鎖鍵零件的高效高質(zhì)加工

夏春和，趙純穎

1. 沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110850 2. 中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司 遼寧沈陽(yáng) 110850

1 序言

飛機(jī)機(jī)體表面安裝了大量維護(hù)口蓋，用于對(duì)飛機(jī)內(nèi)部機(jī)載設(shè)備進(jìn)行檢查、維修?？谏w鎖是維護(hù)口蓋開(kāi)啟、閉合的開(kāi)關(guān)，其質(zhì)量直接關(guān)系到維護(hù)口蓋使用的便捷性和安全性。圖1所示的HB2-12口蓋鎖是一種用于飛機(jī)頻繁開(kāi)啟的非承力觸發(fā)式口蓋鎖，由殼體、鎖鍵、杠桿、壓板、彈簧、軸、襯筒和襯套8部分組成。其中除鎖鍵外的7個(gè)部件的加工方法比較成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，而鎖鍵原材料為工字型材，來(lái)料的型腔尺寸公差大，尺寸一致性差，定位裝夾困難，如果依舊采用比較原始的制造方法，則產(chǎn)品的加工效率較低，質(zhì)量不穩(wěn)定。

圖1 HB2-12口蓋鎖

2 鎖鍵加工存在的問(wèn)題

鎖鍵零件材料為L(zhǎng)Y12-CZ鋁合金型材。零件外形是帶U形槽的雙搖臂結(jié)構(gòu)形式，左右對(duì)稱(chēng)。零件結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。鎖鍵搖臂與鎖鍵“舌頭”高度不同，采用倒角形式過(guò)渡。鎖鍵“舌頭”前端設(shè)計(jì)為弧面，方便口蓋鎖閉合鎖緊。

圖2 鎖鍵零件結(jié)構(gòu)尺寸

鎖鍵零件原加工工藝流程：材料檢驗(yàn)→單件下料→鉗工去毛刺→鉗工拋光底面→人工測(cè)量分組→銑削一側(cè)端面（搖臂）→鉗工去毛刺→銑削另一側(cè)端面（搖臂）→銑削上平面→鉗工去毛刺→銑削U形槽口→銑削前端面→鉗工去毛刺→銑削缺口→銑削倒角斜面→鉗工銼修R角、去毛刺→鉗工鉆孔、劃窩→表面處理→成品檢驗(yàn)→入庫(kù)。

加工中存在的問(wèn)題如下。

1）銑削鎖鍵搖臂兩側(cè)端面前，需要先根據(jù)型腔實(shí)際尺寸人工測(cè)量分組，再計(jì)算出端面去除量，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低。

2）鎖鍵搖臂兩側(cè)端面銑削工序，加工效率較低，對(duì)稱(chēng)度質(zhì)量稍差。

3）鎖鍵U形槽口對(duì)稱(chēng)度差，兩側(cè)余量不均勻，容易產(chǎn)生飛邊殘留。

4）鎖鍵外形加工流程繁冗，加工內(nèi)容簡(jiǎn)單，周轉(zhuǎn)次數(shù)高，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大。

3 原因分析

1）鎖鍵原材料XC351工字型材為熱擠壓成形加工，型腔寬度公差比較大，在0.20mm左右，導(dǎo)致鎖鍵搖臂兩側(cè)端面的去除量不同。加工前需要根據(jù)型腔實(shí)際寬度尺寸，人工計(jì)算出去除量，再將去除量相同的分在一起。而鎖鍵零件需求數(shù)量大，人工測(cè)量分組費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，嚴(yán)重影響生產(chǎn)進(jìn)度。

2）鎖鍵搖臂寬度采用兩側(cè)端面互為定位基準(zhǔn)的方式加工，兩次裝夾銑削，加工方式比較繁瑣，加工效率較低。由于加工采用的定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，因此加工后兩側(cè)搖臂厚度尺寸一致性差，存在明顯的尺寸差異，零件對(duì)稱(chēng)度質(zhì)量稍差。

3）鎖鍵U形槽口加工工序使用搖臂一側(cè)端面作為定位基準(zhǔn)，由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，因此U形槽口加工后會(huì)存在向一側(cè)偏移的現(xiàn)象。而上道工序的搖臂厚度一致性不好，存在尺寸差異，U形槽口銑削后搖臂厚的一側(cè)內(nèi)壁會(huì)殘留飛邊。

