本文摘要：【摘要】本文研究了柔性生產(chǎn)線的基本結(jié)構(gòu)以及加工復(fù)雜殼體時(shí)刀具的選擇及壽命評(píng)估。 關(guān)鍵詞： 柔性生產(chǎn)線 刀具 復(fù)雜殼體 壽命評(píng)估 PCD 1 概述 1.1 項(xiàng)目背景 復(fù)雜殼體類零件是發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)產(chǎn)品的關(guān)鍵零件，復(fù)雜殼體加工技術(shù)經(jīng)過(guò)公司近幾年的發(fā)展，在數(shù)控加
【摘要】本文研究了柔性生產(chǎn)線的基本結(jié)構(gòu)以及加工復(fù)雜殼體時(shí)刀具的選擇及壽命評(píng)估。
關(guān)鍵詞： 柔性生產(chǎn)線 刀具 復(fù)雜殼體 壽命評(píng)估 PCD
1 概述
1.1 項(xiàng)目背景
復(fù)雜殼體類零件是發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)產(chǎn)品的關(guān)鍵零件，復(fù)雜殼體加工技術(shù)經(jīng)過(guò)公司近幾年的發(fā)展，在數(shù)控加工和檢測(cè)計(jì)量方面有了較大的進(jìn)步，但仍還存在加工質(zhì)量不穩(wěn)定、加工效率低等問(wèn)題。殼體類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高，殼體空間油路多，位置尺寸精度要求高。傳統(tǒng)的復(fù)雜殼體加工技術(shù)，大多是采用立式加工中心和銑床等加工殼體孔系，加工工序多達(dá)800多道;由于復(fù)雜殼體的孔系眾多，孔的尺寸精度和位置精度要求高，孔的位置精度難以保證，造成油路孔加工質(zhì)量不穩(wěn)定;零件加工工序長(zhǎng)，零件周轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，加工效率低，加工周期難以控制。而柔性生產(chǎn)線的組件，轉(zhuǎn)變了生產(chǎn)模式、提升零件質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率。
機(jī)械工程評(píng)職知識(shí)：機(jī)械工程論文發(fā)表方法
在航空機(jī)械中，由于減重要求大部分殼體采用的材料均為鑄鋁，特點(diǎn)是加工部位多，工序長(zhǎng)，所需的刀夾量具數(shù)量較多，現(xiàn)通過(guò)理論實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際加工試驗(yàn)分析生產(chǎn)線刀具的有效方案。
2 工序解析
2.1 傳統(tǒng)工藝工序解析
在傳統(tǒng)工藝中，對(duì)復(fù)雜殼體每個(gè)面上的面、孔系和油路進(jìn)行分散加工，由于單體刀庫(kù)裝刀較少造成零件拆卸次數(shù)較多，造成每一件零件刀具對(duì)工藝基準(zhǔn)中心誤差次數(shù)較多質(zhì)量一次性差。
2.2 智能化生產(chǎn)線方案介紹
智能柔性生產(chǎn)線，主要由“一臺(tái)智能數(shù)控計(jì)算機(jī)、一個(gè)智能多層托盤(pán)庫(kù)、兩個(gè)上料站、兩臺(tái)智能臥式加工中心一臺(tái)智能五軸加工中心和三個(gè)智能堆升降機(jī)等”組成。主要功能和原理：智能數(shù)控計(jì)算機(jī)執(zhí)行高級(jí)計(jì)算和控制功能，如人工指令、復(fù)雜控制算法、命令發(fā)送等,通過(guò)人工智能數(shù)控程序,控制復(fù)雜殼體的機(jī)械加工過(guò)程，以充分發(fā)揮自動(dòng)化加工設(shè)備的加工潛力，提高加工效率，具有和外部環(huán)境交互的能力;智能臥式和五軸加工中心以信息物理應(yīng)融合數(shù)據(jù)進(jìn)行端到端連接，配置智能刀具庫(kù)、智能在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和自適應(yīng)控制器，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)柔性加工復(fù)雜殼體，具有一定的自修復(fù)能力，以提高智能機(jī)器運(yùn)行的安全性和可靠性;智能多層托盤(pán)庫(kù)將需要機(jī)加的殼體和夾具等安裝在多層托盤(pán)上，由智能堆垛升降機(jī)根據(jù)智能數(shù)控計(jì)算機(jī)的控制程序，自動(dòng)交換和運(yùn)輸復(fù)雜殼體和夾具到達(dá)需要機(jī)加的工序位，按照不同復(fù)雜殼體的數(shù)控程序要求，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)自動(dòng)化連續(xù)加工，具有開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)，以支持智能柔性生產(chǎn)線的集成和擴(kuò)展。
