基于精益生產的異形零件的加工工藝研究

基于精益生產的異形零件的加工工藝研究

在本研究中，測量和確定與流量測試相關的零件的流量，并使用等直徑入口段、收縮段、脈和散射段來確定流量。這是先收后縮的管道，首先測量其入口段和最小段之間的壓力差，然后使用bo努利公式來計算流量。目前在航空航天產品、船舶、熱電、電力等領域應用廣泛。具備對流體產生的阻力小，壓差大、精度高、測量范圍寬，穩(wěn)定性好、有平滑的壓差等特性。異形零件屬于典型的薄壁鋁合金零件，腔體壁厚為2mm，材料切除率高達80%以上,在加工過程中極易產生變形,且在殘余應力作用下零件很容易發(fā)生整體的彎、扭以及翹曲變形。前期整體加工驗證采用五軸數(shù)控機床完成，為對提升核心零件加工能力的整體要求，五軸整體加工周期較長，機床占用率較高。經研究改變了零件加工方案，在加工方法上進行創(chuàng)新，利用四軸數(shù)控編程技術代替原有的五軸加工，對三軸數(shù)控加工中心進行了改造升級成為四軸聯(lián)動機床，結合多臺數(shù)控車床設備將零件的加工工序進行分解，依據(jù)分解工序建立精益單元加工工位，按照精益單元的生產模式進行節(jié)拍式、動態(tài)加工和管理，形成異形零件流水加工生產線。與傳統(tǒng)的五軸加工過程相比較，以小批10件加工模式為例效率提升75%左右。其中異形零件精益單元加工過程的關鍵技術、難點問題集中在四軸曲面加工，異型零件腔體外表分布著形狀各異的支柱接口，其尺寸精度、外觀表面要求較高。同時四軸數(shù)控機床與五軸數(shù)控機床相比，機床的結構、運動特性發(fā)生改變，導致四軸機床刀具擺動、工作臺旋轉受限，編程難度增加。1氣體流量壓力檢測異形零件作為流量溫度傳感器的一部分，零件包含曲面、異形槽、異形安裝座、圓周分布的聯(lián)接螺柱和安裝孔、高低壓接口等特征。結構特點如圖1所示。(1)高、低壓管接口異形零件外形曲面上分布著高、低壓管接口，由于氣流從等直徑入口段進入，經過孔徑收縮變小、吼道階段過渡，氣體通過吼道的速度越大，產生的氣體流量壓力越小。相反經過孔徑擴張變大，吼道階段過渡，氣體通過吼道的速度越小，產生的氣體流量壓力越大。(2)固定安裝支柱高壓區(qū)、低壓區(qū)各一個固定安裝支柱，結構尺寸一致，中心位置進行保險孔位加工，起到固定配合部件的作用。(3)感溫部件接口接口尺寸與感溫部件連接，內孔進行螺紋加工，支柱高度及螺紋深度與感溫部件結構相關，且在感溫部件接口側后方45°位置有保險孔位加工。起到固定配合部件的作用。(4)密封接口密封接口分為入口端和出口端，且均與密封圈連接，加工尺寸精度要求較高，確保氣體流量在入口端、出口端無泄漏現(xiàn)象，否則會對內腔氣體流量壓力產生失壓現(xiàn)象，導致高、低壓管接口輸出端氣流壓力不準確。(5)上、下蓋板安裝槽異形零件正反面平臺內側均勻分布U型槽，局部位置與焊接支柱連接，通過焊接加工工藝方法固定，成型后螺釘擰緊上、下蓋板零件，封閉與文丘里管連接的零部件及其它測試產品。2軸數(shù)控銑加工工藝路線本研究涉及到的異形零件在加工過程中按照先粗后精，先內后外，先關鍵基準后其他的原則，以內孔中心軸線作為各工序的基準，減少加工過程中定位基準變換。加工工藝方法分為普車粗加工，數(shù)控車加工型腔內孔及輪廓外形曲面，四軸數(shù)控銑加工外形曲面及分布的支柱接口，工藝路線劃分為：5工序備料→10工序車加工→15工序數(shù)控車→20工序數(shù)控車→25工序數(shù)控車→30工序數(shù)控銑→35工序數(shù)控銑→40工序數(shù)控銑→45工序數(shù)控車→50工序數(shù)控車→55工序鉗工→60工序洗滌→65工序檢驗，加工過程示意如圖2所示。精益單元加工中涉及到普通車床、數(shù)控車床CS200/66、數(shù)控車床CS150、數(shù)控車床CS200、立式四軸數(shù)控加工中心共5種設備。