4）鎖鍵外形采用普通銑床加工，受設(shè)備能力、裝夾定位方式限制，一次裝夾僅能加工一個(gè)工步，無(wú)法實(shí)現(xiàn)集成加工更多內(nèi)容，周轉(zhuǎn)次數(shù)高；另外，由于加工內(nèi)容簡(jiǎn)單，每道工序加工時(shí)間短，需要反復(fù)快速裝夾，因此操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度增大。

4 高效高質(zhì)加工措施

針對(duì)鎖鍵零件加工中存在的效率和質(zhì)量問(wèn)題，從加工流程、裝夾方式、加工設(shè)備及方法等幾個(gè)方面采取工藝改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)高效高質(zhì)加工。

4.1 簡(jiǎn)化加工流程

鎖鍵零件原加工工藝流程繁冗，加工內(nèi)容簡(jiǎn)單，加工效率較低，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)工藝流程進(jìn)行梳理和改進(jìn)，合并相近工序，集中加工內(nèi)容。將人工測(cè)量分組、銑削一側(cè)端面（搖臂）、鉗工去毛刺和銑削另一側(cè)端面（搖臂）共4道工序合并成1道工序；將銑削上平面、銑削U形槽口、銑削前端面、銑削缺口和銑削倒角斜面共5道工序合并成1道工序。改進(jìn)后的工藝流程：材料檢驗(yàn)→單件下料→鉗工去毛刺→鉗工拋光底面→銑削兩側(cè)端面（搖臂）→鉗工去毛刺→銑削外形及U形槽口→鉗工銼修R角、去毛刺→鉗工鉆孔、劃窩→表面處理→成品檢驗(yàn)→入庫(kù)。

4.2 優(yōu)化裝夾方式

鎖鍵零件加工前人工測(cè)量分組、2道工序加工搖臂端面及多道工序加工鎖鍵外形的根本原因，是鎖鍵型材的型腔尺寸公差大、一致性差，不能使用同一個(gè)定位基準(zhǔn)進(jìn)行加工。為了解決這些問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種新式專(zhuān)用工裝——自定心銑削加工裝置，采用鎖鍵零件對(duì)稱(chēng)中心線作為定位基準(zhǔn)。自定心銑削加工裝置內(nèi)部為螺距相同、螺旋相反的左右螺桿，可以帶動(dòng)卡爪、夾頭同步向內(nèi)、向外移動(dòng)。與零件緊密貼合，即完成夾緊動(dòng)作，此時(shí)零件中心線與兩夾頭中心線重合。由于兩夾頭是同步移動(dòng)的，兩夾頭無(wú)論移動(dòng)多遠(yuǎn)，其中心線位置固定不變，所以?shī)A緊后零件中心線位置為兩夾頭中心線固定位置，夾緊過(guò)程即為自動(dòng)找正中心的過(guò)程。銑削兩側(cè)端面（搖臂）工序時(shí)，夾頭同時(shí)向外與型腔內(nèi)壁緊密貼合并夾緊，工裝如圖3所示；銑削外形及U形槽口工序時(shí)，夾頭同時(shí)向內(nèi)與搖臂兩側(cè)端面緊密貼合并夾緊，工裝如圖4所示。由于鎖鍵搖臂兩側(cè)端面采用自定心工裝加工，因此壁厚尺寸均勻、一致性高，此時(shí)搖臂兩側(cè)端面的中心線與型腔中心線基本重合。

圖3 銑削兩側(cè)端面（搖臂）工序用工裝

圖4 銑削外形及U形槽口工序用工裝

4.3 調(diào)整加工設(shè)備及方法

鎖鍵采用普通銑床加工，受設(shè)備能力、裝夾定位方式限制，僅能逐個(gè)工步內(nèi)容加工，加工效率較低，質(zhì)量不穩(wěn)定。隨著新式裝夾定位夾具、數(shù)控設(shè)備以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)刀具的廣泛應(yīng)用，鎖鍵集成加工成為可能。