智能化生產(chǎn)工藝將原來(lái)分工序加工的孔系，油路，斜孔，面由一次裝夾完成，更好的控制了尺寸公差，位置公差和表面質(zhì)量使得零件的一致性得到了極大的提高。
3.智能化生產(chǎn)線大刀具庫(kù)介紹
整個(gè)智能生產(chǎn)線共有三臺(tái)機(jī)床(兩臺(tái)臥式加工中心，一臺(tái)五軸加工中心)，分別編號(hào)為1#機(jī)，2#機(jī)和3#機(jī)，其中3#機(jī)為五軸加工中心，其余兩臺(tái)為臥式加工中心。如圖5所示，1#機(jī)和2#機(jī)在機(jī)床右側(cè)有一處大刀具庫(kù)，該刀具庫(kù)可最多擺放160把不同刀具。3號(hào)機(jī)在機(jī)床左側(cè)有一處大刀庫(kù)，該刀具庫(kù)最多擺放120把不同刀具。
大刀庫(kù)為一個(gè)鏈條式智能旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，含有兩個(gè)換刀臂，每處刀庫(kù)均編有編號(hào)，在每個(gè)刀具位有編號(hào)，用數(shù)控程序控制加工刀具且當(dāng)本工序刀具正在使用時(shí)，大刀具庫(kù)會(huì)根據(jù)程序?qū)⑾碌拦ば蛐枰玫牡毒叻胖迷诨壧�，�?dāng)本工序加工完成完成后，下工序的刀具迅速補(bǔ)上，用完的刀具通過(guò)另一處滑軌回到大刀具庫(kù)的原位上，實(shí)現(xiàn)快速刀具補(bǔ)償，節(jié)省換刀時(shí)間。
4.刀具材料介紹
在機(jī)械加工行業(yè)中，對(duì)切削刀具的材料有極高要求且不同的材料的加工基體選擇不同材料的刀具，在現(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)常用的刀具材料基本分為以下三種：
4.1高速鋼
高速鋼是一種加入了較多鎢、鉬、釩等合金元素具有高硬度、高耐磨性和高耐熱性的工具鋼。有較高的熱穩(wěn)定性，較高的強(qiáng)度、韌性、硬度和耐磨性;其制造工藝簡(jiǎn)單、容易磨成鋒利的切削刃，可鍛造，對(duì)于一些形狀復(fù)雜的成型刀具，齒輪刀具等尤為重要。由于高速鋼的硬度、耐磨性不及硬質(zhì)合金，因此只適于制造中、低速切削的各種刀具。
4.2：硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金由難熔化合物(如：WC、TiC)和金屬粘結(jié)劑(Co)通過(guò)粉末冶金法制成。
因含有大量熔點(diǎn)高、硬度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、熱穩(wěn)定性好的金屬碳化物，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性和耐熱性都很高。硬度可達(dá)HRA89~93，在800~1000°C還能切削，耐用度是高速鋼高幾十倍同時(shí)切削速度也比高速鋼提高了4~10倍。唯抗彎強(qiáng)度較高速鋼低，沖擊韌性差，切削時(shí)不能承受較大的振動(dòng)和沖擊負(fù)荷。
當(dāng)碳化物含量較高時(shí)，硬度高，但抗彎強(qiáng)度低;粘結(jié)劑含量較高時(shí)，抗彎強(qiáng)度高，但硬度相對(duì)較低。
現(xiàn)階段硬質(zhì)合金刀具大量應(yīng)用在數(shù)控機(jī)械加工上，已逐漸取代了高速鋼在機(jī)械加工刀具的市場(chǎng)份額。
4.3 金剛石刀具
金剛石是碳的同素異構(gòu)體，它是自然界發(fā)現(xiàn)的最硬的材料之一。金剛石刀具具有高硬度，高耐磨性和高導(dǎo)熱性能，可實(shí)現(xiàn)高效率、高穩(wěn)定性、長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)，因此金剛石刀具成為現(xiàn)代數(shù)控加工中不可缺少的重要工具。PCD金剛石刀片可以實(shí)現(xiàn)精切削，高粗糙度的加工，PCD金剛石刀片的壽命為硬質(zhì)合金的10~100倍摩擦系數(shù)低加工變形小，可減少切削力，最高可達(dá)0.002~0.008μm，可進(jìn)行超薄切削和超精加工。
