某焊接機(jī)匣加工方法探析

吳旭剛 李東崛 竇 遠(yuǎn)

（中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 研究內(nèi)容及目標(biāo)

原焊接機(jī)匣件是由鑄件、鈑金件、機(jī)加件焊接而成，鑄件的焊接極易造成零件出現(xiàn)各種各樣的變形問題，將新型號(hào)焊接機(jī)匣件的鑄造單件改為鍛件機(jī)加成型，其支板與支板安裝座單獨(dú)成型后，再組件進(jìn)行組合加工，整體結(jié)構(gòu)如圖1 所示，保證焊接時(shí)不會(huì)由于鑄件自身的偏差而產(chǎn)生問題。

圖1 新型號(hào)焊接機(jī)匣件三維圖示

新型號(hào)焊接機(jī)匣件與原零件相比，缺少后端安裝邊，需要對(duì)新型號(hào)零件裝夾方法及工裝方案進(jìn)行研究。零件支板與支板頭與原來有區(qū)別，兩者的轉(zhuǎn)接部位距離機(jī)匣殼體過近，采用原來加工方式不適合該零件的加工，需要編制研究程序。新增的支板端面與斜平面相交位置的轉(zhuǎn)接R 圓角結(jié)構(gòu)，不允許鉗工打磨，需要使用特殊尺寸的專用刀具以及特殊的銑加工策略對(duì)該位置進(jìn)行數(shù)控加工。原來支板上與端面相交的位置為錐形，現(xiàn)在變?yōu)樾逼矫?，需要調(diào)整加工過程的進(jìn)刀方式和走刀方式，設(shè)計(jì)摸索更適合加工的簡便刀具[1]；由于新型號(hào)零件的焊接及加工方式都缺少相關(guān)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，零件的焊接變形量無法確定，需要制定合理的工藝路線，摸索加工過程存在的問題，收集現(xiàn)場加工的數(shù)據(jù)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

該研究以焊接機(jī)匣件為載體，通過零件的首件研制，探索出一套高精度機(jī)匣類零件的加工工藝，通過跟進(jìn)現(xiàn)場的實(shí)際加工狀態(tài)，探索更有效的加工方案來控制零件變形，解決裝配過程中出現(xiàn)的問題，完成零件的研制加工，使零件尺寸及技術(shù)條件100%滿足設(shè)計(jì)要求，保證其合格交付使用。

2 工藝路線制定

一套合理可行的工藝路線是加工出合格零件的基礎(chǔ)，開展研究的首要工作就是制定一套切實(shí)可行的工藝路線。該文對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，根據(jù)零件的具體形狀、尺寸要求以及先粗后精、先基準(zhǔn)后其他的工藝原則[2]，確定其加工工藝路線。

根據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)際情況以及零件的具體特點(diǎn)，保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，進(jìn)一步理順現(xiàn)場生產(chǎn)流程，減少瓶頸問題的發(fā)生，在開工前對(duì)零件進(jìn)行檢查。編制數(shù)控程序時(shí)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)部門給定的銑前端支板端面工序尺寸在現(xiàn)場加工不便捷，易出現(xiàn)加工尺寸不合格問題，不能滿足設(shè)計(jì)圖要求。通過與設(shè)計(jì)部門進(jìn)行溝通，更改尺寸標(biāo)注的位置；設(shè)計(jì)部門隨后對(duì)相關(guān)尺寸做出了調(diào)整，根據(jù)設(shè)計(jì)的更改單對(duì)工藝規(guī)程進(jìn)行了更改，拆分工序增加銑前端支板頭背面工序，保證現(xiàn)場加工可執(zhí)行性。

3 加工方法探索

3.1 加工前變形量控制

零件在焊接半成品加工過程容易出現(xiàn)問題，造成這一現(xiàn)象的原因是焊接會(huì)引起不同程度的變形從而影響正常的加工[3]。從結(jié)構(gòu)上看，焊接次數(shù)比以往減少1 次，但實(shí)際上并不少，支板屬于單件對(duì)接焊后機(jī)加在于內(nèi)環(huán)和機(jī)匣殼體焊接在一起，該次焊接是首次焊接，加工經(jīng)驗(yàn)不足，不能確定焊接的狀態(tài)，焊接的內(nèi)環(huán)直板刺與支板位置，由于14 個(gè)薄支板的焊接部位厚度比較厚，不容易焊透，若是鈑焊廠進(jìn)行補(bǔ)焊或者打磨還不能確定其焊后的變形狀態(tài)，因此為了保證零件順利進(jìn)行再正式加工前安排劃線工序進(jìn)行檢查，確定后續(xù)的加工方案。

