由多軸向三軸巧妙優化的翼片加工方法

于 波，楊興隆

(淮海工業集團有限公司，山西 長治 046012)

0 引言

翼片被廣泛應用于航空、航天、兵器等空中飛行產品領域，是控制飛行器飛行方向和姿態的重要部件。翼片的翼面是由多角度的平面或曲面組合而成，尺寸精度要求很高，相對機械加工來說屬于薄壁類零件。另外，對其表面粗糙度要求也高，加工時毛坯不方便直接進行裝夾，而且加工完成后零件容易產生變形。一般情況下，翼片的加工多是在四軸或五軸等多軸加工中心完成，加工制造的成本較高。本文通過對某型號翼片的工藝分析和調整，在三軸立式加工中心完成了加工制造，其工藝思路和方法具有比較好的應用與推廣價值。

1 翼片的技術要求分析

翼片零件如圖1所示，零件材料為7A04，成品尺寸約175 mm×37 mm×9 mm。翼片由翼根和翼面兩部分組成，翼根的厚度為9 mm,翼面邊緣最薄處為1.5 mm，翼面相對翼根有0.9°的扭轉角度，屬于典型的薄板類零件，所以在加工過程中應采用一定的工藝來控制翼片變形。零件B處所指的端面相對Φ6 mm孔中心線的位置公差要求在±0.03 mm范圍之內，因此應選擇一次裝夾加工完成B端面和Φ6 mm孔的形位尺寸，從工藝上確保滿足產品精度要求。由于翼面是由若干個帶復合角度的斜面組成，因此在三軸加工中心可以利用UG軟件作出插補銑削刀路來完成加工，但是，需要在加工過程中注意減少銑削產生的內應力，防止加工完成的零件產生變形。

圖1 翼片零件圖

2 加工工藝方案確定

當采用多軸加工翼片零件時，毛坯選用7A04的板料，在下料機裁剪下料過程中毛坯容易發生變形，很難保證加工基準的一致性。而且原工藝在四軸加工中心還須設計制作專用的工裝夾具來裝夾翼片毛坯，消耗時間比較多，投入成本比較大。

零件的實體形狀如圖2所示，本文選擇在三軸加工中心完成該翼片的加工，因此需要將翼片的兩面分別通過兩次裝夾完成加工。三軸加工的工藝方案如下：零件毛坯選擇直徑為Φ200 mm的7A04圓形棒料，首先由鋸床下料12 mm厚的圓片，在車床上將毛坯圓片的一個端面車削平整，作為加工中心裝夾翼片的粗基準，保證毛坯厚度在11 mm以上；然后在加工中心用自定心三爪以翼片粗基準定位裝夾，以保證加工過程中的基準統一，加工出翼片第一面的尺寸和形狀，并將毛坯的表面也銑削平整，作為翼片第二面加工的精基準；接著將常用的平板作為定位板來固定翼片，然后加工翼片的第二個面和輪廓。設計這樣的工藝路線能夠避免由于毛坯變形而影響后道工序加工，從而保證了翼片加工的尺寸精度。

圖2 翼片三維造型示意圖

3 翼片加工CAM的確定

在三軸加工中心上完成翼片的銑削加工，如圖3所示，首先應精銑毛坯未車削的那一面，并鉆削兩個Φ6±0.01 mm工藝孔作為加工第二面的定位孔，精銑完成后的第一面作為加工零件第二面的定位基準。在Φ200 mm的毛坯中可一次同時銑削出兩個翼片零件，這樣在三軸加工中心，一件毛坯可以完成兩個翼片零件的孔和形狀加工。銑削采用高主軸轉速、快進給、小切深、小切寬的切削方法，一方面是為了減少加工時產生的切削熱，另一方面是為了減少因切削使零件產生的應力。根據機床實際情況，我們選用Φ8 mm立銑刀粗銑，采用主軸轉速4 500 r/min、進給速度2 000 mm/min、切深0.2 mm、切寬0.5 mm的切削參數；然后選用Φ6 mm球頭銑刀，采用轉速5 000 r/min、進給速度3 000 mm/min、切深0.15 mm、切寬0.1 mm的切削參數完成翼面的精銑加工。

圖3 三軸銑削翼片效果示意圖

在定位板上也加工出兩個Φ6±0.01 mm工藝定位孔，然后用兩個Φ6 mm的定位銷來定位，將已經加工好的翼片毛坯的第一面朝下并安裝在定位板上，并用4個壓板在毛坯的圓周方向對稱壓緊。可以采用和第一面相同的銑削參數，將兩個翼片零件的第二面加工完成。最后直接銑出翼片輪廓，保證了翼片的尺寸精度和正反對稱位置精度。

4 加工中心三軸與四軸加工的工藝對比

利用三軸加工中心加工的工藝流程是：①下圓棒料Φ200 mm×12 mm；②通過圓車車平毛坯的一個端面，作為零件毛坯粗基準；③以毛坯粗基準定位，使用三爪夾住外圓，銑削平整毛坯朝上的表面，并加工完成兩個翼片零件第一面的形狀和工藝孔；④采用“一面兩孔”定位，在加工中心的平板上用兩個工藝孔定位翼片，銑削加工零件第二面形狀，最后銑出零件外輪廓，達到零件形位尺寸要求。

利用四軸加工中心加工的工藝流程是：①下料板料250 mm×50 mm×12 mm；②將毛坯板料的長度方向兩端的裝夾邊和基準孔預加工好；③如圖4所示，在機床第四軸卡盤上裝好夾具，將毛坯裝夾在夾具上夾緊，完成翼片的銑削粗加工；④熱處理時效去應力；⑤重復第三步工序，銑削完成翼片的精加工；⑥利用基準孔定位，在線切割機床切出零件外輪廓；⑦鉗工拋光倒角，保證零件外觀質量。

圖4 四軸銑削翼片工裝示意圖

在四軸加工需要制作專用工裝夾具進行定位裝夾，零件銑削需要分別裝夾兩次，粗加工后要進行時效熱處理，然后再進行精加工，每個零件毛坯還要加工出輔助的裝夾基準，不僅工藝流程長，而且加工成本高。兩種工藝比較分析如下：

(1)三軸加工比四軸加工節省了專用夾具的投入費用。

(2)三軸加工一次裝夾可同時加工兩件零件，生產效率比較高。

(3)四軸加工還需要后道工序——線切割和鉗工工序，而三軸加工可以直接將尾翼片的形狀和輪廓全部銑削加工完成，減少了熱處理、線切割和鉗工工序。

(4)棒料毛坯較板料毛坯產生的應力變形小，更容易保證零件加工的形位精度。

(5)四軸工序步驟較三軸多，加工總時間較三軸多耗時2.5 h。

(6)三軸加工中心較四軸加工中心的生產成本低，提高了產品的競爭力。

5 結語

翼片由原來的四軸加工中心加工改為三軸加工中心加工，通過設計工藝路線和加工方法，編排合理的工藝方案，選擇合理的切削參數，經過大批量、多批次零件的生產驗證，能夠保證翼片零件的生產質量，從而大大降低了加工成本，提高了零件加工質量。同時，也為類似零件的數控加工提供了寶貴經驗，值得分享借鑒和推廣應用。