分析了異形薄（báo）壁宇航零件的特點及加工難點，針對加工難點（diǎn），通過設計大錐度薄壁結構件的工裝，改進（jìn）定位方法，創（chuàng）新加工（gōng）方案（àn），優（yōu）化加（jiā）工路徑（jìng），控製切（qiē）削變（biàn）形，從而保證中大直徑、大錐度薄壁產品的加工精度，實現了（le）航天器研製過程中的高質量、批量化生產。
1 序言
宇航產品中大量采（cǎi）用大錐度薄壁結構件，此類（lèi）產品（pǐn）存在零件尺寸大、壁薄、加工剛度（dù）差、易（yì）變形、裝（zhuāng）夾（jiá）困難及切削加工過程振動等（děng）問題，導致（zhì）零件表麵質量控製難度大、加工效率低[1]。
本文所述型號關鍵結構件結構（gòu）特點為：錐度大、錐麵長和（hé）壁薄等。受其自身複雜的結構特點的製約，實際加工中（zhōng）存在以（yǐ）下幾方麵（miàn）加工難題：①裝夾困難，定位基準、裝夾方式及裝（zhuāng）夾位置的（de）選擇嚴重影響零件的加工（gōng）精度。②易變形，該支架為典型的薄壁結（jié）構件，加工中隨著材料的去除，內應力及熱應力導致（zhì）變形，且在加（jiā）工過程中振刀嚴（yán）重。③加工（gōng）過程中易產生雙曲線誤差，加工精度和效率（lǜ）難以保證。根據該結構件的加工特性，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（huà）切削參數，有效突破中大型薄壁結構件的加工瓶頸，並（bìng）實現該零件批量（liàng）生產[2，3]。
2 零件的結構特點（diǎn）
2.1 產品尺寸參數
零件材料（liào）為鑄（zhù）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′，壁厚（3±0.05）mm，整體高度（587±0.05）mm，B端麵平麵度（dù）要求0.1mm。產品結構如精密加工（gōng）1所示。
精密加工
a）三維結構
精密加工
b）尺寸結構
精密加（jiā）工1 零件結構
2.2產品加工難（nán）點及解決方案
1）針對大錐角薄壁結構，設計專用內形加工支架（jià）、外形加工內錐胎（見精密加工2、精密加工3），有效增強產品加工過程中（zhōng）的剛度。采用該定位裝夾方案確（què）保產品定位精度高、裝夾可靠、夾緊力導致的變形最小化。
精密加工2 內形加工支架
精密加工3 外形加工內錐（zhuī）胎
2）針對產品應力變形問（wèn）題，合理改進加工工藝步驟，使加工中材料應力（lì）充分釋放，優化加工切削用（yòng）量，降低（dī）切削（xuē）力和切削（xuē）溫度，控製產品變形，進而保證產品設計要求。
3）提高（gāo）圓度變形控製、壁厚精度控製及尺（chǐ）寸測量精度等，從而提高產品加工精度的穩定（dìng）性，實現定（dìng）型批量化生產。
3 零件裝夾
3.1 專用支撐架配（pèi）合（hé）軸向壓緊裝夾（jiá）
為（wéi）保證零件在加工過程中均勻受（shòu）力，防止徑向變形，裝夾采用軸向壓緊方式。通過設計專用的支撐架配合頂蓋板、中（zhōng）心拉杆，實（shí）現（xiàn）Z軸定位及不完全定位的方案。加工大端端麵、芯腔內錐度麵。第一步加蓋板車削加工大端麵，第二步采（cǎi）用三點定位法，內形加工支架均布安裝（zhuāng）三個壓板，Z軸壓住大端（duān）麵B麵，車削加工內錐麵C麵（miàn）。基準麵A麵平麵度必須達到（dào）產品平麵度公（gōng）差值的一半（0.05mm），進（jìn）而（ér）保證內錐度麵圓度要求φ（813±0.05）mm，壁厚公差要求±0.05mm，以（yǐ）及傾斜角度公差（chà）要求26.2°±2′。該定位裝夾方案利用中大（dà）型薄壁產（chǎn）品設計基準作為加工基準，做到基準統（tǒng）一（yī），提高了加工基準的可靠性和精度。有效（xiào）解決了中大型薄壁類零件沒有可靠定位基（jī）準、裝夾（jiá）固定點的難題。專用支撐架配（pèi）合軸向壓緊裝夾方式如精密加工4所示。
3.2 外錐麵裝夾
零件內錐麵加工完（wán）成後產品的夾持剛度被嚴重削弱，加工外錐麵D麵裝夾時極（jí）易產生夾緊力變形，引起（qǐ）工件圓度過度變化以及加（jiā）工振動。為此（cǐ），采用內圓錐形心軸定位，加Z向壓緊的方案，提（tí）高工件定位精度、夾持剛度，使工（gōng）件圓度在裝夾狀態下保持0.03㎜以內，滿足（zú）設計需求。該定位方法增強了內外錐麵同軸度，同時增強了（le）產品剛度（dù）、切削過程（chéng）的穩定性，降低了車削過程中切削變形。切削（xuē）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。外錐麵裝夾方（fāng）式如（rú）精密加工5所示。
精密加工4 專用支（zhī）撐架（jià）配合軸向壓（yā）緊裝夾（jiá）
精密加工5 外錐麵裝夾
3.3產品找正（zhèng）及測量