零件焊接后機(jī)加工容易造成余量不夠，需要在加工前對(duì)零件余量進(jìn)行檢查，用來判定零件加工余量。因鉗工的轉(zhuǎn)盤承受的重力有限，無法側(cè)量該零件的徑向和角度尺寸，無法一次性檢查零件的全部余量。開工前對(duì)零件進(jìn)行劃線檢查工序，保證后續(xù)加工余量夠，若存在偏差，可以借助劃線調(diào)整零件的基準(zhǔn)尺寸，保證后續(xù)零件加工的順利進(jìn)行。在鉗工劃線平臺(tái)上檢查軸向以及基準(zhǔn)孔的角向，零件的徑向和支板角度采用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行打點(diǎn)檢查。

3.2 外環(huán)安裝座加工

機(jī)匣焊接組件零件屬于焊接件，按照?qǐng)D紙要求保證的尺寸為非加工面與加工面的尺寸（17.1±0.1）mm，其中零件尺寸的公差難以保證，焊接過程無法控制零件的變形，加工產(chǎn)生難點(diǎn)，最終尺寸無法保證。

由于零件焊接變形，零件支板頭端面外徑變形量無法預(yù)估，應(yīng)大于尺寸公差0.2mm，即使每采用一個(gè)支板頭都調(diào)整一次程序原點(diǎn)，都無法保證尺寸要求，因?yàn)橥鈴蕉嗣娌黄饺菀變A斜，尺寸公差根本無法保證。加工過程中需要操作者2 次調(diào)整程序原點(diǎn)，容易出現(xiàn)不必要的錯(cuò)誤。

為滿足加工要求，調(diào)整零件的尺寸標(biāo)注，將非加工面與加工面尺寸調(diào)整為加工面對(duì)加工面的尺寸，改變編程方式，采用統(tǒng)一基準(zhǔn)。調(diào)整零件的加工順序，拆分工序，將原來銑背面內(nèi)容調(diào)整到加工完端面孔后進(jìn)行，調(diào)整加工尺寸位置，保證零件最終的尺寸要求，提高了零件的加工質(zhì)量。

3.3 內(nèi)環(huán)徑向孔加工

零件內(nèi)環(huán)前端的徑向精密孔尺寸為φ（18.5+0.021）mm、孔位置度為φ0.05mm，該精密孔根部轉(zhuǎn)接圓角尺寸為R0.5mm。同時(shí)該尺寸位置在組件中裝配管子，技術(shù)條件及孔徑要求嚴(yán)格，加工采用的設(shè)備要求能在徑向內(nèi)環(huán)前段內(nèi)孔φ230mm 內(nèi)加工徑向孔，滿足該要求只能使用彎頭進(jìn)行加工，加工過程中彎頭裝夾短，加工過程中刀具容易產(chǎn)生顫動(dòng)，影響加工質(zhì)量。

零件內(nèi)環(huán)前端徑向精密孔的孔口邊緣需要加工60°倒角，倒角與孔的交點(diǎn)需要進(jìn)行R1mm 倒圓，60°倒角不能采用常規(guī)倒角刀，刀具直徑過大就會(huì)造成圖2 位置零件的干涉；而且加工的倒圓位置需要鉗工進(jìn)行倒圓，由于無專用工具，因此鉗工倒圓R1mm 尺寸無法保證，同時(shí)還要增加一個(gè)鉗工工步，加工過程煩瑣。內(nèi)環(huán)孔直徑為φ236mm，加工該位置時(shí)，用五坐標(biāo)加工中心STC1250 配合彎頭進(jìn)行，由于彎頭自身的裝夾結(jié)構(gòu)，無法使用可調(diào)鏜刀進(jìn)行鏜孔保證底孔的位置精度，彎頭裝夾刀柄短30mm～40mm，刀具過長加工容易振動(dòng)，孔位置度加工難以保證，容易存在質(zhì)量隱患，造成零件加工超差情況發(fā)生。因此采用專用Ф18.4mm 銑刀進(jìn)行擴(kuò)孔、Ф18.5R0.5mm 鉸刀鉸孔，用專用量規(guī)進(jìn)行檢測。采用彎頭進(jìn)行加工時(shí)，剩余刀長不應(yīng)大于50mm，避免因刀具過長發(fā)生振動(dòng)，造成孔表面出現(xiàn)振紋，影響技術(shù)條件，粗糙度無法保證。采用專用外購刀具后現(xiàn)場加工孔尺寸及技術(shù)條件滿足設(shè)計(jì)圖紙要求。按照設(shè)計(jì)圖紙要求加工出合格零件，滿足裝配前的尺寸要求。結(jié)合零件加工精度的要求，派制外購非標(biāo)刀具，采用短刀進(jìn)行加工。使用的刀具總長為90mm，比一般常規(guī)刀具短至少10mm，防止刀具顫動(dòng)。Ф18.5mm 孔加工完成后，用該刀進(jìn)行銑倒角倒圓，一次裝夾加工保證角度及轉(zhuǎn)接尺寸，減少鉗工工作量。

