分析了異形薄壁宇航（háng）零件的特點及加（jiā）工難點，針對加工難點，通過設計大錐度薄壁結構件的工裝，改進定（dìng）位方法，創新加工方案，優化加工路徑，控製切削變形，從而保證中大直徑、大錐度薄壁產品的加工精度，實現了航天器研製過程中（zhōng）的高質量、批量化生產。
1 序（xù）言
宇航產品中大量采用大錐（zhuī）度薄壁結構（gòu）件，此類產品存在（zài）零件尺寸大、壁薄、加工剛度差、易變形、裝夾（jiá）困難及切削加工過程振動等問題，導致零件（jiàn）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（gòu）特點為：錐度大、錐麵長和壁薄等。受其自身複雜的結構特點的製約，實際加（jiā）工中（zhōng）存在以下幾方麵（miàn）加工難題：①裝夾困難，定位基準、裝夾方式及裝夾位置的選擇嚴重影響（xiǎng）零件（jiàn）的加工（gōng）精度。②易（yì）變形，該支架為典型的薄壁結構件，加工中隨著材料的去除，內應力及熱應力導致變形（xíng），且在加工過程中振刀嚴重。③加工過程中易產生（shēng）雙曲線誤差（chà），加工精度和效率（lǜ）難以保證。根據該（gāi）結構件的加工特性，通過設計專用內外型定位工裝，改進零件工藝加工方法，優化切削參數，有效（xiào）突破中大型薄壁（bì）結構件的加工瓶（píng）頸，並實現該零件批（pī）量生產[2，3]。
2 零件的結（jié）構（gòu）特點
2.1 產品（pǐn）尺寸參數
零件材料為鑄造鋁合金（jīn）（ZL205\T6），工藝要求小端直徑（329±0.05）mm，大端（duān）直徑（813±0.05）mm，大薄壁傾角26°2′，壁厚（3±0.05）mm，整（zhěng）體高（gāo）度（587±0.05）mm，B端麵平麵度要求0.1mm。產品結構如精密（mì）加工1所示。
精密加工
a）三維結構
精（jīng）密加工
b）尺寸（cùn）結構
精密加工1 零件結構
2.2產品加工難點（diǎn）及解決方案
1）針（zhēn）對大錐角薄壁結構，設計專用內形加工支架、外形（xíng）加（jiā）工內錐胎（見精密加工2、精密加工3），有效（xiào）增強產（chǎn）品加工過程（chéng）中的剛度。采用該定位裝夾方案確保（bǎo）產品定位精度高、裝夾可靠、夾緊力導致的變形最小化。
精密加（jiā）工2 內形加工支架（jià）
精密加工3 外形（xíng）加工內錐胎
2）針對產品應力變形問題，合理（lǐ）改進加（jiā）工工藝步驟（zhòu），使加工中材料應力充分釋放，優化加工切削用量，降低切削力和切削溫度，控製產品變形，進（jìn）而（ér）保證產品設計要求。
3）提高（gāo）圓度變形控製、壁厚精度控製及尺寸測量精（jīng）度（dù）等，從而提高產品加工精度的（de）穩定性，實現定型批量化生產。
3 零件裝夾
3.1 專（zhuān）用支撐架配合（hé）軸向壓緊裝夾
為保證零件在（zài）加工過程中均勻受力，防止徑向變形，裝夾采用軸向壓緊方式（shì）。通過設計專用的支撐架配合頂蓋板、中心拉杆，實現Z軸定位及不完全定位的方案。加工大端端麵、芯腔內（nèi）錐度麵。第（dì）一步加蓋板車削加工大端麵，第（dì）二步采（cǎi）用（yòng）三（sān）點定位法，內形加工支架（jià）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（miàn）平麵度必須達到產品（pǐn）平（píng）麵度公差值的一半（0.05mm），進而保證內錐度麵圓度要求φ（813±0.05）mm，壁厚公差要求±0.05mm，以及傾（qīng）斜角（jiǎo）度公差要求26.2°±2′。該（gāi）定位裝夾方案（àn）利用中大型薄壁產品設計基準作為（wéi）加工基準，做到基準統一，提高了加工基準的可靠性和精度。有效解決了中大（dà）型薄壁類零件沒有（yǒu）可靠（kào）定位基準、裝夾固定點的難題。專用支（zhī）撐架配合軸向壓緊裝夾方式如精密加（jiā）工4所示（shì）。
3.2 外錐麵（miàn）裝夾
零件內錐麵（miàn）加工完成（chéng）後產品的夾持剛度被嚴重削弱，加工外錐麵D麵裝夾時極易產生夾緊力變形，引起工件圓（yuán）度過度變化以及（jí）加工振動。為（wéi）此，采用內圓錐形心軸定位，加Z向壓緊的方案，提高工件定位精度（dù）、夾持剛度（dù），使工件圓度在裝夾狀（zhuàng）態下保持0.03㎜以內，滿足設計（jì）需求（qiú）。該定位方法（fǎ）增強（qiáng）了內外錐麵同軸度，同時增強了產（chǎn）品剛度、切削過程的穩（wěn）定性，降低了車削過程中切（qiē）削（xuē）變形。切削熱傳遞快，降低了切削熱對產品尺寸及（jí）幾何精度的影響，大幅度提升裝夾效率。外錐麵裝夾方式如精密加工（gōng）5所示。
精密加工4 專用支撐架（jià）配（pèi）合軸向壓緊裝（zhuāng）夾
精密加（jiā）工5 外錐麵（miàn）裝夾
3.3產品找正及測量
