某肋框零件的外观工艺质量提升实践

01序言公司车间五轴机床在联动摆角加工某肋框零件时，加工后的外形曲面存在多处刀痕、摆纹等质量问题，虽在检验公差范围内，但外观质感较差，客户拒收，影响零件交付。现综合分析问题所在，提出外观工艺优化方案，并进行实际的试切对比试验，最后进行工艺性技术总结和推广应用，从而彻底解决上述质量问题，大幅提升零件的外观质感，满足客户需求和零件交付时间。02零件的结构与工艺分析某肋框零件结构如图1所示。零件来料为7050-T7451，整体结构并不复杂，加工刚性良好，中间含腰形孔，外形和腹板最小壁厚1.5mm，且外形曲面存在开闭角结构，属于典型的五轴薄壁肋框零件。图1肋框零件结构整体工艺搭接方案如图2所示。由于零件加工刚性尚可且存在开闭角外形曲面，所以零件整体工艺安排为五轴数控加工，搭接采用两端连接块相连、“两孔一面”的定位方式。另外，连接块两端需避开零件转角，以便粗加工时及时去除转角毛坯，方便后续转角外形曲面的铣削加工。图2整体工艺搭接方案03解决方案与试切根据工艺编制经验，零件外形曲面的加工需要由五轴数控机床的摆角行切来完成。五轴数控机床的行切加工主要有两种方式：一是定角行切，二是摆角行切。结合实际零件外形曲面上出现的刀痕、摆纹等问题，判断原工艺方案采取的方式为摆角行切。这是因为定角行切时，铣刀底角行切加工，机床刀头始终为固定的角度，加工过程中机床主轴头不会随着零件外形曲面的波动而摆动，铣刀角度固定不变，故而采用定角行切的方式加工出来的零件外形不会出现轴向的刀痕或摆纹等外观质量问题。综上，现针对五轴联动时摆角行切的方式，给出以下两种外观工艺优化的解决方案，并进行对应方案的试切对比试验。3.1方案一：参数设置及加工模式的选择联动摆角加工时机床主轴头会随着零件外形曲面的波动而时时变化，以一个合适的角度进行铣削加工，加工过程中的实际切削为铣刀侧齿加工，这也是与定角行切的主要区别之一，在设置时需要选择合适的分层加工模式。当联动摆角加工时，分层方式应选为“Byoffset”；定角行切时，则分层方式为“Bythickness”。另外，设置“Leavefanningdistance”和“Approachfanningdistance”值时进退适应距离应尽量大，以便均匀进退，实操中可设置为500mm。方案一试切对比试验结果如图3所示。由试切结果可知，相比于①号初始问题件，试切后的②号零件左端外形曲面得到改善，但其右端外形曲面的优化仅依靠方案一还无法完成，并没有得到如左端外形曲面一样的改善结果。a）左端外形曲面b）右端外形曲面图3

方案一试切对比试验结果3.2方案二：分段编程工艺程序未拆分前的程序刀轨路径如图4所示。显然，初始程序刀轨为1#曲面到2#曲面的整体加工编制模式，刀轨路径中存在明显摆角，从而造成五轴联动加工时零件表面出现刀痕以及轴向摆纹等。图4工艺程序未拆分前的程序刀轨路径图5、图6分别为图4对应的刀轨拆分后的编程路径。当外形曲面整体编制拆分为每个曲面的独立编程时，显然刀轴方向在铣削加工过程中不会出现跳跃性突变，刀轨路径均匀，刀轴方向固定，铣削出来的外形曲面均匀柔和，表面质量优异，从而解决了刀痕、摆纹等外观工艺质量问题。图51#曲面拆分后的程序路径图62#曲面拆分后的程序路径方案二试切对比试验结果如图7所示。由试切结果可知，相比于初始①号件和试切②号件，试切后的③号零件左、右端外形曲面均得到改善，零件表面光泽度好，外观质量优异，并没有再出现刀痕、摆纹等工艺质量问题。整个肋框零件的外观工艺试切试验结果对比如图8所示，其在一定程度上集中展示了此次肋框零件工艺方案优化的整个过程和取得的结果。不难发现，③号试切件对应的优化工艺方案最为优异，加工出来的零件表面质量最好，是理想的工艺方案。a）左端外形曲面b）右端外形曲面图7

方案二试切对比试验结果04结束语通过上述肋框零件的外观工艺方案的优化改进，将③号试切件对应的工艺优化方案应用到公司车间进行批量生产