孙换凤+唐彩国

摘要：薄壁环形件在车、铣加工后产生变形，造成静平衡时的超平现象。文章从数理分析、程序编制、函数关系几个方面入手摸索出一套准确去除不平衡量的数理分析方法与加工工艺，这种方法可以按照不平衡数值准确去除不平衡量，保证零件一次性合格，避免反复再上机床加工，供相关人员参考。

关键词：薄壁环形件；不平衡量去除；宏程序；函数图绘制；平衡裕度

中图分类号：P628文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0045-03

不平衡量的去除在薄壁环形零件中得到了越来越多的应用，该道工序是由于薄壁环形件在车铣加工过程中可能出现的变形，通过静平衡工序检查，去除不平衡量以满足设计图不平衡量要求。如采用合理的工艺方法，根据零件静平衡结果一次性准确去除不平衡量，避免再次上机床加工，可以达到优化加工工艺、降低生产成本的目的。

1技术难点分析

根据薄壁环形件去除不平衡量的特点，需要从以下三个方面对环形件不平衡量铣削进行分析：第一，需要利用宏参数编制不平衡量去除程序，该程序要具可调性、通用性的特点；第二，对不平衡量进行分析，得到不平衡量、去除深度、去除角度之间的函数关系；第三，利用极限测量方法，得到平衡裕度范围内的铣削深度值。

MTU件号是公司新承接外贸项目，该型别零件符合薄壁环形件的特点，因此笔者从该项目的代表件号3A1988为入手点对准确去除不平衡量进行了工艺方法研究。

2工艺方法研究

3A1988为MTU项目代表件号，该零件大部分型面厚度均为2～3mm，在车铣加工后产生不规则变形，故每个零件的不平衡量均不同。按照设计图纸要求，在900转/分（最小）的转速下，静态最大不平衡量不超过357g·mm（最大），若零件不平衡量超过这个值时，可通过去除不平衡量的方法将零件加工合格。我们从宏参数程序、不平衡量与去除深度、去除角度之间的函数关系以及准确去除不平衡量的平衡稳定范围几方面对其进行工艺方法研究。

2.1宏程序的编制

由于零件变形的不规则性，每个零件在车铣加工后的不平衡量也不同。造成了不平衡量去除的角度、深度值也都不同。因此，铣不平衡量程序需要具有通用性、可调性的特点。

图1零件不平衡量去除区域

利用机床FANUC或SIEMENS系统的宏参数功能，编制宏程序，这是一种高阶编程方法。同一条宏程序只需调整相关参数，就可以加工相似件号的零件。利用宏参数编程将铣不平衡量程序模板化，以FANUC系统为例说明。

程序说明：

利用宏参数进行编程，可以保证铣不平衡量程序的通用性与可调性：第一，加工不同的件号只需调整相应的外圆半径值（#11）、刀具Z向落刀深度值（#20），两个参数即可进行加工；第二，根据每个零件不同的初始不平衡量，程序中只需调整铣削宽度（#101）、铣削角度（#102）两个参数即可进行加工，无需每次反复编程与调试，程序可靠性强。

2.2不平衡量几何形态分析

对于每次不平衡量的去除，由于单个零件在机加工序结束后的机加尺寸以及变形情况不可能完全相同，则初始不平衡量也不会相同，只能通过调整程序中的铣削宽度与铣削角度两个参数让零件达到允许的平衡状态。设计图纸中对不平衡量的去除提供了参考值，但该参考值为实验室数据，在实际应用中若完全依据此参考值发现与理想状态相差较大，因此需要修正此数据。

图2设计图参考数据

分析影响不平衡量去除中铣削角度和铣削宽度两个参数的函数关系。如下图3所示，由于截面区域小，可以近似将不平衡量去除的截面图形按一个普通梯形

代替。

图3不平衡区域几何形态分析图

首先定义以下几个参数：

变量：铣削深度h（h﹥1）；铣削角度β；

常量：截面上底长度：a；梯形截面底角α；零件外圆半径值R；零件密度：ρ；

则得到梯形截面下底长度b=a+2hcotα；

则该截面面积：

S=

=分别用大写字母A、B、C来代替括号中的常量。

去除的不平衡材料质量可近似认为：

由此分析得出不平衡量值与铣削深度h呈三阶递增函数关系，与铣削角度β呈近似一阶函数关系；另一方面，根据数理知识得出在铣削角度β较小时，铣削深度h变化范围较大；在铣削角度β较大时，铣削深度h变化范围较小。结合以上分析，发现研究铣削角度β较简单可行。

