某前吊掛加工工藝改進及工裝設計

石 明

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽471000）

0 引言

圖1所示的前吊掛是某紅外改進型空空導彈的重要組成部分，它既是發動機與發射裝置連接的關鍵承力部件，也是彈體點火裝置與載機連接的重要通道，其加工質量對于發動機乃至全彈的安全性能至關重要。原加工工藝方案主要通過人工操作手動設備加工完成，對人員的技術水平和專用工裝依賴程度高，加工質量不穩定，已不能滿足大批量生產的需求。本文通過對吊掛加工進行數控化改進，即保證了加工質量，又減輕了操作工人的勞動強度，同時加工效率得到一定的提升。

圖1 前吊掛簡圖

1 主要尺寸精度及技術指標要求

前吊掛外形尺寸由線切割完成，其后精加工過程中主要尺寸如下為穿線孔為螺釘孔，后續孔將引用中文名稱）：

（1）螺釘孔角度尺寸 56°±10′、深度尺寸 4-2±0.12，沉孔角度尺寸 90°±15′；

（2）螺釘孔粗糙度要求Ra3.2

2 原工藝

2.1 原工藝方案

原工藝在加工孔時仍沿用傳統的制造工藝技術，即鉗工在普通臺鉆上依靠專用鉆模和專用刀具進行加工，具體分為三道鉗工進行，如表1所示。

表1 原工藝方案

螺釘孔及沉孔的加工分為兩道工序進行，先使用鉆模加工 2-φ8.5 通孔，再使用埋鉆加工 90°±15′、2±0.12，專用埋鉆如圖2所示。通過刀具前端圓柱導引，圓柱長度控制埋孔深度，最終保證深度尺寸2±0.12。

穿線孔及沉孔加工時使用鉆模先加工Φ5.5，分為鉆孔→鉸孔→精鉸孔三道工步保證精度，再用沉孔鉆加工沉孔，其中沉孔深度4±0.048通過臺鉆上的深度限位裝置保證。

2.2 原工藝存在的不足

（1）生產方式落后

三道工序全部通過鉗工在普通臺鉆上加工完成，操作者勞動強度大。加工過程對操作者加工經驗及專用工裝的依賴程度高，如果更換新操作者或者專用工裝損壞修理，零件加工可能面臨停滯。

（2）加工質量不穩定

原工藝在加工的時候常有不合格尺寸產生，螺釘孔的角度尺寸56°±10′只能依靠鉆模保證精度，當鉆模清理不干凈、吊掛安裝面不貼和時容易超差；螺釘孔沉孔深度 2±0.12、角度 90°±15′靠專用埋鉆（圖 2所示）控制，當成型刀前端圓柱接觸鉆模底部時，易產生振動，另外鉆模是鉗工手握進行控制，這些因素均影響埋孔表面的加工質量，使其表面粗糙度Ra3.2無法保證，加工完后需要進行打磨修復。穿線孔上沉孔的深度尺寸4±0.048通過臺鉆上的深度限位裝置保證、穿線孔φ5.5尺寸精度較高，鉸孔時需分粗精加工進行，都易受到鉆模精度、設備精度和穩定性的影響，導致加工質量的不穩定。

（3）加工效率不高

利用臺鉆通過鉆模的加工效率本身較高，但是由于設備精度低，孔加工時由原來的鉆孔→鉸孔兩道工步變為鉆孔→鉸孔→精鉸孔三道工步，加之在加工過程中常因為質量問題需要返工，最終導致整體的加工效率下降。

（4）加工過程無法控制

整個加工過程均靠鉆模來保證其加工精度，出現超差現象后，操作者不能及時根據需要來調整加工參數，加工過程無法控制。

3 工藝改進

3.1 工藝改進的思路

前吊掛原加工工藝存在著加工質量不穩定、加工效率不高等不足，必須對原加工工藝進行優化。在加工分廠數控設備大面積使用的情況下，將原工藝進行數控化改進是優化工藝的最有效途徑。同時，在數控機床上加工時，原鉆模已不能使用，必須重新設計合理的工裝，選擇合適的裝夾方式和數控相結合來提升零件加工的穩定性。

3.2 工藝改進方案

改進后的工藝方案采用數控設備加工，通過工序合并、加工內容調整以及工裝設計等方法最終將三道鉗工工序改為兩道數控銑進行，如表2所示。

考慮到螺釘孔的角向尺寸56°±10′加工時需進行角向定位，為此首先通過四軸臥加加工穿線孔及沉孔，然后利用穿線孔做角向定位、在四軸立加上立加工螺釘孔相關尺寸，將原鉗工鉆孔和埋孔兩道工序合并成一道工序加工。

