典型零件五軸改三軸加工工藝淺析

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摘要：介紹幾種典型零件的工藝改進案例，通過采用一些特殊刀具和工裝，將零件的五軸數控加工改為三軸數控加工，在實際應用中根據零件自身的結構特點制定工藝改進方法與解決方案，從而增強車間現場數控資源的協調性，提高生產效益，達到降本增效的目的。

關鍵詞：數控機床；數控加工；工藝改進；工裝夾具；刀具；降本增效

1序言

本公司主要生產航空中小結構零件，其種類繁多，結構多樣，數量龐大。現公司三軸數控機床近百臺，生產資源充沛，集群產能提升空間大。相比之下，五軸機床數量較少，不足10臺，且五軸數控機床占用率極高，產能明顯不足，生產瓶頸較大，阻礙生產效益的提升，成為亟待解決的問題。為了有效緩解五軸數控機床的生產壓力，充分發揮五軸機床優勢，增強數控生產資源的協調性，近一步提升三軸數控機床的集群產能，達到降本增效的目的。通過對部分機型的數控零件型號進行梳理分析，找出適合“五軸改三軸”的零件，從工藝的角度及方案優化等方面緩解上述困境，提升生產效益。下面列舉一些“五軸改三軸”的典型案例。

2小閉角側壁的接銑

在某隔板零件（六合一成組）“五軸改三軸”工藝方案改進中，最為關鍵的一點就是薄壁側壁的接銑。除了成組加工時零件需留有足夠的加工余量以確保加工剛性外，小閉角（薄壁內彎且與垂直面夾角約6°）側壁的接銑應采用一些特殊刀具來完成。

2.1零件結構及工藝分析

圖1為某薄壁隔板零件，材料為7050-T7451-δ30。雖然零件結構相對簡單，但壁厚及腹板厚均為1.5mm，且存在小閉角（見圖1圈起處，該薄壁內彎且與垂直面夾角約6°）。零件整體尺寸約320mm×180mm，屬于典型的薄壁框板類零件。原工藝方案為五軸數控加工，現配合T形刀將其成功改為三軸數控加工。薄壁隔板六合一成組加工工藝搭接如圖2所示。2.2小閉角側壁的接銑圖3為T形刀接銑內側壁工藝。對于這種開放式的且存在一定閉角的側壁加工來說，首選T形刀來完成銑削[1]。正是由于采用T形刀接銑小閉角側壁，才使得該六合一隔板零件的“五軸改三軸”工藝方案得以應用與實施。圖4為T形刀在其他特征零件中的應用。

3多工位銑削方式的應用

除了特殊刀具的使用外，實際生產中更多是采用多工位加工的工藝編排方式，即將原五軸數控加工分解為X、Y和Z方向上的單工位三軸數控加工。主要分為兩種情況：一是工件自身的多工位擺動，二是輔助工裝的多工位擺動[2]。

3.1工件自身的多工位擺動加工

工件自身的多工位擺動加工模式是將工件通過正、反銑，并結合掛起方式，完成上、下銑，實現零件的整體數控加工，銑削工作全部在三軸數控機床上完成[3]。圖5為某支架零件，材料為7050-T7451-δ50，零件結構相對復雜，存在弧面耳片及整個圓弧筒面，筒面端頭有鉆孔要求，屬于典型的多工位加工零件。原五軸工藝安排為正、反面對接加工完成，現將其改為三軸正、反銑，并結合掛起方式完成上、下銑及鉆孔。圖6為該支架的多工位擺銑加工工藝流程。從車間實際加工情況的反饋來看，該擺銑加工方式十分適用于大批量的三軸數控加工。通過定制標準工藝孔、標準通用配套工裝，對于公司三軸數控集群產能的提升最為明顯，也最有利。

3.2輔助工裝的多工位擺動加工

輔助工裝的多工位擺動加工常見的工裝模式分為3種，一是立臥轉換工裝，二是搖擺工裝，三是固定角度工裝。（1）立臥轉換工裝的使用圖7為立臥轉換工裝結構。將零件的來料毛坯反扣到該工裝上，通過工裝的轉換擺動實現零件的一次裝夾、多工位加工。數控機床的對刀原點始終在工裝表面中心孔位處，可確保加工過程中的加工原點始終不變。實際操作中，僅需將該工裝人為地立起或臥放，即可實現零件的多工位數控加工。圖8為立臥轉換工裝用于某接頭零件的加工的工藝流程。（2）搖擺工裝的使用搖擺工裝常應用于需±90°范圍內擺動加工的零件，為非固定角度工裝。在實際應用中，需要依靠頂針或是轉盤進行夾持旋轉，并需要校準工裝中心軸線與卡盤中心軸重合。圖9為搖擺工裝在某拉桿零件上的裝夾應用，通過轉盤的旋轉，實現拉桿零件在一定角度內擺動、旋轉銑削加工，從而避免了再用五軸機床加工和占用五軸機床資源。（3）固定角度工裝的使用固定角度工裝是指依據零件特點，外購或自制的與零件銑削部位夾角相同的工裝，迫使零件銑削部位垂直或水平擺放，從而實現零件的三軸數控加工。圖10為固定角度工裝應用于某接頭零件45°盲槽加工。通過自制固定角度工裝，將盲槽擺成垂直狀態，便于三軸機床完成該盲槽的銑削加工，從真正意義上將該零件由五軸數控加工改為三軸數控加工。

4創新性分析

典型零件的“五軸改三軸”工藝改進方案具體解決了以下幾個問題。1）根據不同零件的結構特點，自主設計、制造并應用了多套工裝夾具，大幅緩解了公司五軸數控機床的生產壓力，提供了有效的解決方案，并做到有的放矢，達到降本增效的目的。2）不同工裝夾具及工藝技術的成功應用經驗，可以推廣至其他類似零件的工藝改進方案中。3）通過開展“五軸改三軸”工藝改進工作，成功開啟了公司對“工藝指導生產，生產反饋工藝”問題的思考，打破傳統固有的工藝安排及零件裝夾加工思路，在“軍民融合”的大背景下，為公司的發展提供了強有力的技術支撐。

5結束語

典型零件的“五軸改三軸”工藝方案改進工作，著重從工藝的角度來提升零件的生產加工能力，提高車間生產效率，達到降本增效的目的。其中所應用的工藝方法、技術手段、輔助工裝和刀具等，對其他零件的工藝改進具有借鑒與指導作用。

參考文獻：

[1]陳思濤，溫良，朱璇，等.球支座零件加工工藝優化[J].航空制造技術，2019（3）：97-99.

[2]董海堂.采用簡易定位工裝提高機床生產效率[J].金屬加工（冷加工），2019（2）：38-39.

[3]王令其.數控加工技術[M].北京：機械工業出版社，2007.

作者:石鑫 王廣運 熊云 彭貞城 何金龍 單位:南昌新寶路航空科技有限公司