在某六合一成組隔板加工工藝方案改進(jìn)中，通過采用T形刀來接銑該隔板零件的小閉角側(cè)壁，成功實(shí)現(xiàn)了該隔板零件的五軸改三軸的工藝加工方案，解放了車間的五軸機(jī)床，提高了機(jī)床的利用效率，達(dá)到了降本增效的目的。
1 序言
為了降本增效，車間工藝團(tuán)隊(duì)開展了五軸改三軸等工藝效能提升的研究工作，其中最為典型的是某型號隔板零件的工藝改進(jìn)。改進(jìn)前，車間在加工該六合一成組隔板零件時(shí)，采取傳統(tǒng)工藝方案——五軸數(shù)控機(jī)床一次加工成形，但是這種加工方式使五軸機(jī)床的占用率較高，占用時(shí)間較長，平均每板零件加工完成需要兩天時(shí)間。除了加工時(shí)間長，還存在其他問題，最重要的是整板零件偶有變形，計(jì)量不合格，并且鉗工打磨工作量較大。
究其原因，一方面是六合一成組零件來料過大，長寬約1.2m×0.5m，厚度約31mm，五軸數(shù)控機(jī)床加工過程中并沒有進(jìn)行有效的應(yīng)力釋放，而是一直不間斷地銑削直到零件加工完成。完成后，材料應(yīng)力以及加工應(yīng)力得到不同程度的釋放，造成零件局部扭曲變形，計(jì)量不合格；另一方面，通常車間所用的硬質(zhì)合金銑刀并沒有理論上的完全傾角，即底角R0模式，實(shí)際銑刀底角都會存在一定的R角，除非往下銑傷墊板，不然無論五軸數(shù)控?cái)[銑或是定角行銑都會造成加工后的零件底部周圍輪廓存在一圈0.2mm左右的切削殘余，使鉗工打磨工作量增大，拖延零件生產(chǎn)周期，影響交付[1-3]。
綜上，需要對六合一成組隔板零件進(jìn)行工藝改進(jìn)與優(yōu)化，主要通過使用T形刀，將初始五軸工藝加工方案改為三軸數(shù)控工藝加工方案，并進(jìn)行首件試切和計(jì)量。
2 零件結(jié)構(gòu)及工藝分析
圖1為某隔板零件三維實(shí)體，該零件腹板及側(cè)壁壁厚均為1.2mm，筋高18mm。俯視來看，該隔板側(cè)壁呈外開內(nèi)閉狀，內(nèi)側(cè)壁與腹板垂面夾角約8°，屬于典型的小閉角側(cè)壁面，其余結(jié)構(gòu)特征均可見，為典型的薄壁框板類零件。
圖1 某隔板零件三維實(shí)體
圖2為六合一成組隔板零件工藝搭接。傳統(tǒng)工藝方案安排為五軸數(shù)控機(jī)床加工，一次成形，現(xiàn)將其改為三軸數(shù)控加工工藝方案，關(guān)鍵之處在于借用T形刀完成小閉角側(cè)壁的接銑，其余結(jié)構(gòu)均可由三軸數(shù)控機(jī)床正常加工完成。
圖2 六合一成組隔板零件工藝搭接
3 T形刀的應(yīng)用及試切
圖3為六合一隔板整體加工流程。通過該加工流程不難發(fā)現(xiàn)，整個(gè)成組零件的加工首先安排為框板腔面開粗（見圖3工位1），其次零件整體翻面后再粗、精加工反面（即零件底面，見圖3工位2），最后零件整體再次翻面進(jìn)行框板腔面的加工（見圖3工位3）。工位1主要是粗加工，去除大量毛坯余量，使零件整體在粗加工時(shí)充分釋放應(yīng)力，減緩后續(xù)精加工時(shí)的零件變形；工位2為正常工位下的粗、精加工零件底平面；工位3為釋放應(yīng)力后的框板腔面精加工，此時(shí)由于材料殘余應(yīng)力以及粗加工時(shí)的加工應(yīng)力得到了一定程度的釋放，在進(jìn)行精加工時(shí)就顯得得心應(yīng)手，減少了傳統(tǒng)五軸數(shù)控機(jī)床加工時(shí)的變形。
圖3 六合一隔板整體加工流程
