1前言

產品中大量使用大錐度的薄壁結構件。這些產品存在尺寸大、壁薄、加工剛性差、易變形、裝夾困難以及切削過程中的振動等問題，導致表面質量控制困難，加工效率低[1]。

本文介紹的關鍵結構件的結構特點是:大錐度、長錐面、薄壁等。受制于自身復雜的結構特點，在實際加工中存在以下加工問題:①裝夾困難，定位基準、裝夾方式、裝夾位置的選擇嚴重影響零件的加工精度。②容易變形。支架是典型的薄壁結構。隨著材料的去除，加工過程中內應力和熱應力導致變形，加工過程中刀具振動嚴重。③加工過程中容易出現(xiàn)雙曲線誤差，加工精度和效率難以保證。根據(jù)該結構件的加工特點，通過設計專用的內外定位工裝，改進零件的加工方法，優(yōu)化切削參數(shù)，可以有效突破中大型薄壁結構件的加工瓶頸，實現(xiàn)該零件的批量生產[2，3]。

2零件的結構特征

2.1產品尺寸參數(shù)

零件材質為鑄造鋁合金(ZL205\T6)，工藝要求為小頭直徑為(329±0.05)mm，大頭直徑為(813±0.05)mm，大薄壁傾角為26±2′，壁厚為(3±0.05)mm，總高為(587±0.05)mm，產品結構如圖1所示。

2.2產品加工難點及解決方案

1)針對大錐角薄壁結構，設計專用內加工支架和外加工內錐胎(見圖2和圖3)，有效增強產品加工時的剛性。定位夾緊方案保證定位精度高，夾緊可靠，夾緊力引起的變形最小。

2)針對產品受力變形問題，合理改進加工步驟，充分釋放加工過程中的材料應力，優(yōu)化加工切削量，降低切削力和切削溫度，控制產品變形，進而保證產品設計要求。

3)提高圓度變形控制、壁厚精度控制和尺寸測量精度等。從而提高產品加工精度的穩(wěn)定性，實現(xiàn)定型批量生產。

3個零件夾緊

3.1帶軸向壓縮夾緊的特殊支撐架

為了保證零件在加工過程中受力均勻，防止徑向變形，采用軸向壓緊進行夾緊。通過設計特殊的支撐架配合上蓋板和中心拉桿，可以實現(xiàn)Z軸定位和不完全定位。型芯型腔大端面和錐面的加工。第一步是蓋板，轉大端面，第二步是用三點定位法。三塊壓板均勻安裝在內加工支架上，Z軸壓緊大端面的B面，車削內錐面的C面?；鶞拭鍭的平面度必須達到產品平面度公差值的一半(0.05mm)，從而保證內錐面的圓度要求φ(φ(813±0.05)mm，壁厚公差要求0.05mm，傾角公差要求26.2±2′。該定位夾緊方案采用中大型薄壁產品的設計基準作為加工基準，使基準統(tǒng)一，提高了加工基準的可靠性和精度。有效解決了中大型薄壁零件沒有可靠的定位基準和夾緊固定點的問題。軸壓專用支撐架的夾緊方式如圖4所示。

3.2外錐面的夾緊

零件內錐加工后產品夾緊剛度嚴重減弱，外錐D面夾緊時容易發(fā)生夾緊力變形，導致工件圓度變化過大，加工振動。因此，采用內錐形芯軸定位、Z向壓緊的方案，提高工件的定位精度和夾緊剛度，使工件在夾緊狀態(tài)下的圓度保持在0.03㎜以內，滿足設計要求。該定位方法提高了內外錐面的同軸度，增強了產品的剛性和切削過程的穩(wěn)定性，減少了車削過程中的切削變形?？焖偾邢鱾鳠釡p少了切削熱對產品尺寸和幾何精度的影響，大大提高了夾緊效率。

3.3產品校準和測量

產品內外錐面加工完成后，將大端貼在工作臺上，以小端外徑為基準定表，同軸度控制在0.03mm以內對準產品，同時檢查大端平面，使平面度在0.02mm以內，內圓φ(φ(329±0.05)mm配合面采用三點壓入法加工。由于產品大端的環(huán)形平面B的最大直徑為950mm，產品的高度為587mm，而環(huán)形平面B的寬度只有51mm，所以壓出的平面B的平面度對加工產品的圓度影響很大。大端B的平面度和小端的圓度的變化趨勢如圖6所示。

4工具選擇

材料為鑄造鋁合金ZL205，具有良好的抗疲勞強度、塑性和韌性。車削時，切屑與刀具表面的摩擦力較大，容易造成刀具卡死。另外，由于加工直徑大、切削時間長、材料去除量大的特點，要求加工刀具必須能達到較大的切削深度，并具有良好的耐磨性。所以精加工時應選用京瓷牌SDJER3232 DEG150404R車刀，較大的刀尖圓弧增強刀具壽命。

5加工方案

通過對產品結構和材料特性的分析，為有效控制零件在加工過程中的變形，制定了加工方案:粗車→時效→半精車→時效→精車。通過設置兩次時效過程，使應力得到充分釋放，材料結構中的內應力和加工應力得到充分釋放。精加工半車后，在內外徑向留0.75mm余量，高度方向留2mm余量。

精加工路線采用先在基準面B內側加工，再在基準面B外側加工兩次的方案:精車B面(以支架為定位基準)→精車C面(留0.3mm余量)→在B面上)→調頭(以錐形芯胎為定位基準)→精車D面和A面至圖紙要求的尺寸精度→調頭→精車B面(將定位基準精度提高到0.05mm以內)→調頭加工小端內圓。

6車削內外錐面的雙曲線誤差分析

車削時圓錐面大小端直徑差572mm，Z軸行程長，圓錐面面積大。錐面引起的雙曲線誤差是很嚴重的。車削刀尖從中心偏移旋轉，使刀尖的直線軌跡與圓錐體的母線不重合(見圖7)。產生雙曲線誤差加工的內外錐面是旋轉雙曲線面(見圖8)。要求產品圓錐體的直線度和錐角為26.2° 2′，所以雙曲線必須控制到最大程度。兩個平行面截成一個圓錐面，相交形成雙曲交線。公式是

1=(y2/k2)+(x2/k2)+(tana2/k2) (1)

公式中，y為z軸(長度)的方向值(mm)，x為x軸(直徑)的方向值(mm)；a是產品錐度()；k是兩個曲面之間的距離(刀尖與旋轉中心之間的距離，mm)。

平行面(其中一面過回轉中心)之間的垂直距離引起的最大雙曲線誤差為產品內錐的直線度誤差，產品技術要求小于0.03mm

通過計算加工內外錐面時的Z軸行程和錐面面積，得出車刀刀尖必須等于錐面的旋轉中心，刀尖的直線軌跡必須與錐面的母線重合，刀尖高度與旋轉中心的誤差不能大于0.08毫米

車床錐壁厚度為2.96 ~ 3.05毫米，符合公差要求。產品錐壁上下位置厚度差< 0.05 mm，采用三坐標測量，內外圓φ(φ(329±0.05)mm，圓度< < 0.08mm，錐體直線度< < 0.03mm，錐角測量值在公差要求±2 '以內，錐體雙曲線誤差得到有效控制。

7結束語

通過改進車刀，創(chuàng)新加工方案，調整大錐度薄壁結構件的切削參數(shù)，完成了多種類型薄壁錐殼的加工，加工精度穩(wěn)定，完全滿足設計要求，節(jié)約了大量制造成本，縮短了生產周期，實現(xiàn)了產品的批量生產工藝定型。