石鑫，陳強，劉俊瑋，歐陽阿寧，劉麗華，劉權(quán)

南昌新寶路航空科技有限公司 江西南昌 330024

1 序言

為了降本增效，車間工藝團隊開展了五軸改三軸等工藝效能提升的研究工作，其中最為典型的是某型號隔板零件的工藝改進。改進前，車間在加工該六合一成組隔板零件時，采取傳統(tǒng)工藝方案——五軸數(shù)控機床一次加工成形，但是這種加工方式使五軸機床的占用率較高，占用時間較長，平均每板零件加工完成需要兩天時間。除了加工時間長，還存在其他問題，最重要的是整板零件偶有變形，計量不合格，并且鉗工打磨工作量較大。

究其原因，一方面是六合一成組零件來料過大，長寬約1.2m×0.5m，厚度約31mm，五軸數(shù)控機床加工過程中并沒有進行有效的應(yīng)力釋放，而是一直不間斷地銑削直到零件加工完成。完成后，材料應(yīng)力以及加工應(yīng)力得到不同程度的釋放，造成零件局部扭曲變形，計量不合格；另一方面，通常車間所用的硬質(zhì)合金銑刀并沒有理論上的完全傾角，即底角R0模式，實際銑刀底角都會存在一定的R角，除非往下銑傷墊板，不然無論五軸數(shù)控擺銑或是定角行銑都會造成加工后的零件底部周圍輪廓存在一圈0.2mm左右的切削殘余，使鉗工打磨工作量增大，拖延零件生產(chǎn)周期，影響交付[1-3]。

綜上，需要對六合一成組隔板零件進行工藝改進與優(yōu)化，主要通過使用T形刀，將初始五軸工藝加工方案改為三軸數(shù)控工藝加工方案，并進行首件試切和計量。

2 零件結(jié)構(gòu)及工藝分析

圖1為某隔板零件三維實體，該零件腹板及側(cè)壁壁厚均為1.2mm，筋高18mm。俯視來看，該隔板側(cè)壁呈外開內(nèi)閉狀，內(nèi)側(cè)壁與腹板垂面夾角約8°，屬于典型的小閉角側(cè)壁面，其余結(jié)構(gòu)特征均可見，為典型的薄壁框板類零件。

圖1 某隔板零件三維實體

圖2為六合一成組隔板零件工藝搭接。傳統(tǒng)工藝方案安排為五軸數(shù)控機床加工，一次成形，現(xiàn)將其改為三軸數(shù)控加工工藝方案，關(guān)鍵之處在于借用T形刀完成小閉角側(cè)壁的接銑，其余結(jié)構(gòu)均可由三軸數(shù)控機床正常加工完成。

圖2 六合一成組隔板零件工藝搭接

3 T形刀的應(yīng)用及試切

圖3為六合一隔板整體加工流程。通過該加工流程不難發(fā)現(xiàn)，整個成組零件的加工首先安排為框板腔面開粗（見圖3工位1），其次零件整體翻面后再粗、精加工反面（即零件底面，見圖3工位2），最后零件整體再次翻面進行框板腔面的加工（見圖3工位3）。工位1主要是粗加工，去除大量毛坯余量，使零件整體在粗加工時充分釋放應(yīng)力，減緩后續(xù)精加工時的零件變形；工位2為正常工位下的粗、精加工零件底平面；工位3為釋放應(yīng)力后的框板腔面精加工，此時由于材料殘余應(yīng)力以及粗加工時的加工應(yīng)力得到了一定程度的釋放，在進行精加工時就顯得得心應(yīng)手，減少了傳統(tǒng)五軸數(shù)控機床加工時的變形。

圖3 六合一隔板整體加工流程

在使用T形刀編程時，主要牽涉到兩種編程模式，一種是Z-Level模式，另一種是Multi-axis模式?，F(xiàn)對上述兩種編程模式進行介紹與對比分析。

圖4為Z-Level編程模式下的T形刀在接銑閉角側(cè)壁時的刀路軌跡。Z-Level模式可以直接設(shè)置所需T形刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)，刀具結(jié)構(gòu)直觀易懂（見圖4a）?？紤]到隔板零件側(cè)壁較薄，為1.2mm，加工剛性較弱，因此需采用同向?qū)訉有秀?，這樣加工出來的側(cè)壁刀路整齊，零件表面質(zhì)量優(yōu)異，光澤感極強。因此本次隔板零件工藝方案優(yōu)化與改進優(yōu)先采用Z-Level模式。

圖4 Z-Level編程模式下的T形刀刀路軌跡

圖5為Multi-axis模式下的T形刀在接銑閉角側(cè)壁時的刀路軌跡。該模式下不可以直接設(shè)置T形刀結(jié)構(gòu)參數(shù)，但可以近似構(gòu)造半球頭T形刀（見圖5a）。該編程命令可以實現(xiàn)One-way/Zig-way（同向/往返向）走刀，走刀過程無需抬刀，行銑加工效率相對較高，但其主要適用于結(jié)構(gòu)剛性好、側(cè)壁較厚的零件加工。因此本優(yōu)化工藝方案不適用Multi-axis模式。

圖5 Multi-axis編程模式下的T形刀刀路軌跡

Z-Level與Multi-axis兩種編程模式的優(yōu)劣及切削參數(shù)對比見表1。

表1 Z-Level與Multi-axis兩種編程模式的優(yōu)劣及切削參數(shù)對比

三軸數(shù)控工藝方案的優(yōu)化改進完成后，投入首件試切。圖6為優(yōu)化加工完成后的零件狀態(tài)，首個試切件送計量后，顯示計量合格。至此，整個六合一隔板零件的五軸改三軸數(shù)控工藝方案優(yōu)化與改進完成，T形刀得到了充分應(yīng)用。

圖6 優(yōu)化后的六合一隔板零件狀態(tài)

4 結(jié)束語

自開展五軸改三軸工藝效能提升研究工作以來，將T形刀廣泛應(yīng)用到某些零件的工藝改進工作中，并得到理想的加工效果，不僅解放了公司的五軸機床，縮短了五軸機床的占用時間，而且合理協(xié)調(diào)了車間機床資源，達到了降本增效的目的。更為重要的是這種零件工藝改進技術(shù)得到沉淀與推廣，可為類似情況提供借鑒、學(xué)習(xí)與參考。