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摘要：以復(fù)雜骨架類零件為例，研究其數(shù)控加工工藝并制定出工藝規(guī)程，提出數(shù)控加工過程中的加工工藝路線的確定原則、選擇要點(diǎn)及數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的方法，以保證復(fù)雜骨架類零件的加工質(zhì)量，提高數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)制造效率。

關(guān)鍵詞：骨架;數(shù)控加工;工藝路線

復(fù)雜骨架類的結(jié)構(gòu)件，一般都是儀表組件整體裝配的關(guān)鍵零部件，也是武器裝備的核心零部件。它們大都具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及較為特殊的外形，尺寸公差和形位精度很高，材料去除率經(jīng)常高達(dá)90%，在加工過程中受力極易發(fā)生各種拉壓及彎扭變形。隨著武器裝備不斷向高精度、快速反應(yīng)方向發(fā)展，其對骨架類零件的要求也日益提高。要滿足圖紙要求并縮短交貨周期，必須采用先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，并依照設(shè)計(jì)要求確定合理的數(shù)控加工工藝路線及方案。本文以復(fù)雜骨架零件為例，分析了數(shù)控加工工藝規(guī)程制定過程中遇到的技術(shù)瓶頸問題，為從事骨架類零件加工領(lǐng)域的工藝及操作人員提供參考方案，以提升復(fù)雜骨架類零件產(chǎn)品質(zhì)量，提高數(shù)控設(shè)備的生產(chǎn)率。

1零件圖紙分析

復(fù)雜骨架使用的材料一般為硬鋁2A12-T4，屬于鋁-銅-鎂系中的典型硬鋁合金，屬于可以熱處理強(qiáng)化的鋁合金，并且經(jīng)過固溶時(shí)效處理。該類加工屬于單件小批量產(chǎn)品類型。零件的加工工藝性也就是零件可加工性及加工難易程度，零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會影響或決定可加工的難易程度。根據(jù)數(shù)控機(jī)床切削加工的特點(diǎn)，人們應(yīng)從以下幾方面來分析骨架類零件可加工性。1.1圖紙標(biāo)注分析數(shù)控程序是以精確的坐標(biāo)來編制的，嚴(yán)格執(zhí)行圖紙尺寸。因此，各種圖形的幾何要素間的尺寸及位置關(guān)系應(yīng)標(biāo)示清楚，各種尺寸及形位公差等幾何要素條件要充分標(biāo)注出來，而且沒有容易引起矛盾的多余標(biāo)注或影響加工順序安排的封閉尺寸標(biāo)注等。1.2加工精度分析雖然數(shù)控設(shè)備加工精度高，但是任何加工方法所得到的實(shí)際參數(shù)都不會絕對準(zhǔn)確。從零件的功能看，只要加工誤差在零件圖要求的公差范圍內(nèi)，就認(rèn)為保證了加工精度。根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，筆者認(rèn)為，對于大面積（200mm×150mm以上）的薄板，當(dāng)具有大面積的厚度小于2.3mm時(shí)，人們在編制相應(yīng)工藝時(shí)應(yīng)認(rèn)真思考加工過程各種裝夾力及銑削力產(chǎn)生的變形。1.3零件變形分析工藝系統(tǒng)在裝夾力、切削力及慣性力等作用下會產(chǎn)生各種變形，從而打破已調(diào)整好的工藝系統(tǒng)各組成部分的平衡狀態(tài)，產(chǎn)生加工誤差，影響加工過程的穩(wěn)定性。主要考慮機(jī)床導(dǎo)軌及工作部分變形、工件裝夾變形及受切削力變形以及工藝系統(tǒng)變形的總變形。被加工零件變形較大，會使加工無法進(jìn)行下去，這時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取必要的工藝措施，對零件進(jìn)行適當(dāng)熱處理，消除應(yīng)力，減小變形。

