典型零件五轴改三轴加工工艺浅析

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摘要：介绍几种典型零件的工艺改进案例，通过采用一些特殊刀具和工装，将零件的五轴数控加工改为三轴数控加工，在实际应用中根据零件自身的结构特点制定工艺改进方法与解决方案，从而增强车间现场数控资源的协调性，提高生产效益，达到降本增效的目的。

关键词：数控机床；数控加工；工艺改进；工装夹具；刀具；降本增效

1序言

本公司主要生产航空中小结构零件，其种类繁多，结构多样，数量庞大。现公司三轴数控机床近百台，生产资源充沛，集群产能提升空间大。相比之下，五轴机床数量较少，不足10台，且五轴数控机床占用率极高，产能明显不足，生产瓶颈较大，阻碍生产效益的提升，成为亟待解决的问题。为了有效缓解五轴数控机床的生产压力，充分发挥五轴机床优势，增强数控生产资源的协调性，近一步提升三轴数控机床的集群产能，达到降本增效的目的。通过对部分机型的数控零件型号进行梳理分析，找出适合“五轴改三轴”的零件，从工艺的角度及方案优化等方面缓解上述困境，提升生产效益。下面列举一些“五轴改三轴”的典型案例。

2小闭角侧壁的接铣

在某隔板零件（六合一成组）“五轴改三轴”工艺方案改进中，最为关键的一点就是薄壁侧壁的接铣。除了成组加工时零件需留有足够的加工余量以确保加工刚性外，小闭角（薄壁内弯且与垂直面夹角约6°）侧壁的接铣应采用一些特殊刀具来完成。

2.1零件结构及工艺分析

图1为某薄壁隔板零件，材料为7050-T7451-δ30。虽然零件结构相对简单，但壁厚及腹板厚均为1.5mm，且存在小闭角（见图1圈起处，该薄壁内弯且与垂直面夹角约6°）。零件整体尺寸约320mm×180mm，属于典型的薄壁框板类零件。原工艺方案为五轴数控加工，现配合T形刀将其成功改为三轴数控加工。薄壁隔板六合一成组加工工艺搭接如图2所示。2.2小闭角侧壁的接铣图3为T形刀接铣内侧壁工艺。对于这种开放式的且存在一定闭角的侧壁加工来说，首选T形刀来完成铣削[1]。正是由于采用T形刀接铣小闭角侧壁，才使得该六合一隔板零件的“五轴改三轴”工艺方案得以应用与实施。图4为T形刀在其他特征零件中的应用。

3多工位铣削方式的应用

除了特殊刀具的使用外，实际生产中更多是采用多工位加工的工艺编排方式，即将原五轴数控加工分解为X、Y和Z方向上的单工位三轴数控加工。主要分为两种情况：一是工件自身的多工位摆动，二是辅助工装的多工位摆动[2]。

3.1工件自身的多工位摆动加工

工件自身的多工位摆动加工模式是将工件通过正、反铣，并结合挂起方式，完成上、下铣，实现零件的整体数控加工，铣削工作全部在三轴数控机床上完成[3]。图5为某支架零件，材料为7050-T7451-δ50，零件结构相对复杂，存在弧面耳片及整个圆弧筒面，筒面端头有钻孔要求，属于典型的多工位加工零件。原五轴工艺安排为正、反面对接加工完成，现将其改为三轴正、反铣，并结合挂起方式完成上、下铣及钻孔。图6为该支架的多工位摆铣加工工艺流程。从车间实际加工情况的反馈来看，该摆铣加工方式十分适用于大批量的三轴数控加工。通过定制标准工艺孔、标准通用配套工装，对于公司三轴数控集群产能的提升最为明显，也最有利。

3.2辅助工装的多工位摆动加工

辅助工装的多工位摆动加工常见的工装模式分为3种，一是立卧转换工装，二是摇摆工装，三是固定角度工装。（1）立卧转换工装的使用图7为立卧转换工装结构。将零件的来料毛坯反扣到该工装上，通过工装的转换摆动实现零件的一次装夹、多工位加工。数控机床的对刀原点始终在工装表面中心孔位处，可确保加工过程中的加工原点始终不变。实际操作中，仅需将该工装人为地立起或卧放，即可实现零件的多工位数控加工。图8为立卧转换工装用于某接头零件的加工的工艺流程。（2）摇摆工装的使用摇摆工装常应用于需±90°范围内摆动加工的零件，为非固定角度工装。在实际应用中，需要依靠顶针或是转盘进行夹持旋转，并需要校准工装中心轴线与卡盘中心轴重合。图9为摇摆工装在某拉杆零件上的装夹应用，通过转盘的旋转，实现拉杆零件在一定角度内摆动、旋转铣削加工，从而避免了再用五轴机床加工和占用五轴机床资源。（3）固定角度工装的使用固定角度工装是指依据零件特点，外购或自制的与零件铣削部位夹角相同的工装，迫使零件铣削部位垂直或水平摆放，从而实现零件的三轴数控加工。图10为固定角度工装应用于某接头零件45°盲槽加工。通过自制固定角度工装，将盲槽摆成垂直状态，便于三轴机床完成该盲槽的铣削加工，从真正意义上将该零件由五轴数控加工改为三轴数控加工。

4创新性分析

典型零件的“五轴改三轴”工艺改进方案具体解决了以下几个问题。1）根据不同零件的结构特点，自主设计、制造并应用了多套工装夹具，大幅缓解了公司五轴数控机床的生产压力，提供了有效的解决方案，并做到有的放矢，达到降本增效的目的。2）不同工装夹具及工艺技术的成功应用经验，可以推广至其他类似零件的工艺改进方案中。3）通过开展“五轴改三轴”工艺改进工作，成功开启了公司对“工艺指导生产，生产反馈工艺”问题的思考，打破传统固有的工艺安排及零件装夹加工思路，在“军民融合”的大背景下，为公司的发展提供了强有力的技术支撑。

5结束语

典型零件的“五轴改三轴”工艺方案改进工作，着重从工艺的角度来提升零件的生产加工能力，提高车间生产效率，达到降本增效的目的。其中所应用的工艺方法、技术手段、辅助工装和刀具等，对其他零件的工艺改进具有借鉴与指导作用。

参考文献：

[1]陈思涛，温良，朱璇，等.球支座零件加工工艺优化[J].航空制造技术，2019（3）：97-99.

[2]董海堂.采用简易定位工装提高机床生产效率[J].金属加工（冷加工），2019（2）：38-39.

[3]王令其.数控加工技术[M].北京：机械工业出版社，2007.

作者:石鑫 王广运 熊云 彭贞城 何金龙 单位:南昌新宝路航空科技有限公司