袁 琪

湖北职业技术学院机电工程学院，湖北孝感 432000

由于某航空厂数控加工中心在加工环型零件第50 和60 工序时，无法达到加工精度要求，而采用人工换刀加工。通过对现场进行调研和现场铣削试验，确定出影响环型零件加工精度的主要因素，并提出相应的解决方案。

1 原因分析

该航空零件为燃气机燃烧室单元体的主要部分，零件材料为高温合金钢。其第50 和60 工序中最重要的工步尺寸为大小弧段和两侧边的上下槽，且最小加工尺寸精度为。

图1 环型零件的实体模型

如图1 所示为零件的三维实体模型，其结构为框架结构，，在受到较大铣削力作用下容易发生变形，基于此将工件弹性变形作为影响加工精度的主要因素。运用UG 软件进行零件的三维造型[1]，将零件实体转换成ANSYS 能够识别的文件格式导入，并对工件进行有限元分析[2]。由于软件的后处理功能所得的X、Y 向的最大位移量都很小可忽略掉，故不将工件的弹性变形列为影响零件加工精度的主要因素。

通过现场铣削实验了解到在铣削内外轮廓中铣削余量较多，而刀具材料为M42，在受到较大铣削力的作用，易出现刀具磨损现象。基于此将刀具磨损作为影响加工精度的又一主要因素。针对刀具半径的磨损监测，采用声发射法[3]，通过对实验采集的AE 信号进行移频小波包的特征值提取+，结合BP 神经网络[5]，建立刀具磨损监测预报模型。通过建立刀具磨损监测预报模型，对训练样本和验证样本的数据进行分析，其训练样本的最大误差为±0.0005mm，验证样本的最大误差为±0.0009mm。而该环型零件的最小加工尺寸精度为，均满足误差精度要求，故对零件加工精度的影响可忽略掉。

通过前期的调研了解到，由于铣削零件的环型槽其Z 方向的误差精度不能满足加工精度要求，而且该厂16 台数控铣床自99 年投入生产，一直都未彻底检修，基于此将机床误差作为影响加工精度的又一主要因素。结合零件的加工工况，只考虑机床的几何误差对加工精度的影响。

2 解决方法

实验方案：

本次实验是将两把铣刀分别装入刀库和机床主轴，采用自动换刀和手动换刀来测量其Z 方向的定位误差。首先用铣床压板将工件紧固在工作台上，以工件的上表面为定位基准，沿Z 方向下降10mm，用手工对刀的方式将工件的一个侧槽铣削出来，并以侧槽的下表面为定位基准，沿Z 方向下降10mm，依次铣出第二、第三个槽。由于零件四周均布环型槽，运用自动换刀的方式，以工件的上表面作为定位基准，以第一个槽等高度的其它三个方向依次铣削出第四、第五、第六个槽。然后采用自动换刀的方式，相对于前三个槽沿Z 方向下降10mm，按照上述方法，以各个槽的下表面为定位基准依次铣削出第七、第八、第九个槽。最后还是采用自动换刀的方式，相对于前三个槽沿Z 方向再下降10mm，以各个槽的下表面为定位基准依次铣削出第十、第十一、第十二个槽，如图2 所示。

图2 实验方案示意图

试切实验完成后，利用杠杆千分尺，以第一个槽的下表面为基准，依次测量从第一个槽至各个槽的高度差。测量所得Z方向定位误差如表1 所示。

由Z 方向定位误差可知，在采用手动换刀对零件进行铣槽加工时其最大定位误差为0.07mm。而采用自动换刀对零件进行铣槽加工时，其最大定位误差为1.04mm。由于零件的最小加工尺寸精度为，根据试切实验测得的数据可知自动换刀加工过程中其Z 方向定位误差是影响零件加工精度的主要因素。

表1 Z 方向定位误差

由于机床Z 方向的定位误差值呈现不规则变化，为了保证零件加工精度的要求，应采取如下措施即：在修磨机床主轴和检修实验设备的同时，每次铣削加工前，通过杠杆千分尺测量出装刀后的Z 方向定位误差，将上述误差值以刀补的形式添加到相应程序段中。并运用宏程序对零件可以串编的程序进行调用，真正实现了自动换刀加工。

3 结论

通过对工件的弹性变形、刀具磨损、机床误差进行分析，结合铣槽实验所测得的Z 方向定位误差，确定出机床误差是影响零件加工精度的主要因素。为了保证零件的加工精度，在修磨机床主轴和检修实验设备的同时，每次铣削加工前，通过杠杆千分尺测量出装刀后的Z 方向定位误差，将上述误差值以刀补的形式添加到相应程序段中。并运用宏程序对零件可以串编的程序进行调用，真正实现自动换刀加工，极大地提高了工厂的生产效率。

[1]闫伍平，黄成.中文版UG NX8.0 技术大全[M].北京:人民邮电出版社，2013:104-367.

[2]李黎明.ANSYS有限元分析实用教程[M].北京:清华大学出版社，2005.

[3]余峰浩.刀具磨损、破损的声发射监控法的研究[J].机电工程技术，2005，34(9):72-74.

[4]路勇.加工工况信息远程监测与刀具磨损识别技术的研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2000.

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