某航空零件加工精度的研究

袁 琪

湖北職業技術學院機電工程學院，湖北孝感 432000

由于某航空廠數控加工中心在加工環型零件第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。通過對現場進行調研和現場銑削試驗，確定出影響環型零件加工精度的主要因素，并提出相應的解決方案。

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邊的上下槽，且最小加工尺寸精度為。

圖1 環型零件的實體模型

如圖1 所示為零件的三維實體模型，其結構為框架結構，，在受到較大銑削力作用下容易發生變形，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]，將零件實體轉換成ANSYS 能夠識別的文件格式導入，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。

通過現場銑削實驗了解到在銑削內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，易出現刀具磨損現象。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測，采用聲發射法[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+，結合BP 神經網絡[5]，建立刀具磨損監測預報模型。通過建立刀具磨損監測預報模型，對訓練樣本和驗證樣本的數據進行分析，其訓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。

通過前期的調研了解到，由于銑削零件的環型槽其Z 方向的誤差精度不能滿足加工精度要求，而且該廠16 臺數控銑床自99 年投入生產，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，沿Z 方向下降10mm，用手工對刀的方式將工件的一個側槽銑削出來，并以側槽的下表面為定位基準，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型槽，運用自動換刀的方式，以工件的上表面作為定位基準，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，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，根據試切實驗測得的數據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不規則變化，為了保證零件加工精度的要求，應采取如下措施即：在修磨機床主軸和檢修實驗設備的同時，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程序段中。并運用宏程序對零件可以串編的程序進行調用，真正實現了自動換刀加工。

3 結論

通過對工件的彈性變形、刀具磨損、機床誤差進行分析，結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程序段中。并運用宏程序對零件可以串編的程序進行調用，真正實現自動換刀加工，極大地提高了工廠的生產效率。

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