鎖鍵零件的高效高質加工

夏春和，趙純穎

1. 沈陽飛機工業（集團）有限公司 遼寧沈陽 110850 2. 中航沈飛民用飛機有限責任公司 遼寧沈陽 110850

1 序言

飛機機體表面安裝了大量維護口蓋，用于對飛機內部機載設備進行檢查、維修?？谏w鎖是維護口蓋開啟、閉合的開關，其質量直接關系到維護口蓋使用的便捷性和安全性。圖1所示的HB2-12口蓋鎖是一種用于飛機頻繁開啟的非承力觸發式口蓋鎖，由殼體、鎖鍵、杠桿、壓板、彈簧、軸、襯筒和襯套8部分組成。其中除鎖鍵外的7個部件的加工方法比較成熟，質量穩定，而鎖鍵原材料為工字型材，來料的型腔尺寸公差大，尺寸一致性差，定位裝夾困難，如果依舊采用比較原始的制造方法，則產品的加工效率較低，質量不穩定。

圖1 HB2-12口蓋鎖

2 鎖鍵加工存在的問題

鎖鍵零件材料為LY12-CZ鋁合金型材。零件外形是帶U形槽的雙搖臂結構形式，左右對稱。零件結構尺寸如圖2所示。鎖鍵搖臂與鎖鍵“舌頭”高度不同，采用倒角形式過渡。鎖鍵“舌頭”前端設計為弧面，方便口蓋鎖閉合鎖緊。

圖2 鎖鍵零件結構尺寸

鎖鍵零件原加工工藝流程：材料檢驗→單件下料→鉗工去毛刺→鉗工拋光底面→人工測量分組→銑削一側端面（搖臂）→鉗工去毛刺→銑削另一側端面（搖臂）→銑削上平面→鉗工去毛刺→銑削U形槽口→銑削前端面→鉗工去毛刺→銑削缺口→銑削倒角斜面→鉗工銼修R角、去毛刺→鉗工鉆孔、劃窩→表面處理→成品檢驗→入庫。

加工中存在的問題如下。

1）銑削鎖鍵搖臂兩側端面前，需要先根據型腔實際尺寸人工測量分組，再計算出端面去除量，費時費力，效率低。

2）鎖鍵搖臂兩側端面銑削工序，加工效率較低，對稱度質量稍差。

3）鎖鍵U形槽口對稱度差，兩側余量不均勻，容易產生飛邊殘留。

4）鎖鍵外形加工流程繁冗，加工內容簡單，周轉次數高，操作人員勞動強度大。

3 原因分析

1）鎖鍵原材料XC351工字型材為熱擠壓成形加工，型腔寬度公差比較大，在0.20mm左右，導致鎖鍵搖臂兩側端面的去除量不同。加工前需要根據型腔實際寬度尺寸，人工計算出去除量，再將去除量相同的分在一起。而鎖鍵零件需求數量大，人工測量分組費時、費力，嚴重影響生產進度。

2）鎖鍵搖臂寬度采用兩側端面互為定位基準的方式加工，兩次裝夾銑削，加工方式比較繁瑣，加工效率較低。由于加工采用的定位基準與設計基準不重合，因此加工后兩側搖臂厚度尺寸一致性差，存在明顯的尺寸差異，零件對稱度質量稍差。

3）鎖鍵U形槽口加工工序使用搖臂一側端面作為定位基準，由于定位基準與設計基準不重合，因此U形槽口加工后會存在向一側偏移的現象。而上道工序的搖臂厚度一致性不好，存在尺寸差異，U形槽口銑削后搖臂厚的一側內壁會殘留飛邊。

4）鎖鍵外形采用普通銑床加工，受設備能力、裝夾定位方式限制，一次裝夾僅能加工一個工步，無法實現集成加工更多內容，周轉次數高；另外，由于加工內容簡單，每道工序加工時間短，需要反復快速裝夾，因此操作人員勞動強度增大。

4 高效高質加工措施

針對鎖鍵零件加工中存在的效率和質量問題，從加工流程、裝夾方式、加工設備及方法等幾個方面采取工藝改進措施，實現高效高質加工。

4.1 簡化加工流程

鎖鍵零件原加工工藝流程繁冗，加工內容簡單，加工效率較低，加工質量不穩定。針對這一問題，對工藝流程進行梳理和改進，合并相近工序，集中加工內容。將人工測量分組、銑削一側端面（搖臂）、鉗工去毛刺和銑削另一側端面（搖臂）共4道工序合并成1道工序；將銑削上平面、銑削U形槽口、銑削前端面、銑削缺口和銑削倒角斜面共5道工序合并成1道工序。改進后的工藝流程：材料檢驗→單件下料→鉗工去毛刺→鉗工拋光底面→銑削兩側端面（搖臂）→鉗工去毛刺→銑削外形及U形槽口→鉗工銼修R角、去毛刺→鉗工鉆孔、劃窩→表面處理→成品檢驗→入庫。

