分析了異形薄壁宇航零件（jiàn）的特點及加工難點，針對加工難點，通過設計大錐度（dù）薄壁結（jié）構件的工裝，改（gǎi）進定位方法，創（chuàng）新加工（gōng）方案，優化加工路徑，控製切削變形，從而保（bǎo）證中大直徑、大錐度薄壁產品的加工精度（dù），實現了航天器研製過程（chéng）中的高質量、批量化（huà）生產。
1 序言（yán）
宇航產品中大量采用大（dà）錐度（dù）薄壁結構件（jiàn），此類產品存在零件尺寸大、壁薄、加（jiā）工剛度差、易變形、裝夾困難及切削加工過程振動等問題，導（dǎo）致零件表麵質量控製難度大、加工效率低[1]。
本文所述型號（hào）關鍵結構件結構特點為：錐度大、錐麵長和壁薄等。受其自身複雜（zá）的結構特點的製約，實際加工中存在以下幾方麵（miàn）加工難題：①裝夾（jiá）困難，定位（wèi）基準、裝夾方式及裝夾位置的選擇嚴重影響零件的加工精度。②易變形，該支架為典型的薄壁結構件，加工中隨著材料的去除，內應力及熱（rè）應力導致變形，且在加工（gōng）過（guò）程中振刀嚴重。③加工過程中易（yì）產生雙曲（qǔ）線（xiàn）誤差（chà），加工精度和效率難以保證。根（gēn）據該結構件的加工特性（xìng），通過設計（jì）專（zhuān）用內（nèi）外型定位工裝，改（gǎi）進零件工藝加工（gōng）方法，優化切削參數（shù），有效突破中大型薄壁結構件的加工瓶頸，並實現該（gāi）零（líng）件批量生產[2，3]。
2 零件的結構特點
2.1 產品尺寸參數
零（líng）件材料為（wéi）鑄造鋁合金（ZL205\T6），工藝要求小端直徑（jìng）（329±0.05）mm，大端直徑（813±0.05）mm，大薄壁傾角26°2′，壁（bì）厚（3±0.05）mm，整體高度（587±0.05）mm，B端麵平麵度要求0.1mm。產（chǎn）品結構如精密加工1所示。
精密加工
a）三維結構
精密加工
b）尺寸結構
精密加工1 零（líng）件（jiàn）結構
2.2產品加工難點及解決方案
1）針對大錐角薄壁結構，設（shè）計專用內形加工支架（jià）、外形加工內錐胎（見精密加工（gōng）2、精密加工3），有（yǒu）效（xiào）增（zēng）強（qiáng）產品加工過程中的剛度。采用該（gāi）定位裝（zhuāng）夾方案確保產品定位精度高、裝夾可靠、夾緊力導致（zhì）的變形最小化。
精密加工2 內（nà）形加（jiā）工支架
精密加工3 外形加工內錐胎
2）針對產品應力變形問題，合理改進（jìn）加工工藝步驟，使（shǐ）加工中（zhōng）材（cái）料應力充（chōng）分釋（shì）放，優化加工切削用量，降低切（qiē）削力和切削溫度，控製（zhì）產品變形，進（jìn）而保證產品設計（jì）要求。
3）提高圓度變形控製、壁厚精度控製（zhì）及尺寸測量精度等，從而提高產品加工精度的穩定性，實現定型批量化生產。
3 零件裝夾
3.1 專用支撐架配合軸向壓緊裝夾