3.4 支板轉(zhuǎn)接圓角加工

該文制定了14 個(gè)零件薄支板內(nèi)側(cè)小斜面與支板排氣邊交接部位轉(zhuǎn)接R 圓角的加工方案。轉(zhuǎn)接R 圓角受支板排氣邊樣條曲線影響，實(shí)際三維加工點(diǎn)位在二維圖紙上難以表達(dá)，缺少類似結(jié)構(gòu)的加工經(jīng)驗(yàn)，且設(shè)計(jì)部門要求該位置不允許使用鉗工手動(dòng)打磨加工，應(yīng)采用數(shù)控設(shè)備進(jìn)行銑加工，進(jìn)行數(shù)控加工須考慮該位置受到的加工限制，從支板外側(cè)端面位置進(jìn)刀會(huì)出現(xiàn)刀具與外環(huán)殼體干涉的現(xiàn)象。由于零件結(jié)構(gòu)存在2 個(gè)斜邊相交位置轉(zhuǎn)接R，因此刀具的斜面不能過長容易銑到其他面上。

零件焊接變形支板的高低位置不一致，程序存在銑多或者銑不到的情況。經(jīng)分析，零件的結(jié)構(gòu)及加工位置需要通過型面專用刀具進(jìn)行銑加工，刀具的裝夾應(yīng)從外面孔進(jìn)刀，由左向右走刀加工，但是零件焊接的支板高低不同，難以確定具體的加工位置，現(xiàn)場實(shí)際加工時(shí)應(yīng)注意程序的讓刀，或者加工前檢測下支板的相交位置，進(jìn)行調(diào)整程序后再加工。

3.5 支板型面加工

原型號(hào)零件的支板頭與支板連接位置較長，銑加工支板外側(cè)端面圓弧位置僅須調(diào)整合適的刀具角度，就能一次走刀完成全部的加工內(nèi)容。但新型號(hào)零件的支板外側(cè)端面圓弧位置距離機(jī)匣殼體過近，無法一次走刀完成全部尺寸的銑加工，機(jī)匣殼體會(huì)與刀具產(chǎn)生干涉。

零件在加工過程中發(fā)現(xiàn)，刀具刀桿過短導(dǎo)致加工支板頭的距離太短，加工尺寸長，容易碰撞機(jī)匣外壁端面，或者刀具刀頭角度旋轉(zhuǎn)小，刀具容易與零件支板頭側(cè)面的孔干涉，現(xiàn)場加工存在困難，而且在加工過程中內(nèi)外兩側(cè)加工存在接刀痕，內(nèi)加工采用球頭刀刀頭，外圓接采用刀具側(cè)刃加工，兩種方式存在偏差。同等刀具長度，改變刀頭擺動(dòng)角度，同時(shí)增加走刀距離，可以避免碰撞；內(nèi)外加工支板端面存在接刀，用側(cè)刃銑加工調(diào)整Y值對(duì)比球頭端面減少0.2mm，零件接刀痕無深度，提高了零件的加工質(zhì)量。

支板型面加工完畢后，使用專用型面干涉檢測測具，對(duì)型面加工狀態(tài)進(jìn)行檢測，測具結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

3.6 支板端斜面加工

原來支板是圓弧面，通過錐銑刀由外面孔直接進(jìn)刀加工即可；現(xiàn)在的新結(jié)構(gòu)是平斜面，采用原來的加工方式無法實(shí)現(xiàn)。零件本身為焊接件，焊接支板存在偏差。同時(shí)，需要銑加工的部位距離機(jī)匣殼體太近，機(jī)匣殼體為斜面內(nèi)收口，一般刀具無法進(jìn)行加工，容易干涉；且加工走刀路線由上向下，銑存在盲區(qū)難以直接觀察具體情況，容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。

派制專用的成型銑刀對(duì)平斜面進(jìn)行加工，刀具加工效果如圖3 所示，為減少成型非標(biāo)刀具的使用，在XYZ坐標(biāo)系內(nèi)，利用彎頭和倒角刀的配合，計(jì)算加工角度銑支板端面斜平面，走刀路線調(diào)整為插直線進(jìn)刀，直接查看刀具與殼體的干涉情況，由左往右進(jìn)行加工；利用倒角刀銑平面驗(yàn)證，證實(shí)該加工方式成功，零件表面粗糙度達(dá)到1.6μm，提升了零件的加工質(zhì)量。