PCD金剛石刀具的缺點(diǎn)在于熱穩(wěn)定性較差，切削溫度超過(guò)700°C~800°C時(shí)就會(huì)完全失去其硬度;此外不適合切削黑色金屬，因?yàn)榻饎偸诟邷叵氯菀着c鐵原子產(chǎn)生化學(xué)作用使C元素轉(zhuǎn)化為石墨結(jié)構(gòu)，刀具極易損壞。
上介紹，結(jié)合生產(chǎn)線加工的產(chǎn)品均用鑄鋁且加工時(shí)連續(xù)不斷的的特點(diǎn)，刀具需要有較好的切削性能，保證連續(xù)生產(chǎn)不產(chǎn)生斷刀而影響加工。故在粗加工，粗精加工，精加工時(shí)采用不同材料的刀具來(lái)進(jìn)行加工。
粗加工和粗精加工時(shí)大部分采用硬質(zhì)合金刀具，主要看中其切削強(qiáng)度好，可切削耐磨性及耐用性較高的特點(diǎn)。根據(jù)精加工尺寸余量小，精度高且粗糙度要求高的特點(diǎn)，選用PCD金剛石刀具進(jìn)行加工以保證精加工所要求的精度及粗糙度。
5.特殊刀具樣式選擇
在生產(chǎn)線加工零件時(shí)，通常會(huì)遇到各式各樣不同形狀樣式的加工面，在一些要求特殊或形狀特殊的情況下需要用到組合刀具或者特殊刀具，根據(jù)要求的不同選擇不同的刀具進(jìn)行加工。
按圖8所示，孔和孔在精加工時(shí)設(shè)計(jì)一把組合刀具同時(shí)加工;孔和孔在精加工時(shí)設(shè)計(jì)一把組合刀具同時(shí)加工。好處是一次加工零件可以使零件尺寸，粗糙度及形位公差更加穩(wěn)定，刀具材料選用PCD金剛石涂層刀具使得刀具有較高強(qiáng)度不易磨損。
按圖9所示，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)孔的加工，選擇一種深冷鉆即鉆頭中間可以噴出冷卻液的鉆頭，材料采用硬質(zhì)合金保證連續(xù)加工時(shí)孔的精度，排屑和保證孔的直線度，由于硬度較高在加工鑄鋁時(shí)鉆頭不易斷裂。
6.刀具壽命評(píng)估
根據(jù)實(shí)際情況，現(xiàn)在生產(chǎn)線加工中每10件~15件零件測(cè)量實(shí)際尺寸，按80-20原則，當(dāng)尺寸在公差范圍內(nèi)但超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)差80%外時(shí)連續(xù)測(cè)量3件，當(dāng)3件中有一件依然超過(guò)該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)選擇更換刀具;當(dāng)尺寸以及超過(guò)名義公差時(shí)立刻更換刀具并檢查之前加工的零件是否在合格尺寸范圍內(nèi)。
例：如加工一處Φ23+0.033的孔時(shí)，公差為0.033，當(dāng)加工零件的公差超過(guò)了0.033X0.8=0.0264時(shí)即尺寸在Φ23+0.0264的范圍內(nèi)時(shí)認(rèn)為刀具可以繼續(xù)使用，當(dāng)尺寸在Φ23.0.264~Φ23.033時(shí)持續(xù)更進(jìn)，若后續(xù)三件中出現(xiàn)一件還在此范圍內(nèi)選擇更換刀具消除隱患，若零件尺寸已經(jīng)超過(guò)Φ23.033時(shí)則立即更換刀具并測(cè)量之前加工零件是否合格。
7.結(jié)論
根據(jù)以上分析，介紹了生產(chǎn)線的基本形成，生產(chǎn)線刀架的轉(zhuǎn)換，生產(chǎn)線刀具的選擇及壽命評(píng)估方式。該文的刀具選擇不僅可以用于生產(chǎn)線的加工，在單件加工較多零件時(shí)也可作為參考。柔性生產(chǎn)線已經(jīng)經(jīng)過(guò)了實(shí)際驗(yàn)證，用現(xiàn)行刀具已經(jīng)加工了上百件復(fù)雜殼體均已順利交付。
參考文獻(xiàn)
《殼體智能柔性生產(chǎn)線應(yīng)用研究》。 劉安用
《LGMazak設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)》。 YAMAZAKI MAZAK CORPORATION
《OPERATING MANUAL 操作說(shuō)明書(shū)》。 YAMAZAKI MAZAK CORPORATION
作者：徐旻熹
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