殼體類零件自動化生產(chǎn)線刀具選用研究*

□ 田東縉 □ 王新輝 □ 宋 文 □ 王 茹 □ 王錄林 □ 劉 燕

中國航發(fā)西安動力控制科技有限公司六○分廠 西安 710077

1 研究背景

隨著經(jīng)濟、科技的迅猛發(fā)展,機械加工技術(shù)正朝著智能化、綠色化、數(shù)字化、自動化方向快速發(fā)展[1]。自動化生產(chǎn)技術(shù)符合發(fā)展需求,因此越來越多的生產(chǎn)單位開始應(yīng)用自動化生產(chǎn)技術(shù)。為更好地完成殼體生產(chǎn)任務(wù),提高生產(chǎn)加工水平和能力,筆者對殼體類零件的加工進行研究,引進殼體自動化生產(chǎn)線。自動化生產(chǎn)線的工藝設(shè)計模式和刀具選用方法與傳統(tǒng)加工存在很大差異,為保證自動化生產(chǎn)線的順利運行,必須建立適應(yīng)自動化生產(chǎn)線的刀具選用和管理方法[2]。

2 殼體類零件加工特點

殼體類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，型面及型腔多，壁厚不均勻,各類孔系繁多且差異性大。其中，油路孔交錯復(fù)雜,數(shù)量、深度各異。殼體類零件材料以鋁鎂合金為主,切削性能良好[3]。雖然殼體類零件形態(tài)各異,零件之間相似性差,但是殼體構(gòu)成元素卻有很多共同點。按殼體構(gòu)成元素的相似性和加工方法,可以將殼體構(gòu)成元素特征分為三類，如圖1所示。A類為型面、型腔、槽類特征[4]。B類為孔系特征，包括臺階孔系、螺紋孔系、單孔系等。C類為油路孔特征，包括單角度油路孔、雙角度油路孔。

▲圖1 殼體構(gòu)成元素特征分類

3 殼體類零件加工現(xiàn)狀

現(xiàn)階段,殼體類零件的加工按工藝要求,主要依靠單臺數(shù)控設(shè)備按序加工,工序之間互不聯(lián)系[5]。因此,在刀具選用過程中,主要以操作人員手中的現(xiàn)有刀具為基礎(chǔ),結(jié)合現(xiàn)有殼體加工條件,以單刀形式為主進行選刀,各個尺寸間無關(guān)聯(lián)[6],刀具數(shù)量和種類較多。

4 自動化生產(chǎn)線刀具選用方法

自動化生產(chǎn)線由工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成[7],將一組數(shù)控機床和輔助設(shè)備按照工藝順序連接,可以自動完成產(chǎn)品全部或部分的制造過程。自動化生產(chǎn)線以改善工人勞動條件、降低能源消耗、節(jié)約材料、提高勞動效率和產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)。如果刀具選用方法沿用原有的單刀選擇方法，那么將不能滿足自動化生產(chǎn)線的刀具加工需求。經(jīng)過對殼體類零件加工工藝進行分析,結(jié)合現(xiàn)階段刀具發(fā)展的水平,對自動化生產(chǎn)線刀具進行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化選用。

4.1 標(biāo)準(zhǔn)化

自動化生產(chǎn)線選用刀具的主要依據(jù)是殼體加工的基本特征，即型面、型腔、槽、孔系、油路孔等。結(jié)合殼體特征的加工方法,優(yōu)化刀具的選用方法,依據(jù)特征進行標(biāo)準(zhǔn)化選刀。

根據(jù)殼體類零件的結(jié)構(gòu),將制造特征分為29類,見表1。根據(jù)所加工的殼體類零件的結(jié)構(gòu)特征，進行刀具的選用[8],確保刀具選用標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,滿足自動化生產(chǎn)線的正常運行要求。

表1 殼體類零件制造特征分類

4.2 系列化

自動化生產(chǎn)線刀具按加工部位可分為通用刀具和專用刀具兩大類。

通用刀具主要用于加工單一的型面、油路孔等特征[9],刀具選用簡單。如油路孔加工刀具選用時,根據(jù)加工直徑,選用相應(yīng)的鉆頭，常用的規(guī)格有φ3 mm、φ4 mm、φ5 mm。型面加工采用銑刀進行加工,常用的規(guī)格有φ8 mm、φ10 mm、φ12 mm。通用刀具如圖2所示。