不平衡量去除需要调整铣削角度与铣削深度两个参数，首先可以将一个参数设为不变值（定量），另一个参数为变量。并结合上述数理分析，可先将铣削深度设为不变值（定量），每次调整铣削角度来确定铣削深度的范围。即根据初始不平衡量值从设计图纸参考尺寸表格中查得其去除角度，从而测量得到相应的去除深度范围值。

2.3确定平衡裕度

MTU件号根据设计图纸规定，按MTV490标准平衡要求，在900转/分（最小）的转速下，静态不平衡量不得超过357g·mm（最大），最大初始不平衡量不得超过3571g·mm。考虑到平衡夹具也有略微的不平衡量，因此将最小初始不平衡量压缩至280g·mm。即当在900转/分（最小）的转速下，静态不平衡量在280～3571g·mm范围内需要进行不平衡量去除。

2.4不平衡量数理形态分析

为了修正不平衡量深度去除范围，实验测定收集了20～25组3A1988件号的不平衡量数据。设计图纸参考铣削深度为1.5mm，试验切削范围为1.1～1.4mm，利用两件实验件对不同状态下的不平衡量进行测定的到如下数据：

表1切削深度为1.1mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 428 729 1350 2019 2630 3380

对应角度（°） 9 17 32 48 63 87

去除后不平衡量 196 223 279 378 356 392

是否达到平衡状态 √ √ √ × × ×

表2切削深度为1.2mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 672 1033 1928 2741 3001

对应角度（°） 15 24 46 67 76

去除后不平衡量 115 184 248 377 387

是否达到平衡状态 √ √ √ × ×

表3切削深度为1.3mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 732 991 1435 1896 2324

对应角度（°） 17 23 34 45 55

去除后不平衡量 215 248 267 201 242

是否达到平衡状态 √ √ √ √ √

表4切削深度为1.4mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 496 683 921 1332 2014 2974

对应角度（°） 11 16 21 31 47 75

去除后不平衡量 238 254 268 296 371 358

是否达到平衡状态 √ √ √ × × ×

根据实验数据，将角度值与深度值加入关系图，用√表示达到平衡状态的点，用×表示未达到平衡状态的点。利用前面推算出的深度值与角度值的三阶函数关系以及平衡点与不平衡点，将平衡点用曲线连在一起，得到了3A1988不平衡量近似去除角度与深度的函数关系测绘

图，图中的阴影部分即为达到平衡时的铣削深度范围。

图43A1988不平衡量去除深度修正范围

通过以上分析，可以看出在去除角度较小时，铣削深度范围较宽，随着零件不平衡量的增大，去除角度也逐渐增加，铣削深度范围会变小，符合之前的数理分析。在进行不平衡量工序之前查阅设计图参考尺寸，再利用此实验数据得出不平衡量去除的深度值，将此深度值输入到程序的#101参数中，零件在去除不平衡量工序后一次性达到平衡状态，在实际加工中很大程度上避免了零件再次去不平衡现象。

3结论

通过数理分析、程序编制、函数关系几个方面，摸索出一套准确去除不平衡量的数理分析方法与加工工艺，这种方法可以保证零件一次性去除不平衡量合格，避免第二次上机床加工，最大程度避免了人力、物力的消耗。同时，这种分析方法可以应用到其他相似件号中，对盘类、环类薄壁零件的不平衡量去除提供了思路。

