中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè) (集團(tuán))有限責(zé)任公司系統(tǒng)件廠 (四川 610092) 豆海峰

模鍛件的數(shù)控加工一直是機(jī)械加工行業(yè)的一個(gè)難題，飛機(jī)上使用的模鍛件接管嘴也是如此。本文將以飛機(jī)上使用的模鍛接管嘴為例，從分析其類別和加工現(xiàn)狀入手，提出一種數(shù)控車床液壓主軸與多用途卡盤聯(lián)接的轉(zhuǎn)接器以及一種虎口片夾具，用于解決模鍛接管嘴零件常規(guī)車床加工效率低，數(shù)控車床加工裝夾困難、柔性差的問(wèn)題，使數(shù)控車床采用更為柔性的多用途卡盤裝夾模鍛件接管嘴零件，從而實(shí)現(xiàn)其數(shù)控車加工。

1.目前現(xiàn)狀

接管嘴類零件在飛機(jī)上使用較多，這些接管嘴一般采用兩種毛坯形式:一種是自由鍛，用于研制初期;另一種是模鍛件，用于成批生產(chǎn)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，中航工業(yè)成飛承擔(dān)了多個(gè)機(jī)型的接管嘴零件數(shù)量達(dá)到1300多項(xiàng)，其主要類別及其數(shù)量如表1所示。

表1 接管嘴零件類別及其數(shù)量

自由鍛接管嘴的加工流程一般為:下料→銑六方→去毛刺→粗銑各管嘴形狀→去毛刺→精車各管嘴→銑→去毛刺→標(biāo)識(shí)，在加工過(guò)程中有銑六方，這樣在后續(xù)的加工中均有基準(zhǔn)面和夾持面，可以使用通用的兩爪或單動(dòng)卡盤裝夾，這樣既可以在普通車床上加工也可以在數(shù)控車床上加工。

模鍛件接管嘴由于在模鍛過(guò)程中，毛坯上產(chǎn)生模壓毛邊，并且表面不規(guī)則、質(zhì)量不穩(wěn)定，這樣造成無(wú)基準(zhǔn)面可用。通過(guò)多年的摸索和工人師傅的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了一種可以和模鍛件接管嘴毛坯表面相結(jié)合的一種自制夾具——虎口片，三維模型如圖1所示。虎口片上的圓柱面1和2相互垂直，圓柱面可根據(jù)接管嘴毛坯的外圓面進(jìn)行加工，然后通過(guò)圓柱面1和2夾緊接管嘴毛坯。虎口片裝夾接管嘴毛坯示意圖如圖2所示，圖2所示方槽用來(lái)避讓毛坯的扳手扁凸臺(tái)。但這種虎口片是根據(jù)普通車床上使用的兩爪或單動(dòng)卡盤來(lái)自制的夾具，兩者是通過(guò)圓柱面配合組裝，其無(wú)法和數(shù)控車床標(biāo)配的液壓卡盤組合，這是由液壓卡盤的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定的。而且液壓卡盤的卡爪為平面無(wú)法定位、夾緊模鍛件接管嘴毛坯表面。

圖1 虎口片三維模型

圖2 虎口片裝夾模鍛件接管嘴示意圖

目前模鍛件接管嘴零件加工方式有兩種:一是在普通車床上進(jìn)行，通過(guò)人工采用帶有虎口片的兩爪或單動(dòng)卡盤夾持零件，人工操作機(jī)床完成零件加工。其特點(diǎn)是夾持方式通用，但加工效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定。二是在數(shù)控車床上進(jìn)行，數(shù)控加工零件車削效率高、精度高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低、質(zhì)量穩(wěn)定，但多用途卡盤聯(lián)接方式與數(shù)控車床不匹配，數(shù)控車床上只能通過(guò)組合夾具或?qū)Ｓ脢A具夾持零件，數(shù)控車床自動(dòng)完成零件加工。其特點(diǎn)是夾持方式通用性差，而且組合夾具人為因素較大，精度極不穩(wěn)定，實(shí)際操作時(shí)往往需要多次調(diào)整返工;同時(shí)，組合夾具受組合元件的限制，夾具體大，壓板長(zhǎng)，使得加工刀具懸臂長(zhǎng)，零件裝夾時(shí)間長(zhǎng)，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。組合夾具周期長(zhǎng)，一般需要1天以上的拼裝周期，零件等待時(shí)間長(zhǎng)。專用夾具雖然基本解決了穩(wěn)定可靠性不高、等待時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，但其通用性差，一個(gè)零件需要一個(gè)完整的夾具體，成本高。因此隨著機(jī)型的增多和批量的增加，模鍛件接管嘴零件的加工已成為航空制造業(yè)的較大瓶頸。

2.模鍛接管嘴零件數(shù)控車加工的實(shí)現(xiàn)