▲圖2 通用刀具

為了充分發(fā)揮自動化生產(chǎn)線的高效作用,在加工殼體類零件時,根據(jù)殼體加工工藝對所選用的刀具提出了許多新的要求。加工同一特征時，刀具規(guī)格和種類應(yīng)盡量少,這樣可以降低加工過程中的換刀頻次,減少刀具數(shù)量,降低制造成本。為了解決此類問題,以零件結(jié)構(gòu)特征螺紋孔系為導(dǎo)向,根據(jù)螺紋孔系加工的頻次,設(shè)計制造專用刀具,減少刀具的選用數(shù)量,縮短零件的加工時間,確保自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的運行[10]。

螺紋孔系結(jié)構(gòu)如圖3所示，螺紋孔系尺寸見表2，螺紋孔系加工專用刀具如圖4所示。

▲圖3 螺紋孔系結(jié)構(gòu)

4.3 通用化

依據(jù)相似相近原則,對于同類加工特征,根據(jù)加工頻次的高低,采用高頻次刀具替代低頻次刀具,優(yōu)化刀具選用方案,精簡刀具數(shù)量,確保自動化生產(chǎn)線刀具的正常順利使用。在選取銑刀時,按優(yōu)化前的選刀方法，

表2 螺紋孔系尺寸

▲圖4 特征孔系加工專用刀具

需要十個種類15把刀具。根據(jù)頻次優(yōu)化后,只需六個種類的刀具,刀具種類及數(shù)量明顯減少，見表3。

表3 刀具選用優(yōu)化前后對比

5 自動化生產(chǎn)線刀具選用原則

結(jié)合自動化生產(chǎn)線加工的特點及殼體類零件的加工特征,將自動化生產(chǎn)線的刀具按加工工藝要求分為兩類，即通用刀具和專用刀具。在刀具選用過程中，需遵循選擇原則。

5.1 通用刀具

(1)通用刀具參數(shù)按照標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)選用,如有特殊情況,可進行非標(biāo)定制。

(2)依據(jù)相近相似原理,即同種刀具按照滿足加工工藝長度最長要求進行選取,保證加工過程中刀具的通用性。

(3)依據(jù)刀具使用頻次,對于銑削類刀具,按使用頻次的高低,采用高頻次刀具替代同等條件下或相近狀態(tài)下低頻次刀具。

5.2 專用刀具

(1)根據(jù)殼體結(jié)構(gòu)加工特征,選取組合刀具,方便后續(xù)刀具使用的通用性。

(2)對于復(fù)雜特征,分析刀具使用頻次的高低,如果頻次低,那么可以將對應(yīng)特征分解,擴大刀具的使用范圍。

(3)采用專用刀具,可以大量減少刀具使用數(shù)量,但是專用刀具價格昂貴,因此在選用時,應(yīng)根據(jù)刀具使用頻次,合理選用專用刀具。

6 選用結(jié)果

依據(jù)自動化生產(chǎn)線加工的特點,結(jié)合殼體結(jié)構(gòu)的加工特征,對自動化生產(chǎn)線的刀具進行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化選用,這樣不但可以簡化刀具的選用流程,而且能夠保證刀具選擇的合理化和最優(yōu)化。通過所述方法,將自動化生產(chǎn)線的刀具數(shù)量由原來的420把縮減至258把,確保了自動化生產(chǎn)線的正常運行,同時為殼體類零件的加工提供了良好的技術(shù)保障。自動化生產(chǎn)線刀具選用結(jié)果見表4。

表4 自動化生產(chǎn)線刀具選用結(jié)果

7 結(jié)束語

殼體類零件自動化生產(chǎn)線涵蓋面較廣,包括殼體加工工藝設(shè)計、夾具設(shè)計、刀具選用及管理。殼體類零件孔系復(fù)雜,刀具數(shù)量多,刀具選用方法尤為重要。采用傳統(tǒng)的單刀選用方法，會直接制約自動化生產(chǎn)線的正常運行。

通過刀具選用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化,確立了自動化生產(chǎn)線刀具選用方法,為自動化生產(chǎn)線的高效運行提供了良好的技術(shù)保障。