（1）銑削兩側(cè)端面（搖臂）工序 鎖鍵零件搖臂寬度原采用普通立式銑床加工，對(duì)搖臂兩側(cè)端面分別進(jìn)行銑削，去除余量大小需要根據(jù)型材寬度尺寸、鎖鍵最終寬度尺寸進(jìn)行計(jì)算得出，工作繁瑣、效率低。工藝改進(jìn)后采用自定心銑削加工裝置，裝置夾頭與鎖鍵型腔內(nèi)壁接觸，夾緊固定零件。裝夾部位在鎖鍵內(nèi)部，鎖鍵搖臂兩個(gè)加工端面顯露在外側(cè)，同時(shí)加工兩側(cè)端面成為可能。為了降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提升加工效率，使用數(shù)控銑床替代原來(lái)的普通立式銑床來(lái)加工鎖鍵搖臂寬度，一次裝夾下使用φ10mm銑刀完成搖臂兩側(cè)端面加工。搖臂兩側(cè)端面單面去除余量不大，為0.2～0.4mm，切削力較小，自定心銑削加工裝置夾緊力完全可以支持一次切削走刀加工。選用國(guó)產(chǎn)VMC850P數(shù)控銑床（見(jiàn)圖5），加工參數(shù)：主軸轉(zhuǎn)速4000r/min，進(jìn)給量0.2mm/r，背吃刀量11mm，側(cè)吃刀量0.3～0.5mm。

圖5 VMC850P數(shù)控銑床

（2）銑削外形及U形槽口工序 鎖鍵零件外形各尺寸和U形槽口尺寸使用多個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，需要在普通立式銑床5次裝夾加工，周轉(zhuǎn)多次，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。工藝改進(jìn)后采用自定心銑削加工裝置，裝置夾頭與搖臂兩側(cè)端面貼合，夾緊固定零件，可以同時(shí)加工零件外形和U形槽口。加工過(guò)程：首先使用φ10mm-R2mm銑刀加工鎖鍵高度、總長(zhǎng)、外形（僅倒角斜面保留0.5mm余量）及U形槽口（保留0.5mm余量），再更換R4mm內(nèi)R銑刀加工鎖鍵“舌頭”前端圓?。唤又褂?0°角度銑刀去除倒角斜面余量，使用φ6mm銑刀去除U形槽口余量；最后使用φ2mm銑刀對(duì)U形槽口轉(zhuǎn)接部位做清根處理。由于鎖鍵外形、U形槽口去除余量多，加工切削力較大，自定心銑削加工裝置夾緊力不能支持一次切削走刀加工，因此采用多次走刀形式：鎖鍵外形5次走刀、U形槽口3次走刀。為了不降低加工時(shí)間，選用國(guó)產(chǎn)S5F高速數(shù)控銑床（見(jiàn)圖6），加工參數(shù)：數(shù)控銑床主軸轉(zhuǎn)速9000r/min，進(jìn)給量0.2mm/r，背吃刀量、側(cè)吃刀量按需調(diào)整。

圖6 S5F高速數(shù)控銑床

（3）銑刀的選用 鎖鍵材料為L(zhǎng)Y12-CZ鋁合金，是可熱處理強(qiáng)化的中等強(qiáng)度的鋁合金，抗拉強(qiáng)度約400MPa，與2024鋁合金、DTD5090鋁合金相近，經(jīng)固溶熱處理、自然時(shí)效或人工時(shí)效后，具有較高的強(qiáng)度[1]，主要應(yīng)用于板材、棒材和型材等。該合金具有良好的塑性成形能力和機(jī)械加工性能，可以用于制造飛機(jī)結(jié)構(gòu)、鉚釘、載貨汽車(chē)輪轂和螺旋槳元件等結(jié)構(gòu)件，是目前制造行業(yè)使用較為廣泛的鋁合金之一。

與其他淬硬鋼相比，LY12鋁合金強(qiáng)度和硬度相對(duì)較低，塑性小，對(duì)刀具磨損小，熱導(dǎo)率較高，切削溫度較低，切削加工性較好，屬于易加工材料，適于高速切削加工[2]。普通高速鋼銑刀高速銑削LY12鋁合金時(shí)，銑刀耐磨性稍差，批量零件加工時(shí)會(huì)影響產(chǎn)品加工表面質(zhì)量，一般不建議使用。目前加工LY12鋁合金常用硬質(zhì)合金銑刀和含鋁高速鋼銑刀，一般選用3刃、4刃平底結(jié)構(gòu)。銑刀盡可能選擇較大的前角，切削鋒利，可以有效避免積屑瘤產(chǎn)生[3]；盡量選擇35°～55°的螺旋角，增大排屑槽，使切削更為順暢；含鋁高速鋼銑刀盡量選用排屑槽經(jīng)過(guò)精拋處理的，方便快速排屑。鎖鍵零件外形加工或粗加工時(shí)，選擇3刃有涂層的YG硬質(zhì)合金立銑刀；精加工時(shí)，選擇3刃無(wú)涂層的YG硬質(zhì)合金立銑刀（見(jiàn)圖7）；鎖鍵“舌頭”圓角部位加工時(shí)，選擇3刃無(wú)涂層的YG硬質(zhì)合金內(nèi)R銑刀（見(jiàn)圖8）；銑削倒角斜面時(shí)，選擇2刃無(wú)涂層的YG硬質(zhì)合金90°角度銑刀（見(jiàn)圖9）。

