適應智能加工方案的標準化工藝在某型產品加工上的應用

黃健康 王磊

【摘? 要】隨著智能加工方案在解決多型號小批量產品快速加工問題上的應用，迫切需要用標準化工裝方案來規范加工產能線，標準化作業的廣泛應用極大地解決某型舵機原有加工方案的不足，使整個產品的裝夾程序優化，解決超高速切削時出現的干涉問題，減少材料大量去除引起的應力變形問題。同時通過改進定位系統，實現對重復定位精度的可控，為效率的提升提供保證。

【關鍵詞】智能加工;高速切削;快速定位;應力變形

0? 引言

舵機作為飛機操控系統上的關鍵設備，其在飛行控制中起著至關重要的作用。功能的重要性決定了舵機具有復雜的結構和較高的精度要求。本文以某型舵機加工方案為例，介紹了智能加工方案在解決加工瓶頸問題、提升加工效率上的應用。在解決裝夾導致的干涉問題、高速加工干涉問題、定位校正問題、切削進給引起的應力變形問題等等。通過對工裝與工藝方式引入智能化解決方案來逐一解決這類問題，為產品的快速制造提供最優的成果。

1? 某型舵機工藝性分析

1.1? 產品基礎要求分析

本文涉及的該型舵機毛坯件為鍛造鋁合金材質，呈長方體結構（具體結構如圖1所示）。工藝要求在鍛件的六個面上加工不

圖1? 某型舵機結構圖

同角度的孔系，且不同的孔對相應端面均有不同的位置度要求。具體要求是：整體外平面對底面的位置要求0.02mm，主通油孔端面尺寸，內襯孔尺寸，單一孔系同軸度要求≤0.01mm，對孔口端面跳動≤0.01mm，粗糙度≤0.8μm。

1.2? 原有工藝方案分析

原有的工藝方案是利用產品預加工的通孔作為定位孔，采用機械壓板壓緊的方式固定產品，針對該產品結構，選擇產品的上表面為壓板受力點。這種裝夾方式很好地利用了產品已有的特性，對產品加工起到定位夾緊的作用。但是在加工不同工作面時，壓板會引起干涉，特別是高速切削時。另外切削過程中，由于大量的去除基體材質，引起應力集中導致變形。原有的工藝方案的解決是增加了中間熱處理環節。這就需要重復拆裝產品，導致重復定位誤差的累計。

在加工的第二階段，需要應用電加工手段打通主孔與對應支孔之間的通路，這些連接孔有各自的角度要求，需要較好的定位精度，這就要求把第一階段的加工定位與第二階段的定位誤差控制在一定的范圍內，即二者的重復定位精度高。這些問題只能通過工人的校準修正來解決，其產品的穩定性有很大的波動。

1.3? 智能化工藝方案分析

智能化工藝方案目標是：解決重復定位精度問題，實現產品在不同設備上的快速加工，實現自動拆裝功能;提高加工效率，減少應力集中引起的變形等問題。

針對該產品在加工中出現的一系列問題，智能化加工的解決方案有兩方面：一是工裝方案，一是工藝方案。工裝方案是提高重復定位精度，避免夾具對加工的干涉影響;

工藝方案是采用高速切削方法，為簡化裝夾方案提供可行的工藝端口，優化切削方案，控制切削應力引起的變形問題。

實現產品毛坯階段的定位與固定，可以將加工準備階段延續到機床加工階段。這就減少了機床等待時間，提高了設備利用率。加工過程產品定位裝夾次數的減少，降低了重復定位問題引起的誤差累積問題。裝夾方式的簡化，減少了夾具因素對加工過程的干涉，為加工時實現高速切削提供了條件，而且高速切削試驗與研究表明，高速切削狀態下鍛鋁的切削變形很小，完全在可控的變化范圍內。

2? 夾具與工藝方案的實施

2.1? 加工工藝方案的智能化設計

新的加工方案要考慮智能加工因素，一是工藝流程的簡化，二是實現產品的安裝與轉移自動化，減少人工干預程度。

基于工藝流程的簡化這一要求，我們的解決方案是：首先是實現產品裝夾過程的簡化單，即減少壓板零件在產品固定上的應用，因為在原有工藝流程中，壓板會對加工過程形成干涉，不利于高速切削加工的實現，這也是導致產品應力集中變形，需要額外增加工藝流程的重要原因。

其次，工藝流程的簡化是通過快速定位來實現，快速定位的實現有兩個方面，一個是產品的快速定位，二是產品夾具的快速定位。產品的定位是通過定位銷、孔來實現的，這個階段可以放在毛坯件的裝夾階段來實現。但產品在工序轉移階段的快速定位，這需要設置一種專門的裝置來實現。這就可以與實現產品安裝與轉移的自動化聯系起來，產品快換的實現，重復定位精度的可控，就可以使用機械被來實現毛坯從等待區到工作臺，加工完的產品從工作臺移位到下一工序加工機床工作臺上。這也為提高設備的利用率做出了嘗試。

2.2? 定位與夾緊方案的智能化設計

針對智能加工的特點，結合產品的結構特征。需要設計一種結構簡單，具備快速重復定位功能的夾具。考慮到重復定位件加工的特殊要求，預先采用外購零點定位系統，這就簡化了夾具整體結構。

初步設計方案是：設計一種平板，該平板預先設置有產品安裝所需要的定位銷。平板另一面設計增加一種與定位系統相配合的結構——銷棒，通過該結構與與定位系統來實現快速定位，其重復定位精度在可控范圍內且精度滿足要求。在解決產品的裝夾問題時，考慮到要避免壓板對加工的干涉，實現高速切削狀態下的產品多工作面加工。在該方案中通過工藝方案中預留的工藝孔，用螺釘緊固的方式實現產品在平板上的裝夾。

該夾具方案摒棄了原有的壓板壓緊方式，簡單的螺釘來實現產品的固定，這避免了壓板引起的加工干涉問題。同時為生產準備階段毛坯件的標準化快速安裝提供了一種高效方法。裝夾的簡化為多工作面的高速銑削加工提供了條件，這為提高加工效率，減少產品加工變形提供了新的解決方案。

3? 實施結果對比

通過實際布線生產發現，原有的加工工藝方案涉及16種加工設備，有42步工序，產品轉移拆卸安裝17次，其中夾具干涉影響拆卸產品6次，熱處理工序拆卸安裝4次，產品轉移加工7次，累積誤差最終需要通過余量來抵消。

智能化工藝方案所需要的加工設備僅需9臺，從毛坯件到成品，產品的裝夾過程僅有一次，加工周期也只有原來的五分一，即11H。在提高效率的同時增加數座機械臂來實現加工臺上產品的自動轉移。統計結果如表1所示。

4? 結語

利用工藝與工裝方案的優化，一次性定位裝夾的應用，零點定位系統的應用，使得最大限度減少了人為因素對產品質量的影響。生產數據統計表明智能化生產方案極大地提高了產品的生產效率，使得一次加工合格率達到了100%。表明該智能化工藝方案是切實可行的。

參考文獻：

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[2] 陳思濤.柔性高效裝夾技術的研究與應用.制造技術與機床，2017（4）.

[3] 張智森.筒形鈑金件銑削加工夾具設計.組合夾具與自動化加工技術，2017（7）.

作者簡介：

黃健康（1985—），男，江西景德鎮，工程師，研究方向：產品特種技術分析。

（作者單位：1.航空工業金城南京機電液壓工程研究中心;

2.海裝上海局駐南京地區第四軍事代表室）