何佳春  王力磊

（深圳市富力达工业有限公司  深圳市 438000）

摘要：随着航空航天的高速发展，航空零件的制造和加工需求量也越来越大，由于航空零件有着复杂的结构和高精密度的特殊要求，对生产制造中也提出了极高要求。针对飞机某部件的数控加工，采用特殊的工艺路线和装夹方法，对夹具进行重新的设计，使其能够满足批量制造和生产，同时可以有效的降低零件的制造难度和加工精度，大大的提升产品的加工效率和质量，能够有效的解决零件在加工过程中出现的变形、加工质量差、尺寸不达标等常见的问题，为同类材料和零件加工提供有效可行的技术加工方案和工艺参数。

关键词：数控加工工艺；航空件；工艺改进方法；效果验证

0  引言

本款航空件对材料的要求比较高，主要用于飞机的核心部件，要求零件具备抗变形、抗氧化、强度高、耐腐蚀、轻量化等核心指标，其结构较为复杂，一般采用传统的平口虎钳进行装夹，但此种装夹方法调试难度高，且重复定位进度差，生产效率低下，且不能够满足批量生产的要求，基于以上的原因，需要在之前的传统工艺基础之上进行改进，首先要改进工艺参数和加工策略，其次是选择合适的刀具和材料，最后要设计一套优良的夹具，满足变形低、批量性好的要求。

1  工艺难点分析

本款飞机配件由于客户对精度的要求，其尺寸合格率及质量合格率只有53%左右，如图1所示，由于是批量性加工，没有采用专业的夹具，造成生产效率低下，主要是由于产品的结构比较复杂，有较多的侧孔和装夹。

图1 零件实物图

图2  零件3D图

1.1  工艺分析

零件的尺寸公差等级为4IT-6IT，其毛坯尺寸为长条形，需要加工的面多达5个，装夹次数较多，容易引起重复定位精度差，其中3个面有螺纹孔和台阶，其台阶处不能有接刀的痕迹产生，表面质量和光洁度为Ra3.2，最后做喷砂处理，如图3所示。

图3 零件图

1.2  工艺要求

此款零件用在飞机中，要求轻量化的材料，零件总长302.4 mm，薄壁结构较多，使用平口钳装夹有很多局限性，在加工中需要防止零件的变形和弯曲，所有的螺纹孔需要满足要求。并且后续需要进行批量化生产，要求零件的精度和质量一致性好。

1.3  材料选择

根据客户的要求和零件的使用场景在表1中的材料经过对比之后，选择了航空铝7075作为加工材料。

由于航空铝7075有着优异的加工性能以及密度低、强度高等特性，符合产品的要求，所以在众多的材料里选用这款材料作为产品的加工材料。

2  工艺方案设计

2.1  旧工艺方案

图4  平口钳装夹

改进之前的工艺主要再用三轴数控铣床加平口钳进行装夹，如图4所示，先加工出6个面，再选取一个基准面进行加工，然后再依次加工其他的四个面和孔的结构，最终做出产品，每一次加工都需要进行校正，在装夹时，为防止钳口锁紧工件变形，还需要技术人员调整装夹位置。

图5 专用夹具

2.2  新工艺方案

新工艺采用专用夹具加3+2的数控铣床，并设计专用的夹具，如图5所示；采用专用工装进行装夹，设计多个防呆结构，零件只需要放入夹具中进行锁紧，上机用百分表进行校正和对刀，并采用二次装夹，分动头进行旋转，加工其他的侧孔，即可进行快速的加工，提升加工效率和定位精度，达到批量化生产，如图6所示。

图6 3+2轴数控机床装夹方法

2.3   工艺方案对比

新旧的二种工艺存在着很大的差异，新工艺相对于旧工艺而言，不仅提升了生产效率，还提升了产品的精度和质量，旧工艺对调机人员的技术要求较高，具体如表2所示。

3  工艺改进方法

3.1  工艺路线

（1）CNC加工程序优化，在之前旧的加工工艺之上进行加工程序的优化，一是减少空刀行程，粗加工部分提高进给率，二是对于之前不合理的刀路进行改进，优化加工顺序；三是减少粗精加工工序，改成粗加工、半精加工和精加工，提升加工效率。

3.2  工艺分析

采用了改进后的工艺，在机床、装夹方法和程序上都进行了较大的优化，新工艺完全能够满足零件的精度要求，专业的夹具还能够满足大批量、快速转型号的要求，对于批量化生产能够快速的提升效率和交付质量。

4  效果验证

通过优化刀具加工工艺和参数，再到专业夹具的设计和开发，旧工艺和新工艺的对比，记录加工过程和结果数据，包括夹具的安装和调试时间、加工精度，加工时间和加工质量等，对实验数据进行统计分析。

（1）加工精度对比：经过三坐标测量，零件的关键尺寸在精度的控制上有了较好的提升，见表3所示；

（2）加工效率对比：由于改进之后使用了3+2的数控机床，一次性装夹，大大提升的装夹和调机的时间，使得生产效率有大幅度的提升，见表4所示；

（3）产品合格率对比：经过400件成品的批量加工和交付对比数据来看，改进之前的良品合格率（除去其他因素）为95.3%，改进之后的良品合格率为99.7%，显著地提升了零件在加工制造中的合格率。

经过实际的加工效果分析，改进之后的工艺，无论是生产效率，还是产品的合格率都有着显著的提升，在保障产品精度的同时，也减轻了技术人员的调机和装夹的时间，节约了时间，直接地节约了生产成本，提升了产品的产出效益。

5  结束语

本文根据航空零件的特性和特点，从材料的选型出发，到工艺路线的改进，再到夹具的设计和应用，确定了航空铝7075为加工材料，针对性研究了次材料的加工特性及难点，以及从批量生产的实际需求出发，对之前的旧工艺进行了改造，设计的专用夹具，优化加工程序和工艺，成功的解决了零件变形、质量不稳定、加工效率低下等一些列难题，经过长时间和大批量生产实践和验证之后，此方案完全能够满足加工要求，显著的提升了产品质量的稳定性和生产效率，大大的降低了零件的不良率，为航空零件的批量加工和夹具设计提供了有效的参考方案。

未来在航空材料和航空零件的加工中将继续深入的进行研究：1、继续在航空上探索新的材料，主要具备轻量化、高强度、易加工和成本低的要求和特性；2、继续在装夹方法和工艺路线上进行创新，设计快速装夹的夹具，提升综合加工性能和加工效率及稳定性，提升零件的加工精度可靠性；3、引入新的AI加工策略，利用AI综合分析加工工艺和加工策略，快速的优化程序和加工方法，将AI人工智能技术融合到智能制造和绿色制造中，大大的提升数控加工领域的生产力，并进行大规模的应用。

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