4.2 優化裝夾方式

鎖鍵零件加工前人工測量分組、2道工序加工搖臂端面及多道工序加工鎖鍵外形的根本原因，是鎖鍵型材的型腔尺寸公差大、一致性差，不能使用同一個定位基準進行加工。為了解決這些問題，設計了一種新式專用工裝——自定心銑削加工裝置，采用鎖鍵零件對稱中心線作為定位基準。自定心銑削加工裝置內部為螺距相同、螺旋相反的左右螺桿，可以帶動卡爪、夾頭同步向內、向外移動。與零件緊密貼合，即完成夾緊動作，此時零件中心線與兩夾頭中心線重合。由于兩夾頭是同步移動的，兩夾頭無論移動多遠，其中心線位置固定不變，所以夾緊后零件中心線位置為兩夾頭中心線固定位置，夾緊過程即為自動找正中心的過程。銑削兩側端面（搖臂）工序時，夾頭同時向外與型腔內壁緊密貼合并夾緊，工裝如圖3所示；銑削外形及U形槽口工序時，夾頭同時向內與搖臂兩側端面緊密貼合并夾緊，工裝如圖4所示。由于鎖鍵搖臂兩側端面采用自定心工裝加工，因此壁厚尺寸均勻、一致性高，此時搖臂兩側端面的中心線與型腔中心線基本重合。

圖3 銑削兩側端面（搖臂）工序用工裝

圖4 銑削外形及U形槽口工序用工裝

4.3 調整加工設備及方法

鎖鍵采用普通銑床加工，受設備能力、裝夾定位方式限制，僅能逐個工步內容加工，加工效率較低，質量不穩定。隨著新式裝夾定位夾具、數控設備以及復雜結構刀具的廣泛應用，鎖鍵集成加工成為可能。

（1）銑削兩側端面（搖臂）工序 鎖鍵零件搖臂寬度原采用普通立式銑床加工，對搖臂兩側端面分別進行銑削，去除余量大小需要根據型材寬度尺寸、鎖鍵最終寬度尺寸進行計算得出，工作繁瑣、效率低。工藝改進后采用自定心銑削加工裝置，裝置夾頭與鎖鍵型腔內壁接觸，夾緊固定零件。裝夾部位在鎖鍵內部，鎖鍵搖臂兩個加工端面顯露在外側，同時加工兩側端面成為可能。為了降低勞動強度、提升加工效率，使用數控銑床替代原來的普通立式銑床來加工鎖鍵搖臂寬度，一次裝夾下使用φ10mm銑刀完成搖臂兩側端面加工。搖臂兩側端面單面去除余量不大，為0.2～0.4mm，切削力較小，自定心銑削加工裝置夾緊力完全可以支持一次切削走刀加工。選用國產VMC850P數控銑床（見圖5），加工參數：主軸轉速4000r/min，進給量0.2mm/r，背吃刀量11mm，側吃刀量0.3～0.5mm。

圖5 VMC850P數控銑床

（2）銑削外形及U形槽口工序 鎖鍵零件外形各尺寸和U形槽口尺寸使用多個設計基準，需要在普通立式銑床5次裝夾加工，周轉多次，費時費力。工藝改進后采用自定心銑削加工裝置，裝置夾頭與搖臂兩側端面貼合，夾緊固定零件，可以同時加工零件外形和U形槽口。加工過程：首先使用φ10mm-R2mm銑刀加工鎖鍵高度、總長、外形（僅倒角斜面保留0.5mm余量）及U形槽口（保留0.5mm余量），再更換R4mm內R銑刀加工鎖鍵“舌頭”前端圓??；接著使用90°角度銑刀去除倒角斜面余量，使用φ6mm銑刀去除U形槽口余量；最后使用φ2mm銑刀對U形槽口轉接部位做清根處理。由于鎖鍵外形、U形槽口去除余量多，加工切削力較大，自定心銑削加工裝置夾緊力不能支持一次切削走刀加工，因此采用多次走刀形式：鎖鍵外形5次走刀、U形槽口3次走刀。為了不降低加工時間，選用國產S5F高速數控銑床（見圖6），加工參數：數控銑床主軸轉速9000r/min，進給量0.2mm/r，背吃刀量、側吃刀量按需調整。