為保證零件在加工過程中均勻受力，防（fáng）止徑向變形，裝夾采用軸（zhóu）向壓（yā）緊方式。通過設計專用的支撐架配合頂蓋板、中心拉杆，實現Z軸定位及不完（wán）全定位（wèi）的方案（àn）。加工（gōng）大端端麵、芯腔內（nèi）錐度麵。第一步加蓋板車削加工大端麵，第二步采用三（sān）點定位法，內形加工支架均布安裝三個壓板，Z軸壓住大端麵B麵，車削加工內錐麵C麵。基準麵A麵平麵度必須達到（dào）產品平（píng）麵度公差值的一半（0.05mm），進而保證內錐度麵圓度要（yào）求φ（813±0.05）mm，壁厚公差要求±0.05mm，以及傾斜角度公差（chà）要求26.2°±2′。該定位裝（zhuāng）夾方案利用（yòng）中大型薄壁產品設計基（jī）準（zhǔn）作為加工（gōng）基準，做到基（jī）準統（tǒng）一（yī），提高了加工基準的可靠性和精度。有效解決了中大型薄壁（bì）類零件沒有可靠定位基準、裝夾（jiá）固定點的難題（tí）。專用支撐架配合軸向壓緊裝夾（jiá）方式如（rú）精密加工4所示。
3.2 外錐麵裝夾
零件內（nèi）錐麵（miàn）加工完成（chéng）後產品的夾持（chí）剛度被嚴重削弱，加工外錐麵D麵裝夾時極（jí）易產生夾緊力變形，引起工件圓度過（guò）度變化以及加工（gōng）振動。為此，采用內圓（yuán）錐形心（xīn）軸定位，加Z向壓緊的方案，提高工件定位精度、夾持剛（gāng）度，使（shǐ）工件圓（yuán）度（dù）在（zài）裝夾狀態下（xià）保持（chí）0.03㎜以內，滿足設（shè）計需求（qiú）。該定位方法增強了內外錐麵同軸度，同時（shí）增強了產品剛度、切削過（guò）程的穩定性，降低（dī）了車削過程中切（qiē）削變形。切削熱傳遞快，降低了切削熱對產品尺寸及幾何精度的影響，大幅度提升裝夾效率（lǜ）。外錐麵裝夾（jiá）方式如精密加工5所示。
精密加工4 專用支撐架配合軸向壓緊裝夾
精密加工5 外錐麵（miàn）裝夾
3.3產品找正及測（cè）量
產品內外錐麵加工完成後，大端（duān）與工（gōng）作台貼合，以小端外徑為基準打表，同軸度控製在0.03mm以內，找正產品（pǐn），同時檢查大端平麵，平麵度達到0.02mm以內（nèi）。采用（yòng）三點壓緊（jǐn）的固（gù）定（dìng）方法加工（gōng）內圓φ（329±0.05）mm配合麵。由於產品大端環形平麵B麵最大直徑為950mm，產（chǎn）品高度達到587mm，環形平麵B麵寬度僅51mm，所以壓緊後B麵平（píng）麵（miàn）度對（duì）所加工的圓度影響（xiǎng）較大。大端B麵平麵度及小端圓度變化（huà）趨勢如精密（mì）加工6所示。
精密加工6 大端B麵平麵度及小端圓度變化趨勢
4 刀具選擇（zé）
產（chǎn）品材料為鑄造鋁合金ZL205，該材料具有（yǒu）良好（hǎo）的抗疲勞強度、塑性和韌性，車削時，切屑和刀具表麵摩擦力大，容（róng）易造成粘刀。此外由（yóu）於零件加工直（zhí）徑大，走刀（dāo）時間長，材料去除量大的特點，要求（qiú）加工刀具（jù）必需能夠實現（xiàn）較大切削深度，並具有較好（hǎo）的耐磨性，因此，精車時，選用KYOCERA品牌SDJER3232 DEG150404R車刀（dāo），較大刀尖圓弧增強刀具壽命。刀具型號及切削參數見表2。
表1 刀具型號及切（qiē）削參數
刀具型號
刀具材料
切（qiē）削速度/（m/min）
進給量/（mm/r）
吃刀量/mm
刀尖圓（yuán）弧/mm
SDJER3232
DEG150404R
HTi10-Az
560
0.2～0.3
0.5～0.15
R0.4
SDTCR3232
DCGT11308
HTi10-Az
330～430