圖3 支板斜端面專用刀具加工圖示

3.7 管子裝配干涉控制方法

焊接機(jī)匣件在裝配車間進(jìn)行裝配，焊接機(jī)匣件和軸承座裝配后，在進(jìn)行管子的裝配時(shí)，焊接機(jī)匣件外側(cè)孔和軸承座上的孔存在軸線偏差，管子無法順利裝進(jìn)，出現(xiàn)明顯的裝配干涉問題，并且以往每一個(gè)零件的裝配干涉大小都不一致。

焊接機(jī)匣件單件用來裝管子的孔在單件中加工完成后，將該零件與支板焊接到一起，按照設(shè)計(jì)圖理論值推出孔邊距所裝管子的距離為0.5mm，而且完全沒有考慮尺寸公差、焊接變形、裝配零件之間的間隙問題，導(dǎo)致零件本身裝管子時(shí)出現(xiàn)了一系列的問題。

按照單件中規(guī)定的內(nèi)環(huán)前段，安裝邊壁厚尺寸應(yīng)為3.5mm～4mm，由于單件與支板焊接組成焊接機(jī)匣件，因此單件上的內(nèi)環(huán)安裝邊端面有余量，正常加工是按照前面工序中劃線檢查的基準(zhǔn)線進(jìn)行修基準(zhǔn)工序的，后面組件加工會(huì)影響后面裝配車間管子的裝配關(guān)系。為了保證后面裝配順利進(jìn)行，在修基準(zhǔn)工序裝夾零件后，對(duì)單件內(nèi)環(huán)前段的端面進(jìn)行打表檢查，找出端面最小點(diǎn)和最大點(diǎn)，在看其跳動(dòng)量的大小，不大于0.5mm 應(yīng)按照最底面的位置進(jìn)行對(duì)刀，修平后作為基準(zhǔn)，與之前劃線的大端安裝邊基準(zhǔn)對(duì)比偏差量，不大于0.4mm 均無問題；若是內(nèi)環(huán)前段跳動(dòng)大于0.5mm，則應(yīng)考慮端面安裝邊的壁厚尺寸是否在要求范圍內(nèi)。

3.8 多余物控制方法

該零件為內(nèi)部型腔通腔結(jié)構(gòu)，加工過程若控制不好，極易進(jìn)入多余物，為零件的后續(xù)清理增加難度，因?yàn)榭椎某叽绾苄〔槐阌谇謇?，所以在加工前就進(jìn)行保護(hù)，能有效地控制零件型腔多余物的產(chǎn)生。

零件為空腔復(fù)雜零件，在焊接前鈑焊進(jìn)行鉗工打磨時(shí)，容易產(chǎn)生鐵屑等問題。零件進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，容易產(chǎn)生短小鐵屑并且進(jìn)入到零件的型腔中。為了避免后期發(fā)現(xiàn)型腔與多余物的問題，應(yīng)提前預(yù)警，在開工前檢查零件型腔的多余物，并且在開工機(jī)加工前對(duì)零件進(jìn)行灌蠟保護(hù)。

4 方案驗(yàn)證結(jié)果

該技術(shù)研究加工中使用了專用量具和夾具，有效地改善了零件的裝配狀態(tài)，解決零件裝配支板干涉問題；通過優(yōu)化工藝路線、調(diào)整加工順序、優(yōu)化數(shù)控程序、設(shè)計(jì)專用刀具等攻關(guān)措施，有效地保證了零件的加工精度，為最終交付合格零件奠定良好的基礎(chǔ)；根據(jù)設(shè)計(jì)圖的零件結(jié)構(gòu)，確定專用測具的派工，對(duì)特殊結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，提高零件的加工質(zhì)量?，F(xiàn)場機(jī)匣焊接件共加工4 臺(tái)份，全部合格入庫，尺寸及技術(shù)條件符合設(shè)計(jì)圖樣要求。

5 結(jié)論

機(jī)匣焊接件在加工過程中，專用夾具的使用對(duì)改善零件裝夾狀態(tài)、提高零件加工精度、減少零件變形起著至關(guān)重要的作用。在制定裝夾方案時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮使用專用夾具。

在進(jìn)行零件基準(zhǔn)加工時(shí)，應(yīng)注意零件內(nèi)環(huán)前段安裝邊的壁厚，控制在單件要求的尺寸范圍內(nèi)，能夠有效預(yù)防后續(xù)裝配管子干涉問題。

加工特殊面刀具的設(shè)計(jì)，應(yīng)盡量結(jié)合零件本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)研究刀具的形狀以及加工過程中刀具與零件的干涉位置，利用加工過程刀具的走刀路線對(duì)刀具進(jìn)行設(shè)計(jì)，該方案能夠更有效地提高零件加工效率和加工質(zhì)量。

根據(jù)機(jī)匣焊接件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及各單件在組件中的裝配關(guān)系，制定零件的加工方案以及工藝路線，可有效提高零件的加工質(zhì)量以及組件的整體裝配質(zhì)量。