某內(nèi)環(huán)前段零件銑加工提效

吳宏春 馬信宇 鄧旬 李娜

摘 ?要：該次攻關(guān)針對(duì)燃燒室機(jī)匣工段加工的某內(nèi)環(huán)前段零件數(shù)控銑加工進(jìn)行了加工方案的系統(tǒng)分析、優(yōu)化與改進(jìn)，大幅縮短了數(shù)控銑加工時(shí)間。提高銑加工工序的數(shù)控加工效率是實(shí)現(xiàn)全工序數(shù)控加工的先決條件，主要通過加工方案優(yōu)化、加工程序改進(jìn)、加工參數(shù)調(diào)整等方向進(jìn)行改進(jìn)，將某內(nèi)環(huán)前段零件銑加工工序數(shù)控加工時(shí)間由原10 h縮短至6 h以內(nèi)，達(dá)到了預(yù)期提效效果。

關(guān)鍵詞：加工提效;銑加工提效;程序優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TG54 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

實(shí)現(xiàn)全數(shù)控加工是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是現(xiàn)代工廠發(fā)展的必然趨勢(shì)，而某內(nèi)環(huán)前段零件銑加工工序由普通設(shè)備轉(zhuǎn)為數(shù)控設(shè)備加工后，加工效率較低，設(shè)備能力不足，無法按時(shí)完成生產(chǎn)任務(wù)。

1 項(xiàng)目概述

以某內(nèi)環(huán)前段零件的銑加工工序?yàn)檠芯繉?duì)象，總結(jié)出提高數(shù)控銑加工效率的方法，通過相關(guān)改進(jìn)措施，達(dá)到攻關(guān)目標(biāo)。

2 立項(xiàng)原因

某內(nèi)環(huán)前段為機(jī)匣廠燃燒室機(jī)匣工段主要零件，目前單臺(tái)加工周期約為一個(gè)月。其中NO.32、45、50、55工序?yàn)樵摿慵~型端面及內(nèi)孔安裝座主要銑加工工序，均在四坐標(biāo)臥式加工中心上進(jìn)行，單臺(tái)銑加工時(shí)間約9 h～10 h，且受零件鑄造狀態(tài)影響余量較大，實(shí)際零件生產(chǎn)占機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，工廠設(shè)備產(chǎn)能不足，亟需加工提效。

3 提效方案

3.1 銑加工工序加工現(xiàn)狀分析

首先對(duì)該零件各銑加工工序以及加工現(xiàn)狀進(jìn)行分析，包括原各工序加工時(shí)間、各工序加工內(nèi)容、各工序加工方案，尋找制約加工效率的瓶頸問題。

（1）銑加工飛邊及銑平面工序加工內(nèi)容、走刀次數(shù)均較少，提升空間有限。

（2）銑葉片槽端面工序加工內(nèi)容較多，余量較大，現(xiàn)加工時(shí)間較長(zhǎng)，存在較大提升空間。

（3）銑小平面工序加工時(shí)間占所有銑加工時(shí)間46%，需重點(diǎn)進(jìn)行改善提升。

（4）銑葉片槽端面工序沿圓周方向加工共計(jì)15處葉片槽端面，采用走點(diǎn)位方式加工，時(shí)間較長(zhǎng)，可嘗試進(jìn)行轉(zhuǎn)A加工。

（5）銑小平面工序需操作者手動(dòng)調(diào)整Z值進(jìn)行加工，存在質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，可進(jìn)行改進(jìn)，同時(shí)兼顧效率提升。

3.2 NO.32銑加工飛邊工序

該工序原加工方案采用φ10合金銑刀，利用底刃加工、沿圓周方向走刀去除零件15處車加工殘余飛邊，加工時(shí)間約70 min/件。通過觀察零件實(shí)際情況及程序加工運(yùn)行狀態(tài)，該處加工余量較小，可通過增大刀具直徑增強(qiáng)加工穩(wěn)定性，減小切削距離，提高效率;結(jié)合仿真分析報(bào)告可見非切削距離占比較大，非切削時(shí)間較長(zhǎng)，實(shí)際空走刀較多，存在較大改進(jìn)空間。

對(duì)走刀路徑進(jìn)行劃分，區(qū)分出切削、進(jìn)刀、退刀程序段，并對(duì)相應(yīng)程序段單獨(dú)進(jìn)行進(jìn)給F賦值，加工時(shí)間進(jìn)一步縮短至45 min/件，不影響加工質(zhì)量的前提下，加工效率有較大幅度提升。最終，本工序通過優(yōu)化進(jìn)退刀速度，達(dá)到提效目的，加工時(shí)間由70 min/件降低至45 min/件。

3.3 NO.45銑平面工序

該工序原加工方案采用φ10合金銑刀，利用側(cè)刃加工、沿圓周方向走刀銑加工11處小葉翅內(nèi)平面。采用輪廓編程，加工余量2 mm，需3-4次走刀，加工時(shí)間60 min/件。通過觀察零件實(shí)際情況及程序加工運(yùn)行狀態(tài)，加工內(nèi)容較少，路徑較規(guī)則;結(jié)合仿真分析報(bào)告可見，非切削距離占比較大，因此可參照上工序改進(jìn)方法，從加工參數(shù)以及進(jìn)退刀安全距離設(shè)置等方面進(jìn)行細(xì)微優(yōu)化。結(jié)合該工序加工內(nèi)容及數(shù)控程序，借鑒上工序提效方案，對(duì)加工程序走刀路徑進(jìn)行劃分，區(qū)分出切削、進(jìn)刀、退刀程序段，并結(jié)合相應(yīng)程序段單獨(dú)給定進(jìn)給F值;在保證零件質(zhì)量的前提下，對(duì)進(jìn)刀、退刀的安全距離進(jìn)行合理優(yōu)化。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)加工驗(yàn)證，加工時(shí)間由60min/件縮短至50 min/件。最終，本工序通過縮短安全距離、優(yōu)化進(jìn)退刀速度2個(gè)方面，達(dá)到提效目的，加工時(shí)間由60 min/件降低至50 min/件。