0.5～0.7
1～2
R0.8
5 加工方案
通過對產品結構及（jí）材料特性進行（háng）分析，為有效控製加工過（guò）程中零件變形，製定加工方案：粗車→時效→半精車→時效→精車。通過安排兩次時（shí）效工序（xù），使應力得到充分釋放，材料組織內（nèi）應力、加工應力充分釋放。半精車完成後，在內外徑向留餘量0.75mm，高度方向留餘量2mm。
精加工路線（xiàn）采用先內後外加工、兩次加工（gōng）基準麵B麵的方案：（利用（yòng）支架為定位基準）精車B麵→精車C麵（B麵留餘量0.3mm）→調頭（利用錐度芯（xīn）胎為定位基準）→精車D麵、A麵（miàn）到精密加工樣要求尺寸精度→調（diào）頭→精車B麵（提高定位基準精度達到（dào）0.05mm以內）→調頭加工小端內圓φ（329±0.05）mm(B麵為基準)。
6 車（chē）削內外錐麵（miàn）時產生雙曲線（xiàn）誤差分析
產（chǎn）品車削（xuē）中圓錐麵大小端直徑相差572mm，Z軸行程（chéng）長、圓錐麵麵積大。錐（zhuī）麵產生雙曲線誤差（chà）非常嚴重。車刀刀尖偏移中心旋轉，使刀（dāo）尖移動的（de）直線軌跡不與圓錐體的母線重合（見精密加工7），產生雙曲線誤差加工（gōng）的內外圓錐體是旋轉雙曲線曲麵（見精密加工（gōng）8）。產品的錐麵直線度和錐（zhuī）度角要求非常高26.2°±2′，必須最大限度控製（zhì）雙曲（qǔ）線的產生。兩平行曲麵切割一個錐形曲麵，相交形（xíng）成雙曲線交線，公（gōng）式為
1＝（y2/k2）＋（x2/k2）＋（tana2/k2） （1）
式中，y是Z軸（長（zhǎng）度）方向值（mm），x是X軸（直徑）方向值（mm）；a是產（chǎn）品錐（zhuī）度（°）；k是兩曲麵（miàn）之間的距（jù）離（刀尖（jiān）與旋轉中心的距離，mm）。
平（píng）行曲麵之間垂直距離（其中一曲麵通過回轉中心）產生的最大雙曲線誤（wù）差即為產品內錐麵直線度誤差，產品技（jì）術要求小於0.03mm。
精密加（jiā）工
精密加工7 刀尖移動的直線軌跡（jì）不與圓錐體的母（mǔ）線重合
精（jīng）密加工8 旋轉雙曲線曲麵
通過計（jì）算加工該內外錐麵時Z軸行程、圓錐麵麵積，得出車刀刀尖必須與（yǔ）錐體旋轉中心等高，刀尖移動的直線（xiàn）軌跡必（bì）須與圓錐體的母線重合（hé），刀尖高（gāo）度和旋轉中心的誤（wù）差不能＞0.08mm。
精車（chē）錐體（tǐ）壁厚度2.96～3.05mm，符合公差要求，產品錐壁的上下位置（zhì）處厚度差＜0.05mm。利（lì）用（yòng）三坐標測量，內外圓φ（329±0.05）mm，圓度（dù）均＜0.08mm，和錐麵直線度均＜0.03mm，錐麵角度測（cè）量值均在公（gōng）差要求±2′之內，錐麵（miàn）雙曲線誤差得到有效控製。
7 結束語
通過改進大錐（zhuī）度薄壁結構件的車（chē）削工裝、創新加工方案及調整切削參數，完成了多型號薄壁錐殼體（tǐ）的加工，加工精度穩（wěn）定，完全滿足設計需求，節省了大量製造成本，縮短了生（shēng）產周期，並（bìng）且實現了產品的批量生產工藝定（dìng）型。
文章出處：精（jīng）密加（jiā）工 http://www.dxqiumoji.com/cn/info_15.aspx?itemid=690
