1 序言
X天線零件是某載子系統(tǒng)上的關鍵結構件，采用低剛度、輕量化結構，90%左右的壁厚＜1mm，最薄處僅0.5mm，特征多、精度要求高，材料去除率達97.15%。加工特征多，特別是波導腔精度要求高。在經過第一批次的摸索后，合格率仍不能達到批量生產要求。首批次加工后，合格率為87.59%，達不到量產要求。本文將闡述切削參數(shù)選擇、編程策略選擇及質量管理工具運用等方式，以達到突破加工技術瓶頸，高質量、高效率和低成本的批產化生產要求。
2 結構特點分析
X天線零件是以長寬為551mm×151mm、厚度為0.5mm的薄板為主體，在其上下疊加若干個薄壁方框組合而成，如圖1所示。
圖1 X天線零件剖視
X天線零件屬于典型的深腔薄壁件[1]，其最大壁厚尺寸為0.8±0.05mm，最薄0.5±0.05mm，腔體最深為25.8±0.05mm。波導腔的寬度為60.7±0.05mm，長度為274.2
mm，深度為25.8±0.05mm，壁厚為0.8±0.05mm。波導腔的精度及加工質量直接關系到收發(fā)信號等電訊指標的優(yōu)劣，因此工藝總師要求波導腔精度提升至60.7
mm×274.2
mm。
3 不合格特征調查
對首批次加工的X天線零件進行調查，主要不合格特征有：波導腔寬度尺寸大、定位柱中心距尺寸小、扼流槽側壁變形大及平面度值大等，統(tǒng)計結果并繪制排列圖（見圖2）。
圖2 不合格特征排列
由圖2可知，“波導腔寬度尺寸大”占比高達80.60%，是造成X天線零件數(shù)控銑削一次送檢合格率低的主要問題，并且“尺寸大”均發(fā)生在距設筋較遠、剛性較低的位置。
4 初步工藝方案擬定
X天線加工時間為24h，綜合成本達6679元/件，按合格率87.59%計算，生產1800件合格品，至少需多投產255件，生產時間延長6120h，綜合成本增加170萬元，嚴重影響產品交付與成本，無法滿足客戶預期，合格率、效率問題亟待解決。綜合考慮，初步制定以下方案。
（1）粗加工采用動態(tài)銑削策略 動態(tài)銑削加工技術是Mastercam的專利技術，因為可以通過算法智能控制刀具在運行過程中的負載，所以可以使用刀具的全側刃，以大切削深度、小切削寬度的方式進行高速的材料去除，使大量的材料在短時間去除成為可能，負載的穩(wěn)定控制，有效地避免了薄壁結構變形。X天線零件材料去除率達97.15%，考慮到90%左右的壁厚尺寸均＜1mm，初步計劃將粗加工余量設置為1mm，以增加粗加工時的結構剛性，運用動態(tài)銑削策略提升效率、控制變形量[2，3]。
（2）半精加工余量優(yōu)選 采用銑刀側齒精加工時，精加工余量是指在工件表面所切去的金屬層厚度的垂直距離。精加工余量的大小，直接關系到銑削側壁時是否發(fā)生振動出現(xiàn)振紋，表面粗糙度值變大并影響局部波導腔尺寸。銑削薄壁深腔時該現(xiàn)象會更為嚴重。半精加工余量需充分考慮切削振動和刀具承受能力，計劃采用對分法優(yōu)選精加工余量。
（3）精加工切削參數(shù)選擇 波導腔加工后不允許有接刀痕跡，因拐角R2mm，故選用直徑4mm立銑刀精加工，長徑比達12.9。在實際加工中，零件拐角的切削阻力最大，銑刀側齒加工側面時，交界處的轉角成R形，當?shù)毒叩拿魁X進給量大時，交界處的R轉角會出現(xiàn)過切現(xiàn)象，引起靠近R轉角處兩側面局部的過切，如圖3所示，因此計劃采用正交試驗法選擇最佳的每齒進給量。
a）三維
b）二維
圖3 轉角過切現(xiàn)象示意
5 工藝方案實現(xiàn)
參照第一批次的加工經驗先將粗加工余量定為1mm，再分別采用優(yōu)選法、正交試驗來選擇半精加工余量，最后使用CAM軟件設計NC程序（粗銑采用動態(tài)銑削策略，半精、精加工參照選定的參數(shù)）。
5.1 優(yōu)選波導腔精加工余量
精加工余量采用對分法進行優(yōu)選，試驗區(qū)間分別用a和b表示，為0.05～1mm。波導腔寬度尺寸為60.7
mm，試驗中將該尺寸控制在中間公差附近，才能精確控制該尺寸。將波導腔寬度值考察標準設為60.66～60.69mm。以X1、X2表示每次試驗壁厚的工藝參數(shù)，尋找波導腔精加工余量值試驗方案見表1，共進行了3次試驗，見表2～表4。
表1 設計波導腔精加工余量試驗方案
表2 第1次試驗測試及結果 （單位：mm）
波導腔精加工余量為0.525mm時，波導腔寬度均值為60.638mm，超出工藝參數(shù)要求。波導腔寬度值過小，說明精加工余量過大，去掉（X1，b）即去掉精加工余量0.525～1mm，留下（a，X1）即0.05～0.525mm，繼續(xù)選則新的試驗點，見表3。
表3 第2次試驗測試及結果 （單位：mm）
波導腔精加工余量為0.288mm時，波導腔寬度均值為60.716mm，超出工藝參數(shù)要求。波導腔寬度值過大，說明精加工余量過小，去掉（X1，b）和（a，X2）即去掉精加工余量0.525～1mm和0.05～0.288mm，留下（X2，X1）即0.288～0.525mm，繼續(xù)選擇新的試驗點，見表4。