参考文献

[1]张运强．FANUC数控系统宏程序编程方法、技巧与实例[M]．北京：机械工业出版社，2012．

作者简介：孙换凤（1981-），陕西韩城人，西安航空动力股份有限公司工程师，研究方向：工业工程。

endprint

摘要：薄壁环形件在车、铣加工后产生变形，造成静平衡时的超平现象。文章从数理分析、程序编制、函数关系几个方面入手摸索出一套准确去除不平衡量的数理分析方法与加工工艺，这种方法可以按照不平衡数值准确去除不平衡量，保证零件一次性合格，避免反复再上机床加工，供相关人员参考。

关键词：薄壁环形件；不平衡量去除；宏程序；函数图绘制；平衡裕度

中图分类号：P628文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0045-03

不平衡量的去除在薄壁环形零件中得到了越来越多的应用，该道工序是由于薄壁环形件在车铣加工过程中可能出现的变形，通过静平衡工序检查，去除不平衡量以满足设计图不平衡量要求。如采用合理的工艺方法，根据零件静平衡结果一次性准确去除不平衡量，避免再次上机床加工，可以达到优化加工工艺、降低生产成本的目的。

1技术难点分析

根据薄壁环形件去除不平衡量的特点，需要从以下三个方面对环形件不平衡量铣削进行分析：第一，需要利用宏参数编制不平衡量去除程序，该程序要具可调性、通用性的特点；第二，对不平衡量进行分析，得到不平衡量、去除深度、去除角度之间的函数关系；第三，利用极限测量方法，得到平衡裕度范围内的铣削深度值。

MTU件号是公司新承接外贸项目，该型别零件符合薄壁环形件的特点，因此笔者从该项目的代表件号3A1988为入手点对准确去除不平衡量进行了工艺方法研究。

2工艺方法研究

3A1988为MTU项目代表件号，该零件大部分型面厚度均为2～3mm，在车铣加工后产生不规则变形，故每个零件的不平衡量均不同。按照设计图纸要求，在900转/分（最小）的转速下，静态最大不平衡量不超过357g·mm（最大），若零件不平衡量超过这个值时，可通过去除不平衡量的方法将零件加工合格。我们从宏参数程序、不平衡量与去除深度、去除角度之间的函数关系以及准确去除不平衡量的平衡稳定范围几方面对其进行工艺方法研究。

2.1宏程序的编制

由于零件变形的不规则性，每个零件在车铣加工后的不平衡量也不同。造成了不平衡量去除的角度、深度值也都不同。因此，铣不平衡量程序需要具有通用性、可调性的特点。

图1零件不平衡量去除区域

利用机床FANUC或SIEMENS系统的宏参数功能，编制宏程序，这是一种高阶编程方法。同一条宏程序只需调整相关参数，就可以加工相似件号的零件。利用宏参数编程将铣不平衡量程序模板化，以FANUC系统为例说明。

程序说明：

利用宏参数进行编程，可以保证铣不平衡量程序的通用性与可调性：第一，加工不同的件号只需调整相应的外圆半径值（#11）、刀具Z向落刀深度值（#20），两个参数即可进行加工；第二，根据每个零件不同的初始不平衡量，程序中只需调整铣削宽度（#101）、铣削角度（#102）两个参数即可进行加工，无需每次反复编程与调试，程序可靠性强。

2.2不平衡量几何形态分析

对于每次不平衡量的去除，由于单个零件在机加工序结束后的机加尺寸以及变形情况不可能完全相同，则初始不平衡量也不会相同，只能通过调整程序中的铣削宽度与铣削角度两个参数让零件达到允许的平衡状态。设计图纸中对不平衡量的去除提供了参考值，但该参考值为实验室数据，在实际应用中若完全依据此参考值发现与理想状态相差较大，因此需要修正此数据。

图2设计图参考数据

分析影响不平衡量去除中铣削角度和铣削宽度两个参数的函数关系。如下图3所示，由于截面区域小，可以近似将不平衡量去除的截面图形按一个普通梯形

代替。

图3不平衡区域几何形态分析图

首先定义以下几个参数：

变量：铣削深度h（h﹥1）；铣削角度β；

常量：截面上底长度：a；梯形截面底角α；零件外圆半径值R；零件密度：ρ；

则得到梯形截面下底长度b=a+2hcotα；

则该截面面积：

S=

=分别用大写字母A、B、C来代替括号中的常量。

去除的不平衡材料质量可近似认为：

由此分析得出不平衡量值与铣削深度h呈三阶递增函数关系，与铣削角度β呈近似一阶函数关系；另一方面，根据数理知识得出在铣削角度β较小时，铣削深度h变化范围较大；在铣削角度β较大时，铣削深度h变化范围较小。结合以上分析，发现研究铣削角度β较简单可行。