3.3 穿線孔的加工及工裝設計

3.3.1加工工藝分析

如圖1所示，尺寸4±0.048的基準面為沉孔的上表面，在選擇加工基準面的時候也必須將其定義在沉孔的上表面，從而減少每件零件找正時間。沉孔上表面通過虎鉗等一般裝夾方式無法直接支靠，必須通過設計合理的工裝，將前吊掛通過沉孔上表面直接支靠，使定位基準、尺寸基準統一。尺寸2-Φ5.5精度高，可通過銑孔→鉸孔的方式進行加工，配合專用銷規進行檢測，能夠較好的保證加工質量。

3.3.2工裝設計

通過對基準面的分析，確定以沉孔上表面為直接支靠面后，設計了專用工裝，如圖3所示，選擇在四軸臥式加工中心上加工。

圖3 臥加工裝

該工裝放置在臥加工作臺上，底部使用壓板壓緊固定。通過直接支靠沉孔上表面、吊掛兩側面輔助定位、壓板壓緊的方式裝夾，現場裝夾如圖4所示。工裝上吊掛安裝面和下工作臺安裝面要求平行度0.05，同時兩吊掛支靠面相對于工裝外圓要求對稱度0.02，既保證了吊掛的裝夾精度，又可以一次裝夾兩件零件進行加工。沉孔粗糙度Ra3.2可以通過倒角銑刀有效保證。

3.4.2工裝設計

通過對基準面的分析，確定以前吊掛大圓弧面為直接支靠面后，設計了專用工裝，如圖5所示，選擇在四軸立式加工中心上加工。

圖4 臥加工裝裝夾圖

3.4 螺釘孔的加工及工裝設計

3.4.1加工工藝分析

如圖1所示，角度尺寸56°±10′通過四軸立式加工中心分度進行保證，確保了加工質量的穩定性。加工孔深2±0.12時，可選用一般帶涂層的硬質合金倒角銑刀。孔深的尺寸基準為前吊掛大圓弧面，必須使定位基準和尺寸基準保持一致，因此選擇圓弧面為支靠面，且以圓弧面最高點為加工坐標系Z向零點。

圖5 立加工裝

該工裝通過左端三爪夾持，右端尾頂頂緊的方式安裝在機床上。選擇如圖6所示的菱形銷作為定位銷鉚入立加工裝對應的定位銷孔中，這樣前吊掛安裝時，菱形銷能夠方便快速地插入到前吊掛定位孔中去。前吊掛圓弧面安裝在工裝外圓上，能夠限制三個自由度，菱形銷限制兩個自由度，然后前吊掛上表面通過壓板壓緊，現場裝夾如圖7所示。工裝制造時，將三處定位孔和壓板安裝孔在360°圓周方向均布，保證一次可以裝夾三個前吊掛。

圖6 菱形銷

圖7 立加工裝裝夾圖

沉孔深度尺寸2±0.12通過編程控制，加工過程中能夠根據測量結果及時調整，從而使加工尺寸可控。實際加工中，按中差編程，首件零件調試時刀長補償+0.05，加工完成后根據尺寸實測結果調整刀長補償，后續加工由機床精度保證，經過大批量加工，合格率100%。

在數控機床上加工有效地解決了螺釘孔沉孔表面粗糙度Ra3.2不合格的問題，工藝改進前后由返修率65%到一次加工合格率100%，加工效果對比如圖8所示。首先合理的工裝保證了前吊掛裝夾的可靠性，加工過程中零件振動很小；其次選擇了如圖9所示的帶涂層的硬質合金倒角銑刀，粗加工后留0.1 mm進行精加工，將主軸轉速調整為1 200 r/min～1 500 r/min，相對于鉗工加工臺鉆主軸轉速300 r/min，高速切屑能夠有效地預防產生積屑瘤，避免因切屑擠壓而劃傷已加工表面；最后機床上使用切削液充分冷卻能夠有效地降低切削溫度，提高刀具耐用度，提升表面加工質量。

圖8 沉孔加工效果對比

圖9 硬質合金倒角銑刀

4 結束語

本文對某前吊掛的加工工藝進行了數控化改進，新加工方案更為合理，總結如下：

（1）新工藝改變了鉗工通過鉆模手工加工的方法，減輕了鉗工的工作強度；

（2）新工藝加工程序、刀具固化，生產指導性更強，且工裝簡單實用，工序操作過程清晰；

（3）新工藝加工質量高，有效解決了4±0.048等尺寸加工質量不穩定、Ra3.2一次加工合格率低等問題。