產品內外錐麵加工完成後，大（dà）端與工作台貼合，以小端（duān）外徑為基準打表，同軸度控（kòng）製在0.03mm以內，找正產品（pǐn），同時檢（jiǎn）查大端平麵，平（píng）麵度達到0.02mm以內。采（cǎi）用三點壓緊的固定方法加工內圓φ（329±0.05）mm配合麵。由於產（chǎn）品大端環形平麵B麵最大直（zhí）徑為（wéi）950mm，產品高度達到587mm，環形平（píng）麵B麵寬度（dù）僅51mm，所以壓緊後B麵平麵度對所加工的圓度影（yǐng）響較大。大端（duān）B麵平麵度及小端圓度變化趨勢如精密加工6所示。
精密加工6 大端（duān）B麵平麵度及小端圓度變化趨勢
4 刀具選擇
產品材料為鑄造鋁合金（jīn）ZL205，該材料（liào）具有良好的抗疲勞強度、塑性和韌性，車（chē）削時（shí），切屑（xiè）和刀具表麵摩擦力大，容易造（zào）成粘刀。此外由於零件加工直徑大，走刀時間長，材料去除量大（dà）的特點，要求加（jiā）工刀具（jù）必需能夠實現較大（dà）切削深度，並（bìng）具有較（jiào）好的耐磨性，因此（cǐ），精車時，選用KYOCERA品（pǐn）牌SDJER3232 DEG150404R車（chē）刀，較大刀（dāo）尖圓弧增強刀具壽（shòu）命。刀具（jù）型號及切削參數（shù）見表2。
表1 刀具型號及切（qiē）削參數
刀具型號
刀具材料
切削速度/（m/min）
進（jìn）給量/（mm/r）
吃（chī）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（jiā）工方案
通過對產品結構及（jí）材料特性進行（háng）分析，為有效（xiào）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。通過安排兩次時效工序，使應（yīng）力得到充分（fèn）釋放，材料組織內應力、加工應力充分釋放。半精車完（wán）成（chéng）後，在內外徑向留餘量0.75mm，高度（dù）方向留餘量2mm。
精加工路線采用先內後外（wài）加（jiā）工、兩次（cì）加工基準麵B麵的方案：（利用支架為定位基準）精車B麵→精車C麵（B麵留餘（yú）量0.3mm）→調頭（利用錐度芯（xīn）胎（tāi）為定位基準）→精車D麵、A麵到精密加工樣要求尺寸精度→調頭→精車B麵（提高定（dìng）位基準精度達（dá）到0.05mm以內）→調頭加工小端內圓φ（329±0.05）mm(B麵為基準)。
6 車削內外錐麵時（shí）產生雙曲（qǔ）線誤差分析
產品車削（xuē）中圓錐麵（miàn）大小端直徑相差572mm，Z軸行程長、圓錐麵麵積大。錐麵產生雙曲線（xiàn）誤差非常嚴重。車刀（dāo）刀尖偏移中心旋轉，使刀尖移動的直線軌跡不與（yǔ）圓錐體的母線重合（hé）（見精密加工（gōng）7），產生雙曲線誤（wù）差加工的（de）內外圓錐體是旋轉雙（shuāng）曲線曲麵（見精密（mì）加（jiā）工8）。產品的錐麵直線度和錐度（dù）角要求非常高26.2°±2′，必須最大限度控（kòng）製雙（shuāng）曲線（xiàn）的產生。兩平行曲麵切割一個錐形曲麵，相交形成雙曲（qǔ）線交線，公式為
1＝（y2/k2）＋（x2/k2）＋（tana2/k2） （1）
式中，y是Z軸（長度）方向值（mm），x是X軸（直徑（jìng））方向值（mm）；a是產品（pǐn）錐度（°）；k是兩曲麵之間的（de）距離（刀尖與旋轉中心的距離（lí），mm）。
平行曲（qǔ）麵之間垂直距離（其中一曲（qǔ）麵通（tōng）過回轉中心）產生的最（zuì）大雙曲線誤差即為產品內錐麵直線度（dù）誤差（chà），產品技術要求小於0.03mm。
精密加工
精（jīng）密加工7 刀尖移動的直線（xiàn）軌跡不與圓錐體的母線重合
精密（mì）加工8 旋轉雙曲線（xiàn）曲麵
通過計算加工該內外錐麵時Z軸行（háng）程、圓錐麵麵積（jī），得（dé）出車刀刀尖必須與錐體旋轉中心等高，刀尖移動的直線軌跡必須與圓錐體的（de）母線重合，刀尖高（gāo）度和旋轉中心的誤差不能＞0.08mm。
精車錐體壁厚度2.96～3.05mm，符合（hé）公差要求，產品錐壁（bì）的上下位置處厚度（dù）差＜0.05mm。利用三坐標測量，內外圓φ（329±0.05）mm，圓（yuán）度均＜0.08mm，和錐麵直線度均＜0.03mm，錐麵角度測（cè）量值均（jun1）在公差要求±2′之內，錐麵雙曲（qǔ）線誤（wù）差得到有效控製。
7 結束語
通過改進大錐度薄壁結構件的車削工裝、創新加工方案及（jí）調整（zhěng）切削參（cān）數，完成（chéng）了多（duō）型號薄壁錐殼體的加工，加（jiā）工（gōng）精度穩定，完全滿足設計需求，節省了大量（liàng）製造成本，縮短（duǎn）了生（shēng）產周期，並且實現了產品（pǐn）的（de）批（pī）量（liàng）生產工藝定型。
文（wén）章出處：精密加工 http://www.dxqiumoji.com/cn/info_15.aspx?itemid=690