不平衡量去除需要调整铣削角度与铣削深度两个参数，首先可以将一个参数设为不变值（定量），另一个参数为变量。并结合上述数理分析，可先将铣削深度设为不变值（定量），每次调整铣削角度来确定铣削深度的范围。即根据初始不平衡量值从设计图纸参考尺寸表格中查得其去除角度，从而测量得到相应的去除深度范围值。

2.3确定平衡裕度

MTU件号根据设计图纸规定，按MTV490标准平衡要求，在900转/分（最小）的转速下，静态不平衡量不得超过357g·mm（最大），最大初始不平衡量不得超过3571g·mm。考虑到平衡夹具也有略微的不平衡量，因此将最小初始不平衡量压缩至280g·mm。即当在900转/分（最小）的转速下，静态不平衡量在280～3571g·mm范围内需要进行不平衡量去除。

2.4不平衡量数理形态分析

为了修正不平衡量深度去除范围，实验测定收集了20～25组3A1988件号的不平衡量数据。设计图纸参考铣削深度为1.5mm，试验切削范围为1.1～1.4mm，利用两件实验件对不同状态下的不平衡量进行测定的到如下数据：

表1切削深度为1.1mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 428 729 1350 2019 2630 3380

对应角度（°） 9 17 32 48 63 87

去除后不平衡量 196 223 279 378 356 392

是否达到平衡状态 √ √ √ × × ×

表2切削深度为1.2mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 672 1033 1928 2741 3001

对应角度（°） 15 24 46 67 76

去除后不平衡量 115 184 248 377 387

是否达到平衡状态 √ √ √ × ×

表3切削深度为1.3mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 732 991 1435 1896 2324

对应角度（°） 17 23 34 45 55

去除后不平衡量 215 248 267 201 242

是否达到平衡状态 √ √ √ √ √

表4切削深度为1.4mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 496 683 921 1332 2014 2974

对应角度（°） 11 16 21 31 47 75

去除后不平衡量 238 254 268 296 371 358

是否达到平衡状态 √ √ √ × × ×

根据实验数据，将角度值与深度值加入关系图，用√表示达到平衡状态的点，用×表示未达到平衡状态的点。利用前面推算出的深度值与角度值的三阶函数关系以及平衡点与不平衡点，将平衡点用曲线连在一起，得到了3A1988不平衡量近似去除角度与深度的函数关系测绘

图，图中的阴影部分即为达到平衡时的铣削深度范围。

图43A1988不平衡量去除深度修正范围

通过以上分析，可以看出在去除角度较小时，铣削深度范围较宽，随着零件不平衡量的增大，去除角度也逐渐增加，铣削深度范围会变小，符合之前的数理分析。在进行不平衡量工序之前查阅设计图参考尺寸，再利用此实验数据得出不平衡量去除的深度值，将此深度值输入到程序的#101参数中，零件在去除不平衡量工序后一次性达到平衡状态，在实际加工中很大程度上避免了零件再次去不平衡现象。

3结论

通过数理分析、程序编制、函数关系几个方面，摸索出一套准确去除不平衡量的数理分析方法与加工工艺，这种方法可以保证零件一次性去除不平衡量合格，避免第二次上机床加工，最大程度避免了人力、物力的消耗。同时，这种分析方法可以应用到其他相似件号中，对盘类、环类薄壁零件的不平衡量去除提供了思路。