表4 第3次試驗測試及結果 （單位：mm）
波導腔精加工余量為0.407mm時，波導腔寬度均值為60.675mm，達到了工藝參數(shù)標準要求。
通過試驗，波導腔寬度尺寸平均值為60.675mm，在試驗工藝參數(shù)范圍內，找到波導腔精加工余量為0.407mm。
5.2 確認刀具每齒進刀量
對影響每齒進給量的進給速度vf、轉速n、刀齒數(shù)Z這3個因素進行正交試驗[4，5]。
（1）明確試驗目的 在切削寬度、切削深度等切削參數(shù)都確定的情況下，用φ 4mm立銑刀精加工時，明確vf、n及Z等對波導腔寬度尺寸的影響。
（2）確定考察的指標 要考察的指標為每齒進給量以及波導腔寬度尺寸差值的絕對值。
（3）挑因素、選位級、制定因素位級表 選用MIKRON 800LP高速銑削加工中心，相同的波導腔結構進行試驗，確定需考察vf、n及Z這3個因素，現(xiàn)根據(jù)具體情況選出要考察、比較的位級，見表5。
表5 因素-位級
（4）設計試驗方案 本試驗共有3因素3個位級，可選擇L9（34）正交表來安排試驗，正交試驗設計見表6。
表6 正交試驗設計
（5）實施試驗方案 根據(jù)表6，進行9次試驗，并將每齒進刀量，波導腔寬度尺寸差值的絕對值等進行相關分析，正交試驗結果見表7。
表7 正交試驗結果
（6）試驗結果分析 考察的兩個指標，都是值越小越好。每齒進刀量由給定的3個因素，根據(jù)公式直接計算得出；波導腔寬度尺寸差值的絕對值通過實際加工后，使用三坐標測量儀測量得出，后續(xù)主要查看波導腔寬度尺寸差值的絕對值。
直接看：由表7可以看出最好的條件是A3B1C2，即轉速n為20000r/min，進給速度vf為1500mm/min，刀齒數(shù)Z為3齒。
算一算：通過以上試驗，計算相應的波導腔寬度尺寸差值的絕對值之和T、其平均值及極差R，整理的數(shù)據(jù)見表8。
表8 試驗結果數(shù)據(jù)整理
由表8可知，波導腔寬度尺寸差值的絕對值，越小越好，通過計算，可以看出最好的條件是A3B1C3。直接看與算一算不一致，需要適當修改條件，繼續(xù)試驗。
從極差R的結果看，轉速n是重要因素，其次是刀齒數(shù)Z，進給速度vf的影響較小。在后續(xù)的試驗中，需要對影響較大的因素進行調整。
調優(yōu)試驗具體步驟如下。
1）調優(yōu)因素位級選擇。通過對前述試驗的分析，小組認為以“算一算”的好條件為主，參考“直接看”的好條件，并考慮生產實際、成本和效率等，決定對n、vf、Z這3個因素及相應位級再考察，因素位級見表9。
表9 因素位級
2）制定正交表。對于表9所示的因素位級，可以使用L4（23）三因素兩位級的正交表，制訂的試驗設計及結果見表10。
表10 試驗設計及結果
3）試驗結果分析。直接看：由表10可以看出最好的條件是A2B1C2，即轉速n為20000r/min，進給速度vf為1500mm/min，刀齒數(shù)Z為4齒。
算一算，結果見表11。
表11 試驗數(shù)據(jù)整理
由表11可知，對于波導腔寬度尺寸差值的絕對值，越小越好，通過計算，可以看出最好的條件是A2B1C2，直接看與算一算結果一致，且波導腔寬度尺寸差值的絕對值明顯減小。
（7）生產驗證及最優(yōu)參數(shù)選擇 本次試驗的目的是通過對轉速n、進給速度vf及刀齒數(shù)Z這3個對每齒進刀量有影響的參數(shù)進行試驗，找到使波導腔寬度尺寸差值的絕對值變小的每齒進刀量，通過正交試驗法的多次試驗驗證，波導腔寬度尺寸差值都得到了較好的控制。
通過運用上述參數(shù)跟蹤驗證10次，其波導腔寬度尺寸差值的絕對值穩(wěn)定，因此選擇轉速n為20000r/min、進給速度vf為1500mm/min、刀齒數(shù)Z為4齒，每齒進給量為19μm。
5.3 數(shù)控程序設計
以上通過優(yōu)選法、正交試驗，確定最優(yōu)精加工余量和切削參數(shù)。參照精確的試驗數(shù)據(jù)和第一批次的加工經驗總結，重新設計X天線的數(shù)控加工程序，為了提高粗加工的切削效率，減小粗加工的應力、變形量，將老程序中所有的粗加工策略全部改為動態(tài)銑削策略（因篇幅原因，數(shù)控程序設計過程在此不做綴述）。對連續(xù)3個批次的加工合格率進行跟蹤記錄，粗加工效率減少3h/件，產品平均合格率達到97.5%。
6 結束語
在近年來的產品結構設計中，輕薄化理念被廣泛運用。機械加工行業(yè)競爭日趨白熱化，企業(yè)要生存、要效益，顯然還有相當多的生產力亟待提升。闡述采用切削參數(shù)選擇、編程策略選擇以及質量管理工具運用等方式，突破加工技術瓶頸，達到高質量、高效率及低成本批量生產的要求，取得了較好的效果，提升了企業(yè)在市場的競爭力。