3.4 NO.50銑葉片槽端面工序

該工序主要加工內(nèi)容為15處葉片槽端面，其中4處大葉片槽使用φ16R8球銑刀加工，11處小葉片槽使用φ10R5球銑刀加工，加工時(shí)間約為180 min。從仿真分析報(bào)告可見，切削距離占比較小，可通過改進(jìn)非切削時(shí)間達(dá)到提效目的。經(jīng)觀察零件實(shí)際加工情況及程序運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)程序均采用圓弧進(jìn)退刀，且設(shè)置較大安全距離，采用G01慢速進(jìn)給，但實(shí)際該過程并未參與切削，浪費(fèi)大量空走刀時(shí)間，約占總體加工時(shí)間40%。

對(duì)每個(gè)葉片槽加工后的抬刀距離進(jìn)行優(yōu)化，由35 mm減少至18 mm;同時(shí)對(duì)進(jìn)給參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，由30 mm/min提升至50 mm/min。經(jīng)驗(yàn)證，加工時(shí)間進(jìn)一步縮短至93 min。最終，該工序通過縮短安全距離、改進(jìn)進(jìn)退刀路線、和優(yōu)化加工參數(shù)3個(gè)方面，達(dá)到提效目的，加工時(shí)間由180 min/件降低至93 min/件。

3.5 NO.55銑小平面工序

該工序主要加工內(nèi)容為4處內(nèi)平面凸臺(tái)，采用立式加工中心、使用T型銑刀、結(jié)合刀具寬度進(jìn)行分層加工，加工過程需要手動(dòng)調(diào)整Z值、重復(fù)運(yùn)行程序進(jìn)行，效率較低，約為260 min/件，且受人為影響存在一定質(zhì)量隱患。可從加工方法、刀具選擇、路徑優(yōu)化、參數(shù)優(yōu)化等方面對(duì)程序進(jìn)行優(yōu)化。

取消原去余量及清根程序，直接使用T型銑刀采用分層方式加工。考慮循環(huán)次數(shù)影響，不再使用合金刀具，改用厚度為14的φ40T型銑刀，將循環(huán)次數(shù)由4次降低至3次，同時(shí)對(duì)進(jìn)退刀距離以及進(jìn)給F值進(jìn)行優(yōu)化，縮短非切削時(shí)間。

此方案經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)加工驗(yàn)證，由于循環(huán)程序的編制以及走刀路線、參數(shù)的優(yōu)化，加工時(shí)間由改進(jìn)前的260 min/件降低至約200 min/件。同時(shí)經(jīng)過操作者反饋，T型銑刀刀桿存在干涉現(xiàn)象，加工時(shí)需注意觀察，影響加工效率。

分析前一次改進(jìn)，由于刀具存在干涉問題，導(dǎo)致存在相關(guān)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)及影響加工效率，因此更換加工刀具，將T型銑刀直徑由φ40更換為φ70，解決刀桿干涉問題，在原基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高加工效率。

經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)加工驗(yàn)證，由于刀具直徑的改進(jìn)以及分層方式的改良，加工時(shí)間由200 min/件進(jìn)一步降低至156 min/件，效率提升明顯。

最終，通過改進(jìn)加工方案、選擇合適刀具2個(gè)方面，達(dá)到提效目的，加工時(shí)間由260 min/件降低至156 min/件。

3.6 其他方面提效

3.6.1 設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)

針對(duì)NO.32及NO.50工序進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)，由立式四坐標(biāo)加工設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)至臥式加工中心。利用刀具側(cè)刃代替底刃加工飛邊及銑葉片槽，對(duì)加工時(shí)間及刀具成本均有較大程度的降低，經(jīng)過加工驗(yàn)證分別縮短加工時(shí)間至35 min/件和70 min/件。

3.6.2 工裝改進(jìn)

對(duì)立式四坐標(biāo)加工設(shè)備用組合夾具進(jìn)行改進(jìn)，僅需倒壓板一次就可完成4道銑加工工序的加工，節(jié)省夾具及零件裝夾找正時(shí)間30 min/件。

4 結(jié)語(yǔ)

該次攻關(guān)，經(jīng)過不斷地摸索試驗(yàn)，通過改進(jìn)刀具、完善銑加工方案、優(yōu)化非切削距離以及提高非切削移動(dòng)速度等手段，成功完成某內(nèi)環(huán)前段銑加工提效試驗(yàn)。從現(xiàn)場(chǎng)零件驗(yàn)證加工周期統(tǒng)計(jì)來看，零件單臺(tái)銑加工時(shí)間由原來的570 min縮減至344 min，單臺(tái)加工時(shí)間減少226 min，達(dá)到攻關(guān)目標(biāo)，機(jī)床占用率大幅降低。

參考文獻(xiàn)

[1]張景利，何耿皇，李文濤.大型鍛造件筒節(jié)切削加工性及提高切削效率措施[J].機(jī)械工程師，2010（5）：139-141.

[2]段團(tuán)和.動(dòng)態(tài)刀具補(bǔ)償功能在數(shù)控銑削編程中的應(yīng)用[J].模具技術(shù)，2018（1）：60-63.