参考文献

[1]张运强．FANUC数控系统宏程序编程方法、技巧与实例[M]．北京：机械工业出版社，2012．

作者简介：孙换凤（1981-），陕西韩城人，西安航空动力股份有限公司工程师，研究方向：工业工程。

endprint

摘要：薄壁环形件在车、铣加工后产生变形，造成静平衡时的超平现象。文章从数理分析、程序编制、函数关系几个方面入手摸索出一套准确去除不平衡量的数理分析方法与加工工艺，这种方法可以按照不平衡数值准确去除不平衡量，保证零件一次性合格，避免反复再上机床加工，供相关人员参考。

关键词：薄壁环形件；不平衡量去除；宏程序；函数图绘制；平衡裕度

中图分类号：P628文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）21-0045-03

不平衡量的去除在薄壁环形零件中得到了越来越多的应用，该道工序是由于薄壁环形件在车铣加工过程中可能出现的变形，通过静平衡工序检查，去除不平衡量以满足设计图不平衡量要求。如采用合理的工艺方法，根据零件静平衡结果一次性准确去除不平衡量，避免再次上机床加工，可以达到优化加工工艺、降低生产成本的目的。

1技术难点分析

根据薄壁环形件去除不平衡量的特点，需要从以下三个方面对环形件不平衡量铣削进行分析：第一，需要利用宏参数编制不平衡量去除程序，该程序要具可调性、通用性的特点；第二，对不平衡量进行分析，得到不平衡量、去除深度、去除角度之间的函数关系；第三，利用极限测量方法，得到平衡裕度范围内的铣削深度值。

MTU件号是公司新承接外贸项目，该型别零件符合薄壁环形件的特点，因此笔者从该项目的代表件号3A1988为入手点对准确去除不平衡量进行了工艺方法研究。

2工艺方法研究

3A1988为MTU项目代表件号，该零件大部分型面厚度均为2～3mm，在车铣加工后产生不规则变形，故每个零件的不平衡量均不同。按照设计图纸要求，在900转/分（最小）的转速下，静态最大不平衡量不超过357g·mm（最大），若零件不平衡量超过这个值时，可通过去除不平衡量的方法将零件加工合格。我们从宏参数程序、不平衡量与去除深度、去除角度之间的函数关系以及准确去除不平衡量的平衡稳定范围几方面对其进行工艺方法研究。

2.1宏程序的编制

由于零件变形的不规则性，每个零件在车铣加工后的不平衡量也不同。造成了不平衡量去除的角度、深度值也都不同。因此，铣不平衡量程序需要具有通用性、可调性的特点。

图1零件不平衡量去除区域

利用机床FANUC或SIEMENS系统的宏参数功能，编制宏程序，这是一种高阶编程方法。同一条宏程序只需调整相关参数，就可以加工相似件号的零件。利用宏参数编程将铣不平衡量程序模板化，以FANUC系统为例说明。

程序说明：

利用宏参数进行编程，可以保证铣不平衡量程序的通用性与可调性：第一，加工不同的件号只需调整相应的外圆半径值（#11）、刀具Z向落刀深度值（#20），两个参数即可进行加工；第二，根据每个零件不同的初始不平衡量，程序中只需调整铣削宽度（#101）、铣削角度（#102）两个参数即可进行加工，无需每次反复编程与调试，程序可靠性强。

2.2不平衡量几何形态分析

对于每次不平衡量的去除，由于单个零件在机加工序结束后的机加尺寸以及变形情况不可能完全相同，则初始不平衡量也不会相同，只能通过调整程序中的铣削宽度与铣削角度两个参数让零件达到允许的平衡状态。设计图纸中对不平衡量的去除提供了参考值，但该参考值为实验室数据，在实际应用中若完全依据此参考值发现与理想状态相差较大，因此需要修正此数据。

图2设计图参考数据

分析影响不平衡量去除中铣削角度和铣削宽度两个参数的函数关系。如下图3所示，由于截面区域小，可以近似将不平衡量去除的截面图形按一个普通梯形

代替。

图3不平衡区域几何形态分析图

首先定义以下几个参数：

变量：铣削深度h（h﹥1）；铣削角度β；

常量：截面上底长度：a；梯形截面底角α；零件外圆半径值R；零件密度：ρ；

则得到梯形截面下底长度b=a+2hcotα；

则该截面面积：

S=

=分别用大写字母A、B、C来代替括号中的常量。

去除的不平衡材料质量可近似认为：

由此分析得出不平衡量值与铣削深度h呈三阶递增函数关系，与铣削角度β呈近似一阶函数关系；另一方面，根据数理知识得出在铣削角度β较小时，铣削深度h变化范围较大；在铣削角度β较大时，铣削深度h变化范围较小。结合以上分析，发现研究铣削角度β较简单可行。