并創(chuàng)建工位動態(tài)流程如圖3所示，共計劃分6個工位，工位1為普車加工、工位2至工位4為數(shù)控車加工，三臺設備完成5道數(shù)控車加工工序，工位5為四軸數(shù)控曲面加工，工位6為鉗工螺紋加工等。單工序工位間以節(jié)拍間隔3小時開展流水加工。3裝夾方式及芯軸定位針對異形零件外形曲面分布的支柱接口特征，采用四軸數(shù)控編程方法加工，利用CATIA-CAM數(shù)控編程軟件進行前置處理程序編制，在試驗件加工過程中對零件的外形結構難點分析見表1內容：四軸數(shù)控銑加工過程裝夾方式采用芯軸定位，芯軸夾緊在旋轉工作臺上，由A軸旋轉帶動零件在加工過程中與主軸發(fā)生聯(lián)動。芯軸的定位基準參考零件回轉中心軸線，依據(jù)異形零件內腔結構及尺寸公差要求，確定芯軸工作面與異形零件內壁貼合良好保持圓跳動≤0.01，同軸度≤0.02。在功能方面芯軸通過靜摩擦力提供扭矩，保證切削加工穩(wěn)定性；芯軸提供徑向支撐力，避免切削力引起異形零件薄壁處變形。同時芯軸工作面粗糙度要在R將零件模型導入CATIA-CAM加工環(huán)境后，進入多軸數(shù)控加工操作界面。首先設置機床結構、加工坐標原點、零件幾何體、毛坯幾何體、加工安全平面4在整體上設置以veicut仿真模擬機床為依托的機床驗證異形零件在四軸數(shù)控機床實際加工前增加了仿真模擬技術，利用VERICUT仿真軟件對數(shù)控加工過程進行模擬，此過程可以消除數(shù)控程序中的錯誤，如切傷工件、過切、欠切、機床碰撞、刀具干涉等，還可以減少實際切削驗證，提高加工效率，改善工件質量，降低生產成本。目前隨著數(shù)控加工技術的發(fā)展，數(shù)控仿真技術的應用十分重要，仿真模擬加工過程可以確保數(shù)控程序的正確性和合理性參考四軸數(shù)控機床的結構特點和運動特性,創(chuàng)建機床后置處理轉換程序,將CATIA-CAM數(shù)控程序前置處理刀位文件轉換成機床能夠執(zhí)行的NC數(shù)控程序,再導入VERICUT仿真模擬軟件中進行驗證。打開VERICUT仿真軟件，需要在新建項目樹環(huán)境中進行設置，單一工位自定義命名可驗證一道數(shù)控程序。首先設置數(shù)控機床，數(shù)控機床設置包括機床控制系統(tǒng)，機床的結構和運動方式，行程極限與碰撞設置等參數(shù)，在VERICUT仿真軟件中系統(tǒng)默認若干個可以直接選用的類似機床控制系統(tǒng)。機床結構要與實際加工四軸數(shù)控設備保持一致，若VERICUT軟件中系統(tǒng)默認的機床結構不符合要求，需要重新創(chuàng)建機床機構，設置X軸、Y軸、Z軸、A軸旋轉、刀具軸、工作臺及裝夾、需要加工的毛坯零件，并設置運動方式將主軸連接起來，形成虛擬的運動機床結構，將需要驗證加工的毛坯零件裝夾到工作臺面上裝夾固定。然后在項目樹中設置加工坐標系，此加工原點要與CATIA-CAM中數(shù)控編程加工的坐標原點保持一致，參考轉換執(zhí)行的NC數(shù)控程序進行坐標系偏置，在設置完成的加工坐標系右鍵增加偏置坐標系設置，其中Fanuc和Siemens控制系統(tǒng)需要在寄存器中輸入G54～G59指令。再將數(shù)控程序中需要的刀具添加到項目樹中的刀具庫中，刀具使用順序與數(shù)控程序保持一致，并調整刀具補償設置對刀點ID序號與刀具順序號相同。最后將需要驗證的NC數(shù)控程序導入到項目樹中，進行驗證加工。項目樹結構、模擬加工后三維動態(tài)顯示如圖6所示。將VERICUT仿真驗證的數(shù)控程序導入四軸數(shù)控機床，裝夾好毛坯零件，設置好加工原點，刀具補償參數(shù)實際加工驗證數(shù)控程序。通過精益生產的加工過程對此類異形零件加工驗證，實現(xiàn)了加工工藝合理化、數(shù)控程序最優(yōu)化，工裝夾具通用化。也為其它類型零件加工積累經驗。5數(shù)控模擬驗證異形零件作為流量溫度傳感器產品的核心零件，整個加工過程難點問題主要集中在外形曲面、