在使用T形刀編程時(shí)，主要牽涉到兩種編程模式，一種是Z-Level模式，另一種是Multi-axis模式?，F(xiàn)對上述兩種編程模式進(jìn)行介紹與對比分析。
圖4為Z-Level編程模式下的T形刀在接銑閉角側(cè)壁時(shí)的刀路軌跡。Z-Level模式可以直接設(shè)置所需T形刀的結(jié)構(gòu)參數(shù)，刀具結(jié)構(gòu)直觀易懂（見圖4a）?？紤]到隔板零件側(cè)壁較薄，為1.2mm，加工剛性較弱，因此需采用同向?qū)訉有秀?，這樣加工出來的側(cè)壁刀路整齊，零件表面質(zhì)量優(yōu)異，光澤感極強(qiáng)。因此本次隔板零件工藝方案優(yōu)化與改進(jìn)優(yōu)先采用Z-Level模式。
a）球頭T形刀
b）刀路軌跡
圖4 Z-Level編程模式下的T形刀刀路軌跡
圖5為Multi-axis模式下的T形刀在接銑閉角側(cè)壁時(shí)的刀路軌跡。該模式下不可以直接設(shè)置T形刀結(jié)構(gòu)參數(shù)，但可以近似構(gòu)造半球頭T形刀（見圖5a）。該編程命令可以實(shí)現(xiàn)One-way/Zig-way（同向/往返向）走刀，走刀過程無需抬刀，行銑加工效率相對較高，但其主要適用于結(jié)構(gòu)剛性好、側(cè)壁較厚的零件加工。因此本優(yōu)化工藝方案不適用Multi-axis模式。
a）半球頭T形刀
b）刀路軌跡
圖5 Multi-axis編程模式下的T形刀刀路軌跡
Z-Level與Multi-axis兩種編程模式的優(yōu)劣及切削參數(shù)對比見表1。
表1 Z-Level與Multi-axis兩種編程模式的優(yōu)劣及切削參數(shù)對比
三軸數(shù)控工藝方案的優(yōu)化改進(jìn)完成后，投入首件試切。圖6為優(yōu)化加工完成后的零件狀態(tài)，首個(gè)試切件送計(jì)量后，顯示計(jì)量合格。至此，整個(gè)六合一隔板零件的五軸改三軸數(shù)控工藝方案優(yōu)化與改進(jìn)完成，T形刀得到了充分應(yīng)用。
圖6 優(yōu)化后的六合一隔板零件狀態(tài)
4 結(jié)束語
自開展五軸改三軸工藝效能提升研究工作以來，將T形刀廣泛應(yīng)用到某些零件的工藝改進(jìn)工作中，并得到理想的加工效果，不僅解放了公司的五軸機(jī)床，縮短了五軸機(jī)床的占用時(shí)間，而且合理協(xié)調(diào)了車間機(jī)床資源，達(dá)到了降本增效的目的。更為重要的是這種零件工藝改進(jìn)技術(shù)得到沉淀與推廣，可為類似情況提供借鑒、學(xué)習(xí)與參考。
參考文獻(xiàn)
[1] 李杲. 薄壁零件數(shù)控加工工藝質(zhì)量的改進(jìn)方法[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2021（5）：137-139.
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[3] 高歌，李健. 薄壁零件加工技術(shù)研究[J]. 金屬加工（冷加工），2018（10）：28-32.
本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2022年第8期第53~55頁，作者：南昌新寶路航空科技有限公司 石鑫，陳強(qiáng)，劉俊瑋，歐陽阿寧，劉麗華，劉權(quán)，原標(biāo)題：《T形刀在接銑小閉角側(cè)壁中的加工應(yīng)用》。
（轉(zhuǎn)載）