圖6 S5F高速數控銑床

（3）銑刀的選用 鎖鍵材料為LY12-CZ鋁合金，是可熱處理強化的中等強度的鋁合金，抗拉強度約400MPa，與2024鋁合金、DTD5090鋁合金相近，經固溶熱處理、自然時效或人工時效后，具有較高的強度[1]，主要應用于板材、棒材和型材等。該合金具有良好的塑性成形能力和機械加工性能，可以用于制造飛機結構、鉚釘、載貨汽車輪轂和螺旋槳元件等結構件，是目前制造行業使用較為廣泛的鋁合金之一。

與其他淬硬鋼相比，LY12鋁合金強度和硬度相對較低，塑性小，對刀具磨損小，熱導率較高，切削溫度較低，切削加工性較好，屬于易加工材料，適于高速切削加工[2]。普通高速鋼銑刀高速銑削LY12鋁合金時，銑刀耐磨性稍差，批量零件加工時會影響產品加工表面質量，一般不建議使用。目前加工LY12鋁合金常用硬質合金銑刀和含鋁高速鋼銑刀，一般選用3刃、4刃平底結構。銑刀盡可能選擇較大的前角，切削鋒利，可以有效避免積屑瘤產生[3]；盡量選擇35°～55°的螺旋角，增大排屑槽，使切削更為順暢；含鋁高速鋼銑刀盡量選用排屑槽經過精拋處理的，方便快速排屑。鎖鍵零件外形加工或粗加工時，選擇3刃有涂層的YG硬質合金立銑刀；精加工時，選擇3刃無涂層的YG硬質合金立銑刀（見圖7）；鎖鍵“舌頭”圓角部位加工時，選擇3刃無涂層的YG硬質合金內R銑刀（見圖8）；銑削倒角斜面時，選擇2刃無涂層的YG硬質合金90°角度銑刀（見圖9）。

圖7 立銑刀

圖8 內R銑刀

圖9 90°角度銑刀

5 實施效果

5.1 生產效率和生產周期

加工流程經過優化改進，工序數量由原來的20道縮減為13道。銑削兩側端面（搖臂）工序（1000件）生產時間較改進前減少28.5h，效率較改進前提升58.8%；銑削外形及U形槽口工序（1000件）生產時間較改進前增加2.3h，效率較改進前降低3.7%，這是由于此道工序內容比較復雜，編程準備時間較長。但是從第2批次開始，可以直接調取程序，準備時間可以降低到2h以內，小于改進前準備時間。另外，考慮中間檢驗時間和工序間周轉時間，銑削外形及U形槽口工序改進前后生產時間基本相同。工藝改進前后加工效果對比見表1。

表1 工藝改進前后加工效果對比

5.2 產品質量

鎖鍵零件加工過程經過優化改進，零件對稱度合格率由87%提升到100%，表面粗糙度值Ra也由6.3μm減小到3.2μm，達到精品程度。工藝改進前后產品質量對比見表2。工藝改進前后兩側端面、外形表面質量對比如圖10、圖11所示。

表2 工藝改進前后產品質量對比

圖10 工藝改進前后兩側端面表面質量對比

圖11 工藝改進前后外形表面質量對比

5.3 勞動強度

鎖鍵零件優化流程前，每一道工序加工內容簡單，基本就是一個工步，工序加工時間短暫，不到1min，加工過程基本就是反復快速裝夾虎鉗，操作人員勞動強度比較大。優化流程后，工序加工時間延長，操作人員可以得到短暫的休息時間，緩解疲勞；并且自定心銑削加工裝置使用小規格外六角扳手鎖緊，鎖緊過程也比較容易，操作人員勞動強度下降明顯。

6 結束語

針對鎖鍵零件的高效高質加工進行技術研究，通過優化加工流程，調整裝夾方式，從數控設備、加工方法和切削刀具等多個方面采取改進措施，取得了很好的效果，有效地解決了鎖鍵零件加工過程中生產效率低、質量不穩定問題，縮短了鎖鍵零件的生產周期，具有良好的經濟性和實用性。

專家點評

文章針對鎖鍵零件生產效率低、質量不穩定問題進行原因分析和技術革新，通過優化加工流程，調整裝夾方式，從數控設備、加工方法和切削刀具等多個方面采取工藝改進措施，在數控銑床上應用自定心銑削加工裝置和硬質合金銑刀，集中完成多道工序內容，解決了因鋁合金型材尺寸一致性差而造成的加工問題，并大幅提高了生產效率和產品質量，降低了操作人員勞動強度，具有很好的可操作性和經濟實用性，可在類似型材零件的批量生產中推廣應用。

文章主題明確，論點突出，論證合理，在問題分析和加工措施方面闡述得比較詳細，有一定的創新和見解。