2工藝規(guī)程的制定

在大多數(shù)情況下，復(fù)雜骨架類零件的工藝路線并不是唯一的，但在一定的生產(chǎn)條件下，某個(gè)具體的骨架類零件總是存在相對合理的工藝方案。2.1工藝路線的規(guī)劃與制定。不同的骨架類零件對零件結(jié)構(gòu)工藝性的要求是不同的。零件的制造，包括毛坯生產(chǎn)、切削加工、熱處理等生產(chǎn)階段，最后還要裝配，所以必須全面考慮，使零件在各個(gè)生產(chǎn)階段都具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性。因?yàn)榧庸ぶ行哪芡瑫r(shí)完成銑削、鉆孔、攻絲等多道工序，工序相對集中，機(jī)床等待的非加工時(shí)間最短，所以使用越來越廣泛。安排骨架類零件的工藝路線時(shí)，除通常的工藝要求外，人們還要重點(diǎn)考慮以下因素。2.1.1加工階段的判定。粗加工階段，骨架類零件會在較短時(shí)間內(nèi)去除大部分待切削材料，導(dǎo)致需要的切削力和裝夾力都比較大，切削溫度也很高，將會引起骨架類零件產(chǎn)生較大的變形，同時(shí)因機(jī)械加工而產(chǎn)生較大內(nèi)應(yīng)力。但粗加工造成的內(nèi)應(yīng)力可以通過后續(xù)的熱處理來消除，變形產(chǎn)生的誤差也可以通過半精加工和精加工來補(bǔ)償，從而保證零件的最終加工質(zhì)量。2.1.2熱處理。由于硬鋁2A12-T4，屬于鋁-銅-鎂系中的典型硬鋁合金，屬于可以熱處理強(qiáng)化的鋁合金類型，熱處理可顯著提高骨架零件的機(jī)械性能，改善金屬的切削性能，消除因機(jī)械加工而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。復(fù)雜骨架類零件的熱處理工序一般會安排在粗車和銑削加工去除余量以后，進(jìn)行高低溫處理，也就是高溫時(shí)效后再低溫時(shí)效，主要目的是消除材料加工后產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。對于2A12-T4硬鋁合金，一般采用冷熱處理的方法，其工藝路線為先緩慢加熱300～330℃；保溫時(shí)間60～90min；爐冷至200℃，空冷120min，之后再放入-50℃低溫箱中保冷60min。2.1.3表面處理。為了提高骨架零件表面的抗一般腐蝕及鹽霧腐蝕的能力和導(dǎo)電率等，一般需要在全部機(jī)械加工完成后增加表面處理工序，最終還需噴三防漆。對于精度及公差要求高的零件表面，表面處理后會或多或少影響其尺寸精度，所以在加工階段一般需預(yù)留一定尺寸余量給后續(xù)的表面處理，以保證尺寸精度和表面粗糙度，骨架類表面處理一般為金黃色導(dǎo)電氧化處理。2.2精度分析。準(zhǔn)確度是指得到的測定結(jié)果與真實(shí)值之間的接近程度，而精確度是指使用同種備用樣品對骨架類零件進(jìn)行重復(fù)測定所得到的結(jié)果之間的重現(xiàn)性、一致性。因此，測定結(jié)果有可能精密度高，但精確度是不準(zhǔn)確的。人們一般用機(jī)械狀態(tài)、幾何指標(biāo)、物理及化學(xué)等參數(shù)來判定。2.2.1機(jī)床精度的影響。影響加工中心機(jī)床精度的主要有機(jī)床導(dǎo)軌直線運(yùn)動精度、主軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的回轉(zhuǎn)精度以及加工復(fù)雜型面時(shí)的多軸聯(lián)動成形關(guān)系。其中，最關(guān)鍵的是主軸的回轉(zhuǎn)精度，它通常由主軸軸向竄動、徑向跳動及角度擺動等決定，基本決定了被加工零件的形狀精度。加工復(fù)雜骨架類零件的加工中心為MAZAK公司生產(chǎn)的LG160A設(shè)備，它的精度目前是國內(nèi)機(jī)床中較好的，其各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)都在0.001mm之內(nèi)，能確保復(fù)雜骨架的加工精度滿足圖紙要求。2.2.2減少誤差的措施。