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臥式五軸加工中心鈦合金件加工工藝的設計

2019-9-12 來源：上海新力機器廠作者：李超　路朝留　唐鴻雁　萬齊訪　馮樊籬等

摘要：臥式五軸加工中心在鈦合金等難加工材料的高效加工具有明顯優勢，而臥式五軸加工中心鈦合金件的工藝設計決定了加工效率和精度。文章針對鈦合金的航空結構件設計了臥式五軸加工中心的工藝，計算了該加工工藝的時間節拍，分析了該工藝的可行性，為后續鈦合金等難加工零件的生產提供參考。

關鍵詞：加工中心；鈦合金；工藝設計；航空結構件

1、前言

鈦合金材料具有耐熱性很高，耐腐蝕性很好及強度極高的優點，在航空領域得到廣泛應用，但鈦合金材料的加工難度是制約其在復雜零部件上的應用的關鍵因素。圖1為臥式五軸加工中心示意圖，臥式五軸加工中心可較好地加工復雜的鈦合金零件，而加工中心的加工工藝決定了復雜鈦合金零件的精度和質量。本文針對鈦合金的航空結構件設計了臥式五軸加工中心的工藝，檢查了在該工藝下加工的鈦合金零件的質量，確保了該工藝的可行性，為后續鈦合金等難加工零件的生產提供參考。

圖1　臥式五軸加工中心示意圖

2、零件及工藝要求

2.1　零件介紹

零件的加工精度不僅取決于機床設備本身的性能，更取決于加工工藝安排是否合理規范。因未取得客戶實際零件圖紙、尺寸、模型、材料及加工要求等信息，以下加工方案及節拍估算。樣例零件為鈦合金連接頭，其毛坯件及成品圖如圖2所示。零件材料：鈦合金。毛坯外形尺寸：500mm×350mm×120mm （最小加工余量：5mm）。

圖2　鈦合金零件示意圖

2.2　工藝流程要求

圖3為一套成熟可靠的加工工藝方案制定流程，確保在滿足精度要求的前提下，提供優質可靠的工藝路線，為最終零件的加工精度提供強有力的保障。

圖3　加工工藝流程

借助已有的高精度高可靠性機床設備及優質高效工藝方案的獨特雙重優勢，可為用戶帶來超高性價比的成套系統解決方案。臥式五軸加工中心配備車銑復合轉臺的情況下，與傳統的加工工藝方案相比，生產效率可提升300%，無論在效率方面還是在加工精度方面，該加工方案都將有不可替代的優勢。兩者對比示例圖如圖4所示。

圖4　工藝和效率對比圖

3、加工工藝設計

3.1　工藝方案

3.1.1　工序安排及裝夾形式

圖5為鈦合金零件的工序安排及裝夾形式。

3.1.2　CNC1上線工序

采用靠山（底面及粉色面，側邊設三個支撐點）方式粗定位，螺栓驅動楔型塊壓緊（綠色面，兩點驅動夾緊）的方式裝夾（預計此裝夾用時5min），如圖6所示。

圖6　CNC1上線前的裝夾形式圖

將已裝夾好零件的托盤運至上下料工作站（預計吊運用時2min），托盤下端設有零點快換機構，在很短的時間（預計3min）內即可實現托盤及零件的定位和緊固。托盤在上下料工作站完成裝夾后，由機器人、存儲架及工作臺交換機構自動完成物料的運送和暫存工作。該工序加工完成后，由機器人運至上下料工作站，通過零點快換機構，將零件隨托盤一同離線（預計用時3min），再在線下將零件從托盤上卸下（預計用時5min），以便為后續工作做準備。CNC1上線裝夾和完成的加工特征如圖7 所示。