圖7 立銑刀

圖8 內(nèi)R銑刀

圖9 90°角度銑刀

5 實(shí)施效果

5.1 生產(chǎn)效率和生產(chǎn)周期

加工流程經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)，工序數(shù)量由原來(lái)的20道縮減為13道。銑削兩側(cè)端面（搖臂）工序（1000件）生產(chǎn)時(shí)間較改進(jìn)前減少28.5h，效率較改進(jìn)前提升58.8%；銑削外形及U形槽口工序（1000件）生產(chǎn)時(shí)間較改進(jìn)前增加2.3h，效率較改進(jìn)前降低3.7%，這是由于此道工序內(nèi)容比較復(fù)雜，編程準(zhǔn)備時(shí)間較長(zhǎng)。但是從第2批次開(kāi)始，可以直接調(diào)取程序，準(zhǔn)備時(shí)間可以降低到2h以內(nèi)，小于改進(jìn)前準(zhǔn)備時(shí)間。另外，考慮中間檢驗(yàn)時(shí)間和工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間，銑削外形及U形槽口工序改進(jìn)前后生產(chǎn)時(shí)間基本相同。工藝改進(jìn)前后加工效果對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 工藝改進(jìn)前后加工效果對(duì)比

5.2 產(chǎn)品質(zhì)量

鎖鍵零件加工過(guò)程經(jīng)過(guò)優(yōu)化改進(jìn)，零件對(duì)稱(chēng)度合格率由87%提升到100%，表面粗糙度值Ra也由6.3μm減小到3.2μm，達(dá)到精品程度。工藝改進(jìn)前后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比見(jiàn)表2。工藝改進(jìn)前后兩側(cè)端面、外形表面質(zhì)量對(duì)比如圖10、圖11所示。

表2 工藝改進(jìn)前后產(chǎn)品質(zhì)量對(duì)比

圖10 工藝改進(jìn)前后兩側(cè)端面表面質(zhì)量對(duì)比

圖11 工藝改進(jìn)前后外形表面質(zhì)量對(duì)比

5.3 勞動(dòng)強(qiáng)度

鎖鍵零件優(yōu)化流程前，每一道工序加工內(nèi)容簡(jiǎn)單，基本就是一個(gè)工步，工序加工時(shí)間短暫，不到1min，加工過(guò)程基本就是反復(fù)快速裝夾虎鉗，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度比較大。優(yōu)化流程后，工序加工時(shí)間延長(zhǎng)，操作人員可以得到短暫的休息時(shí)間，緩解疲勞；并且自定心銑削加工裝置使用小規(guī)格外六角扳手鎖緊，鎖緊過(guò)程也比較容易，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度下降明顯。

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)鎖鍵零件的高效高質(zhì)加工進(jìn)行技術(shù)研究，通過(guò)優(yōu)化加工流程，調(diào)整裝夾方式，從數(shù)控設(shè)備、加工方法和切削刀具等多個(gè)方面采取改進(jìn)措施，取得了很好的效果，有效地解決了鎖鍵零件加工過(guò)程中生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題，縮短了鎖鍵零件的生產(chǎn)周期，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性。

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

文章針對(duì)鎖鍵零件生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定問(wèn)題進(jìn)行原因分析和技術(shù)革新，通過(guò)優(yōu)化加工流程，調(diào)整裝夾方式，從數(shù)控設(shè)備、加工方法和切削刀具等多個(gè)方面采取工藝改進(jìn)措施，在數(shù)控銑床上應(yīng)用自定心銑削加工裝置和硬質(zhì)合金銑刀，集中完成多道工序內(nèi)容，解決了因鋁合金型材尺寸一致性差而造成的加工問(wèn)題，并大幅提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，具有很好的可操作性和經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，可在類(lèi)似型材零件的批量生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。

文章主題明確，論點(diǎn)突出，論證合理，在問(wèn)題分析和加工措施方面闡述得比較詳細(xì)，有一定的創(chuàng)新和見(jiàn)解。