一是補(bǔ)償初始誤差：制造出另一種新的、相反方向的誤差，用以抵消原先的原始誤差；二是減少初始誤差：直接對誤差進(jìn)行消除或減少，這種方法被稱為原始誤差減少法，它是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種減少誤差的基本方法；三是轉(zhuǎn)移初始誤差：轉(zhuǎn)移到不影響加工精度，或?qū)庸ぞ扔绊懕容^小的方向及零部件上；四是均分初始誤差：根據(jù)原始誤差大小，把工件均分為若干組，然后對各組分別進(jìn)行調(diào)整加工；五是裝配后加工法：采用裝配后加工的方法，能很方便地解決看起來非常困難的復(fù)雜組件精度問題。2.3刀具路徑。刀具路徑包括外形輪廓銑削、鉆孔、挖槽、面銑、曲面加工、多軸加工等加工操作，以及工作設(shè)定、刀具路徑轉(zhuǎn)換、管理和修改操作等。如圖1所示，加工封閉的內(nèi)輪廓表面時(shí)，若內(nèi)輪廓曲線允許外延，則應(yīng)沿切線方向切入、切出；若內(nèi)輪廓曲線不允許外延，刀具只能沿內(nèi)輪廓曲線的法向切入、切出，此時(shí)刀具的切入、切出點(diǎn)應(yīng)盡量選在內(nèi)輪廓曲線幾何元素的交點(diǎn)處。當(dāng)內(nèi)部幾何元素相切無交點(diǎn)時(shí)，為防止刀補(bǔ)取消時(shí)在輪廓拐角處留下凹口，如圖1（a）所示，刀具切入、切出點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離拐角，可以考慮選擇中間位置，如圖1（b）所示。（a）輪廓拐角（b）中間位置圖1加工封閉的內(nèi)輪廓表面2.3.1加工坯料及編程原點(diǎn)的確定。對于復(fù)雜骨架幾何圖形外形加工走刀路線，先利用編程軟件確認(rèn)最大外形尺寸，并將圖形的幾何中心移與編程原點(diǎn)重合，加工時(shí)以零件幾何中心找正并確認(rèn)工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)。在加工時(shí)，需將程序坐標(biāo)原點(diǎn)與工件坐標(biāo)原點(diǎn)通過尋邊器感應(yīng)找正的方法將二者重合。在編制加工工藝程序時(shí)，應(yīng)以操作者操作方便、容易找正為出發(fā)點(diǎn)安排確認(rèn)。2.3.2規(guī)劃加工刀具路徑。規(guī)劃復(fù)雜骨架幾何圖形加工刀具路徑主要包括加工順序的確認(rèn)、刀具參數(shù)的設(shè)定、刀具型號的選擇、切削參數(shù)的設(shè)定。加工路線的選擇主要應(yīng)考慮：切削用量的加工中心設(shè)備參數(shù)、工藝路線、2A12-T4材料及表面處理要求等參數(shù)確認(rèn)；盡量選擇較短的走刀路線，減少加工過程中的空走刀，提高刀具有效加工時(shí)間；減少數(shù)值計(jì)算，縮短程序段的數(shù)目和編程工作量；確保復(fù)雜骨架零件的尺寸、形位公差和表面粗糙度滿足圖紙的要求。

3編程模擬及上機(jī)加工

先利用CAM軟件Mastercam模擬功能進(jìn)行上機(jī)實(shí)體加工模擬，模擬無誤后方可對復(fù)雜骨架幾何圖形進(jìn)行實(shí)際加工中心生產(chǎn)制造，以最大限度地減少廢品的產(chǎn)生及時(shí)間的浪費(fèi)，提高加工生產(chǎn)效率。Mastercam系統(tǒng)擁有復(fù)雜骨架幾何零件產(chǎn)生的刀具路徑及程序刀具路徑管理文件。它是一個(gè)EIA格式的文字文件，含有生成NC代碼的全部輔助命令、加工準(zhǔn)備和加工指令代碼，每次加工時(shí)可以由CIMICO軟件直接調(diào)用。

4結(jié)論

數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜多樣，本文以典型零件復(fù)雜骨架為例，分析了數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐，探究了合理高效的加工方法和加工路線。這對于保證零件加工質(zhì)量，提高數(shù)控機(jī)床的使用效益和武器裝備產(chǎn)品質(zhì)量都有積極的作用。

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作者:朱俊 胡年孫 江德鳳 劉斌 梁紅兵 單位:中電科技集團(tuán)