某内环前段零件铣加工提效

吴宏春 马信宇 邓旬 李娜

摘  要：该次攻关针对燃烧室机匣工段加工的某内环前段零件数控铣加工进行了加工方案的系统分析、优化与改进，大幅缩短了数控铣加工时间。提高铣加工工序的数控加工效率是实现全工序数控加工的先决条件，主要通过加工方案优化、加工程序改进、加工参数调整等方向进行改进，将某内环前段零件铣加工工序数控加工时间由原10 h缩短至6 h以内，达到了预期提效效果。

关键词：加工提效;铣加工提效;程序优化

中图分类号：TG54                   文献标志码：A

0 引言

实现全数控加工是行业发展的必然趋势，也是现代工厂发展的必然趋势，而某内环前段零件铣加工工序由普通设备转为数控设备加工后，加工效率较低，设备能力不足，无法按时完成生产任务。

1 项目概述

以某内环前段零件的铣加工工序为研究对象，总结出提高数控铣加工效率的方法，通过相关改进措施，达到攻关目标。

2 立项原因

某内环前段为机匣厂燃烧室机匣工段主要零件，目前单台加工周期约为一个月。其中NO.32、45、50、55工序为该零件叶型端面及内孔安装座主要铣加工工序，均在四坐标卧式加工中心上进行，单台铣加工时间约9 h～10 h，且受零件铸造状态影响余量较大，实际零件生产占机时间较长，工厂设备产能不足，亟需加工提效。

3 提效方案

3.1 铣加工工序加工现状分析

首先对该零件各铣加工工序以及加工现状进行分析，包括原各工序加工时间、各工序加工内容、各工序加工方案，寻找制约加工效率的瓶颈问题。

（1）铣加工飞边及铣平面工序加工内容、走刀次数均较少，提升空间有限。

（2）铣叶片槽端面工序加工内容较多，余量较大，现加工时间较长，存在较大提升空间。

（3）铣小平面工序加工时间占所有铣加工时间46%，需重点进行改善提升。

（4）铣叶片槽端面工序沿圆周方向加工共计15处叶片槽端面，采用走点位方式加工，时间较长，可尝试进行转A加工。

（5）铣小平面工序需操作者手动调整Z值进行加工，存在质量风险，可进行改进，同时兼顾效率提升。

3.2 NO.32铣加工飞边工序

该工序原加工方案采用φ10合金铣刀，利用底刃加工、沿圆周方向走刀去除零件15处车加工残余飞边，加工时间约70 min/件。通过观察零件实际情况及程序加工运行状态，该处加工余量较小，可通过增大刀具直径增强加工稳定性，减小切削距离，提高效率;结合仿真分析报告可见非切削距离占比较大，非切削时间较长，实际空走刀较多，存在较大改进空间。

对走刀路径进行划分，区分出切削、进刀、退刀程序段，并对相应程序段单独进行进给F赋值，加工时间进一步缩短至45 min/件，不影响加工质量的前提下，加工效率有较大幅度提升。最终，本工序通过优化进退刀速度，达到提效目的，加工时间由70 min/件降低至45 min/件。

3.3 NO.45铣平面工序

该工序原加工方案采用φ10合金铣刀，利用侧刃加工、沿圆周方向走刀铣加工11处小叶翅内平面。采用轮廓编程，加工余量2 mm，需3-4次走刀，加工时间60 min/件。通过观察零件实际情况及程序加工运行状态，加工内容较少，路径较规则;结合仿真分析報告可见，非切削距离占比较大，因此可参照上工序改进方法，从加工参数以及进退刀安全距离设置等方面进行细微优化。结合该工序加工内容及数控程序，借鉴上工序提效方案，对加工程序走刀路径进行划分，区分出切削、进刀、退刀程序段，并结合相应程序段单独给定进给F值;在保证零件质量的前提下，对进刀、退刀的安全距离进行合理优化。经现场加工验证，加工时间由60min/件缩短至50 min/件。最终，本工序通过缩短安全距离、优化进退刀速度2个方面，达到提效目的，加工时间由60 min/件降低至50 min/件。

3.4 NO.50铣叶片槽端面工序

该工序主要加工内容为15处叶片槽端面，其中4处大叶片槽使用φ16R8球铣刀加工，11处小叶片槽使用φ10R5球铣刀加工，加工时间约为180 min。从仿真分析报告可见，切削距离占比较小，可通过改进非切削时间达到提效目的。经观察零件实际加工情况及程序运行状态，发现程序均采用圆弧进退刀，且设置较大安全距离，采用G01慢速进给，但实际该过程并未参与切削，浪费大量空走刀时间，约占总体加工时间40%。

对每个叶片槽加工后的抬刀距离进行优化，由35 mm减少至18 mm;同时对进给参数进行调整，由30 mm/min提升至50 mm/min。经验证，加工时间进一步缩短至93 min。最终，该工序通过缩短安全距离、改进进退刀路线、和优化加工参数3个方面，达到提效目的，加工时间由180 min/件降低至93 min/件。

3.5 NO.55铣小平面工序

该工序主要加工内容为4处内平面凸台，采用立式加工中心、使用T型铣刀、结合刀具宽度进行分层加工，加工过程需要手动调整Z值、重复运行程序进行，效率较低，约为260 min/件，且受人为影响存在一定质量隐患。可从加工方法、刀具选择、路径优化、参数优化等方面对程序进行优化。

取消原去余量及清根程序，直接使用T型铣刀采用分层方式加工。考虑循环次数影响，不再使用合金刀具，改用厚度为14的φ40T型铣刀，将循环次数由4次降低至3次，同时对进退刀距离以及进给F值进行优化，缩短非切削时间。

此方案经过现场加工验证，由于循环程序的编制以及走刀路线、参数的优化，加工时间由改进前的260 min/件降低至约200 min/件。同时经过操作者反馈，T型铣刀刀杆存在干涉现象，加工时需注意观察，影响加工效率。

分析前一次改进，由于刀具存在干涉问题，导致存在相关质量风险及影响加工效率，因此更换加工刀具，将T型铣刀直径由φ40更换为φ70，解决刀杆干涉问题，在原基础上进一步提高加工效率。

经过现场加工验证，由于刀具直径的改进以及分层方式的改良，加工时间由200 min/件进一步降低至156 min/件，效率提升明显。

最终，通过改进加工方案、选择合适刀具2个方面，达到提效目的，加工时间由260 min/件降低至156 min/件。

3.6 其他方面提效

3.6.1 设备转产

针对NO.32及NO.50工序进行相应设备转产，由立式四坐标加工设备转产至卧式加工中心。利用刀具侧刃代替底刃加工飞边及铣叶片槽，对加工时间及刀具成本均有较大程度的降低，经过加工验证分别缩短加工时间至35 min/件和70 min/件。

3.6.2 工装改进

对立式四坐标加工设备用组合夹具进行改进，仅需倒压板一次就可完成4道铣加工工序的加工，节省夹具及零件装夹找正时间30 min/件。

4 结语

该次攻关，经过不断地摸索试验，通过改进刀具、完善铣加工方案、优化非切削距离以及提高非切削移动速度等手段，成功完成某内环前段铣加工提效试验。从现场零件验证加工周期统计来看，零件单台铣加工时间由原来的570 min缩减至344 min，单台加工时间减少226 min，达到攻关目标，机床占用率大幅降低。

参考文献

[1]张景利，何耿皇，李文涛.大型锻造件筒节切削加工性及提高切削效率措施[J].机械工程师，2010（5）：139-141.

[2]段团和.动态刀具补偿功能在数控铣削编程中的应用[J].模具技术，2018（1）：60-63.