不平衡量去除需要调整铣削角度与铣削深度两个参数，首先可以将一个参数设为不变值（定量），另一个参数为变量。并结合上述数理分析，可先将铣削深度设为不变值（定量），每次调整铣削角度来确定铣削深度的范围。即根据初始不平衡量值从设计图纸参考尺寸表格中查得其去除角度，从而测量得到相应的去除深度范围值。

2.3确定平衡裕度

MTU件号根据设计图纸规定，按MTV490标准平衡要求，在900转/分（最小）的转速下，静态不平衡量不得超过357g·mm（最大），最大初始不平衡量不得超过3571g·mm。考虑到平衡夹具也有略微的不平衡量，因此将最小初始不平衡量压缩至280g·mm。即当在900转/分（最小）的转速下，静态不平衡量在280～3571g·mm范围内需要进行不平衡量去除。

2.4不平衡量数理形态分析

为了修正不平衡量深度去除范围，实验测定收集了20～25组3A1988件号的不平衡量数据。设计图纸参考铣削深度为1.5mm，试验切削范围为1.1～1.4mm，利用两件实验件对不同状态下的不平衡量进行测定的到如下数据：

表1切削深度为1.1mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 428 729 1350 2019 2630 3380

对应角度（°） 9 17 32 48 63 87

去除后不平衡量 196 223 279 378 356 392

是否达到平衡状态 √ √ √ × × ×

表2切削深度为1.2mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 672 1033 1928 2741 3001

对应角度（°） 15 24 46 67 76

去除后不平衡量 115 184 248 377 387

是否达到平衡状态 √ √ √ × ×

表3切削深度为1.3mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 732 991 1435 1896 2324

对应角度（°） 17 23 34 45 55

去除后不平衡量 215 248 267 201 242

是否达到平衡状态 √ √ √ √ √

表4切削深度为1.4mm下的不平衡量去除情况

初始不平衡量（g·mm） 496 683 921 1332 2014 2974

对应角度（°） 11 16 21 31 47 75

去除后不平衡量 238 254 268 296 371 358

是否达到平衡状态 √ √ √ × × ×

根据实验数据，将角度值与深度值加入关系图，用√表示达到平衡状态的点，用×表示未达到平衡状态的点。利用前面推算出的深度值与角度值的三阶函数关系以及平衡点与不平衡点，将平衡点用曲线连在一起，得到了3A1988不平衡量近似去除角度与深度的函数关系测绘

图，图中的阴影部分即为达到平衡时的铣削深度范围。

图43A1988不平衡量去除深度修正范围

通过以上分析，可以看出在去除角度较小时，铣削深度范围较宽，随着零件不平衡量的增大，去除角度也逐渐增加，铣削深度范围会变小，符合之前的数理分析。在进行不平衡量工序之前查阅设计图参考尺寸，再利用此实验数据得出不平衡量去除的深度值，将此深度值输入到程序的#101参数中，零件在去除不平衡量工序后一次性达到平衡状态，在实际加工中很大程度上避免了零件再次去不平衡现象。

3结论

通过数理分析、程序编制、函数关系几个方面，摸索出一套准确去除不平衡量的数理分析方法与加工工艺，这种方法可以保证零件一次性去除不平衡量合格，避免第二次上机床加工，最大程度避免了人力、物力的消耗。同时，这种分析方法可以应用到其他相似件号中，对盘类、环类薄壁零件的不平衡量去除提供了思路。

参考文献

[1]张运强．FANUC数控系统宏程序编程方法、技巧与实例[M]．北京：机械工业出版社，2012．

作者简介：孙换凤（1981-），陕西韩城人，西安航空动力股份有限公司工程师，研究方向：工业工程。

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