為了解決數(shù)控車床能夠加工模鍛件接管嘴，現(xiàn)考慮將普通車床使用的卡盤改裝為一種多用途卡盤，其中兩個(gè)卡爪可通過(guò)絲桿作用實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心，與自動(dòng)定心卡爪垂直的另外兩個(gè)卡盤鍵槽可安裝定位卡爪，既可用來(lái)定位零件，又可實(shí)現(xiàn)零件的偏心車削。同時(shí)設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)接器 (見(jiàn)圖3)將多用途卡盤聯(lián)接在數(shù)控車床上，從而實(shí)現(xiàn)模鍛件接管嘴的數(shù)控車削。圖4為通過(guò)轉(zhuǎn)接器實(shí)現(xiàn)多用途卡盤在數(shù)控車床上使用的構(gòu)造圖，圖5為三維實(shí)體模型。

圖3 轉(zhuǎn)接器

圖4 二維構(gòu)造關(guān)系圖

圖5 三維構(gòu)造關(guān)系圖

圖4中所示的主軸轉(zhuǎn)接盤14與數(shù)控車床的主軸聯(lián)接，然后通過(guò)轉(zhuǎn)接器7將主軸轉(zhuǎn)接盤14和卡盤1聯(lián)接，均采用螺釘聯(lián)接;主軸轉(zhuǎn)接盤14和轉(zhuǎn)接器7采用圓柱面配合定位定向，采用錐面作輔助定位;轉(zhuǎn)接器7和卡盤1采用圓柱面配合定位定向;保證了轉(zhuǎn)接器7、卡盤1和主軸轉(zhuǎn)接盤14與車床主軸中心線位于同一根軸線上。卡盤1上通過(guò)鍵槽定位卡爪2和5，卡爪2和5通過(guò)圓柱面定位安裝虎口片3和4，通過(guò)虎口片夾持模鍛件接管嘴毛坯15，在夾持過(guò)程中通過(guò)絲桿6給卡爪2和5同時(shí)加力來(lái)使虎口片3和4同時(shí)夾緊模鍛件接管嘴毛坯15，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定心，保證零件的軸線和機(jī)床的軸線一致。

轉(zhuǎn)接器與主軸轉(zhuǎn)接盤、卡盤之間采用螺紋聯(lián)接。轉(zhuǎn)接器與主軸轉(zhuǎn)接盤和卡盤之間采用間隙配合，卡爪與虎口片采用間隙配合。主軸轉(zhuǎn)接盤圓柱面定位定心，螺釘聯(lián)接安裝在數(shù)控車床上;轉(zhuǎn)接器采用軸銷定位，錐面定心，螺釘聯(lián)接安裝在主軸轉(zhuǎn)接盤上;卡盤采用圓柱面定位定心，螺釘聯(lián)接安裝在轉(zhuǎn)接器上;卡爪通過(guò)T形槽和卡盤聯(lián)接，通過(guò)絲桿調(diào)節(jié)自動(dòng)定心;虎口片通過(guò)圓柱面定位定心，采用銷釘聯(lián)接在卡爪上。

通過(guò)上述的聯(lián)接和夾持，使模鍛件接管嘴方便、可靠、準(zhǔn)確地定位在數(shù)控車床上，操作人員可調(diào)用數(shù)控程序?qū)崿F(xiàn)管嘴類零件的數(shù)控車加工。

3.模鍛接管嘴零件數(shù)控車加工的應(yīng)用

經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床和常規(guī)車床 (CA6140、CY6140、CF6140)的數(shù)據(jù)采集，已設(shè)計(jì)、制造了適用于數(shù)控機(jī)床TALENT8/52和TALENT 10/78的轉(zhuǎn)接器和多用途卡盤。轉(zhuǎn)接器選用45鋼材料，在參照數(shù)控車床液壓主軸及多用途卡盤的聯(lián)接方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，按照液壓主軸和兩爪卡盤的裝配尺寸加工生產(chǎn)，通過(guò)實(shí)際試應(yīng)用，轉(zhuǎn)接器安裝使用順利并成功試加工了某項(xiàng)三通管接頭零件 (材料:30CrMnSiA)，在使用現(xiàn)有設(shè)備、配件，不增加任何專用刀具、夾具的情況下，加工時(shí)間由以往的85 min，縮短到25 min，加工效率提高70%。既節(jié)約成本，又降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

本裝置采用人工裝夾，避免夾持力不易控制問(wèn)題，同時(shí)可以通過(guò)非自定心的卡爪實(shí)現(xiàn)零件的偏心定位，因此不僅可以應(yīng)用于模鍛接管嘴零件數(shù)控加工，同時(shí)可以應(yīng)用于偏心類零件的數(shù)控車削加工，也解決了薄壁零件由于液壓卡盤裝夾變形難以控制而造成無(wú)法使用數(shù)控車床加工的問(wèn)題。改變模鍛接管嘴、偏心類零件和薄壁零件采用普通車床加工的效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

4.結(jié)語(yǔ)

模鍛接管嘴零件數(shù)控車加工的實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用是一個(gè)成功的案例，為中航工業(yè)成飛的飛機(jī)系統(tǒng)零件加工節(jié)約了成本，提高了效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。通過(guò)此案例讓我們進(jìn)一步思考其他類型的零件普通加工轉(zhuǎn)數(shù)控加工的實(shí)現(xiàn)方法，以及改變我國(guó)航空制造企業(yè)數(shù)控設(shè)備利用率低的思路。