袁 琪

湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院機電工程學(xué)院，湖北孝感 432000

由于某航空廠數(shù)控加工中心在加工環(huán)型零件第50 和60 工序時，無法達到加工精度要求，而采用人工換刀加工。通過對現(xiàn)場進行調(diào)研和現(xiàn)場銑削試驗，確定出影響環(huán)型零件加工精度的主要因素，并提出相應(yīng)的解決方案。

1 原因分析

該航空零件為燃氣機燃燒室單元體的主要部分，零件材料為高溫合金鋼。其第50 和60 工序中最重要的工步尺寸為大小弧段和兩側(cè)邊的上下槽，且最小加工尺寸精度為。

圖1 環(huán)型零件的實體模型

如圖1 所示為零件的三維實體模型，其結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，，在受到較大銑削力作用下容易發(fā)生變形，基于此將工件彈性變形作為影響加工精度的主要因素。運用UG 軟件進行零件的三維造型[1]，將零件實體轉(zhuǎn)換成ANSYS 能夠識別的文件格式導(dǎo)入，并對工件進行有限元分析[2]。由于軟件的后處理功能所得的X、Y 向的最大位移量都很小可忽略掉，故不將工件的彈性變形列為影響零件加工精度的主要因素。

通過現(xiàn)場銑削實驗了解到在銑削內(nèi)外輪廓中銑削余量較多，而刀具材料為M42，在受到較大銑削力的作用，易出現(xiàn)刀具磨損現(xiàn)象。基于此將刀具磨損作為影響加工精度的又一主要因素。針對刀具半徑的磨損監(jiān)測，采用聲發(fā)射法[3]，通過對實驗采集的AE 信號進行移頻小波包的特征值提取+，結(jié)合BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[5]，建立刀具磨損監(jiān)測預(yù)報模型。通過建立刀具磨損監(jiān)測預(yù)報模型，對訓(xùn)練樣本和驗證樣本的數(shù)據(jù)進行分析，其訓(xùn)練樣本的最大誤差為±0.0005mm，驗證樣本的最大誤差為±0.0009mm。而該環(huán)型零件的最小加工尺寸精度為，均滿足誤差精度要求，故對零件加工精度的影響可忽略掉。

通過前期的調(diào)研了解到，由于銑削零件的環(huán)型槽其Z 方向的誤差精度不能滿足加工精度要求，而且該廠16 臺數(shù)控銑床自99 年投入生產(chǎn)，一直都未徹底檢修，基于此將機床誤差作為影響加工精度的又一主要因素。結(jié)合零件的加工工況，只考慮機床的幾何誤差對加工精度的影響。

2 解決方法

實驗方案：

本次實驗是將兩把銑刀分別裝入刀庫和機床主軸，采用自動換刀和手動換刀來測量其Z 方向的定位誤差。首先用銑床壓板將工件緊固在工作臺上，以工件的上表面為定位基準(zhǔn)，沿Z 方向下降10mm，用手工對刀的方式將工件的一個側(cè)槽銑削出來，并以側(cè)槽的下表面為定位基準(zhǔn)，沿Z 方向下降10mm，依次銑出第二、第三個槽。由于零件四周均布環(huán)型槽，運用自動換刀的方式，以工件的上表面作為定位基準(zhǔn)，以第一個槽等高度的其它三個方向依次銑削出第四、第五、第六個槽。然后采用自動換刀的方式，相對于前三個槽沿Z 方向下降10mm，按照上述方法，以各個槽的下表面為定位基準(zhǔn)依次銑削出第七、第八、第九個槽。最后還是采用自動換刀的方式，相對于前三個槽沿Z 方向再下降10mm，以各個槽的下表面為定位基準(zhǔn)依次銑削出第十、第十一、第十二個槽，如圖2 所示。

圖2 實驗方案示意圖

試切實驗完成后，利用杠桿千分尺，以第一個槽的下表面為基準(zhǔn)，依次測量從第一個槽至各個槽的高度差。測量所得Z方向定位誤差如表1 所示。

由Z 方向定位誤差可知，在采用手動換刀對零件進行銑槽加工時其最大定位誤差為0.07mm。而采用自動換刀對零件進行銑槽加工時，其最大定位誤差為1.04mm。由于零件的最小加工尺寸精度為，根據(jù)試切實驗測得的數(shù)據(jù)可知自動換刀加工過程中其Z 方向定位誤差是影響零件加工精度的主要因素。

表1 Z 方向定位誤差

由于機床Z 方向的定位誤差值呈現(xiàn)不規(guī)則變化，為了保證零件加工精度的要求，應(yīng)采取如下措施即：在修磨機床主軸和檢修實驗設(shè)備的同時，每次銑削加工前，通過杠桿千分尺測量出裝刀后的Z 方向定位誤差，將上述誤差值以刀補的形式添加到相應(yīng)程序段中。并運用宏程序?qū)α慵梢源幍某绦蜻M行調(diào)用，真正實現(xiàn)了自動換刀加工。

3 結(jié)論

通過對工件的彈性變形、刀具磨損、機床誤差進行分析，結(jié)合銑槽實驗所測得的Z 方向定位誤差，確定出機床誤差是影響零件加工精度的主要因素。為了保證零件的加工精度，在修磨機床主軸和檢修實驗設(shè)備的同時，每次銑削加工前，通過杠桿千分尺測量出裝刀后的Z 方向定位誤差，將上述誤差值以刀補的形式添加到相應(yīng)程序段中。并運用宏程序?qū)α慵梢源幍某绦蜻M行調(diào)用，真正實現(xiàn)自動換刀加工，極大地提高了工廠的生產(chǎn)效率。

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