產品內外錐麵加工完成後，大（dà）端與工作台（tái）貼合，以小端外徑為基準打表，同軸度控製在0.03mm以（yǐ）內，找正產品，同時檢查大端平麵，平（píng）麵度達到0.02mm以內。采用三點壓緊的固定方法加（jiā）工內圓φ（329±0.05）mm配合麵。由於產品大端環形平（píng）麵B麵最大直徑為950mm，產品高度達到587mm，環形平麵B麵寬（kuān）度僅51mm，所以壓緊後B麵平（píng）麵度對（duì）所加工的圓度影響較大（dà）。大端B麵平麵度及小（xiǎo）端圓度變化趨勢如精密加工6所示。
精密加工（gōng）6 大端B麵平麵度及小端圓度變化（huà）趨勢
4 刀具選擇
產（chǎn）品（pǐn）材料為鑄造鋁（lǚ）合金ZL205，該材料具有良好的抗疲勞強度、塑性和韌性，車削時，切屑和刀具表麵摩擦（cā）力大，容易造成粘刀。此外由於零件加工直徑大，走刀時間長，材料去除量大的特點，要求加工刀具必需能夠實現較大切削深度，並具有較好的耐磨性，因此，精車時，選用KYOCERA品牌（pái）SDJER3232 DEG150404R車刀，較大刀尖圓弧（hú）增強刀具壽命。刀（dāo）具型號及切削參數見表2。
表1 刀具型號及切削參數
刀具型號
刀具材料
切削速度/（m/min）
進給量/（mm/r）
吃刀量/mm
刀尖圓弧/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（gōng）方案
通過對產品結構及材料特性進行分析，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（jīng）車。通過安排兩次時效（xiào）工序，使應力得到充分釋放，材料組織內應力、加（jiā）工應力（lì）充分釋放。半（bàn）精車完成後，在（zài）內外徑向留餘量0.75mm，高度方向留餘量2mm。
精加工路線采用先內後外加工、兩次加工基準麵B麵的方案（àn）：（利用支（zhī）架為定位基準）精車B麵→精車（chē）C麵（B麵留餘（yú）量0.3mm）→調頭（利用錐度芯胎為定位基準）→精車D麵、A麵到精（jīng）密加工樣要求尺寸精度→調頭→精車B麵（提高定位基（jī）準精度達到0.05mm以內）→調頭（tóu）加（jiā）工小端內圓φ（329±0.05）mm(B麵（miàn）為基準)。
6 車削（xuē）內外錐麵時產生雙曲線誤（wù）差分析
產品車削中圓錐麵大小端直徑相（xiàng）差572mm，Z軸行程長、圓（yuán）錐麵麵積大。錐麵產生雙曲線誤差非常嚴重。車刀刀尖偏移中心旋（xuán）轉，使刀（dāo）尖移動的直線（xiàn）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的內外圓錐體是旋轉雙曲線曲麵（見精密加（jiā）工8）。產（chǎn）品的錐麵直線度和錐度角要求非常高26.2°±2′，必須最大（dà）限度控製雙曲線的（de）產生。兩平行曲麵（miàn）切割一個錐形曲麵，相交形成雙曲線交線，公式為
1＝（y2/k2）＋（x2/k2）＋（tana2/k2） （1）
式中，y是Z軸（長度）方向（xiàng）值（mm），x是X軸（直徑（jìng））方向值（mm）；a是產品錐度（°）；k是兩曲麵之間的距離（刀尖與（yǔ）旋轉中心的距離，mm）。
平行曲麵之間垂直距離（其中一曲麵通過回轉中（zhōng）心）產生的（de）最大雙曲線誤差即為產品內錐麵直線度誤差，產品技（jì）術（shù）要求小於0.03mm。
精密加工
精密加工7 刀尖移動的直線軌跡不與圓錐（zhuī）體（tǐ）的母線重合
精密加工8 旋轉雙曲線（xiàn）曲麵
通過計算加工該內外錐（zhuī）麵時Z軸行程、圓（yuán）錐麵麵積，得（dé）出車刀刀尖必須與錐（zhuī）體旋（xuán）轉中心等高，刀尖移動的直線軌跡必須與（yǔ）圓（yuán）錐體的母線重合，刀尖高（gāo）度和旋（xuán）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，產品錐壁的上下位置處厚度差＜0.05mm。利用三坐標測量，內外圓（yuán）φ（329±0.05）mm，圓度均＜0.08mm，和錐麵直線度（dù）均＜0.03mm，錐麵角度測量值均（jun1）在公（gōng）差要求（qiú）±2′之內，錐麵雙曲（qǔ）線誤差得到有效（xiào）控製。
7 結束語（yǔ）
通過（guò）改（gǎi）進大錐度薄壁結構件的車削（xuē）工裝、創新加工方案（àn）及（jí）調整切削參數，完成（chéng）了多型號薄（báo）壁錐殼體的加工，加工（gōng）精度（dù）穩定（dìng），完全滿（mǎn）足設計需求，節省了大量製（zhì）造成本，縮短了生產（chǎn）周期，並且實現（xiàn）了產品的批量生產工藝定型。
文章出處（chù）：精密加（jiā）工 http://www.dlzxxx.cn/cn/info_15.aspx?itemid=690
