典型零件的五軸改三軸加工工藝方案

石鑫，王廣運，熊云，彭貞城，何金龍

南昌新寶路航空科技有限公司 江西南昌 330024

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1.5m m，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。

圖1 某薄壁隔板零件

圖2 薄壁隔板六合一成組加工工藝搭接

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。

圖3 T形刀接銑內側壁工藝

圖4 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。

圖5 某支架零件

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。

圖6 支架的多工位擺銑加工工藝流程

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。

圖7 立臥轉換工裝結構

圖8 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。

圖9 搖擺工裝在某拉桿零件上的裝夾應用

（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。

圖10 固定角度工裝應用于某接頭零件45°盲槽加工

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。

專家點評

文章的亮點是根據不同零件的結構特點進行自主設計，從工藝的角度拓寬三軸數控機床的加工范圍。通過選擇合適的切削刀具和工裝夾具，將五軸數控加工改為三軸數控加工，緩解了五軸數控機床的生產壓力。通過小閉角側壁對接銑削、多工位銑削方式的應用案例，闡述了“五軸改三軸”的工作重點和加工技巧，工藝方案的改進具有很好的創新性和效益性，并且經濟實用，開啟了工藝指導生產的加工思路，為協調利用數控設備資源提供技術支持，達到了降本增效的目的。