìn)行加工，并且零件加工過(guò)程中，由于單件加工時(shí)真空夾具吸附區(qū)域較小，經(jīng)常出現(xiàn)零件與腹板貼合區(qū)域尺寸不固定，造成零件加工中的故障。零件所用材料組合加工后可以適當(dāng)進(jìn)行縮減，并不影響零件的整體新方案進(jìn)行加工。但是零件采用此中方法加工時(shí)，主要問(wèn)題存在于如過(guò)零件裝配過(guò)程中單件出現(xiàn)報(bào)廢品情況時(shí)，補(bǔ)制比較困難，零件投產(chǎn)只能兩件同時(shí)進(jìn)行，如果需單件補(bǔ)加工時(shí)，需將零件材料恢復(fù)至原始單件加工的狀態(tài)下才能進(jìn)行加工。

隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是航空產(chǎn)品日趨精密、復(fù)雜；產(chǎn)品的升級(jí)、換代加快，改型頻繁，因此企業(yè)要求發(fā)展，就必須更廣泛、高效地應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)，而怎樣提高數(shù)控加工的質(zhì)量及效率也成為數(shù)控加工中的問(wèn)題。

文章以某型機(jī)某框類零件為例介紹了組合加工技術(shù)在批生產(chǎn)機(jī)型中的應(yīng)用，以及零件數(shù)控程序的優(yōu)化提效，并將零件的加工過(guò)程的工人勞動(dòng)強(qiáng)度降低，提高零件按的加工質(zhì)量。