1前言

航空航天產(chǎn)品中大量使用大錐度薄壁結(jié)構(gòu)件。這些產(chǎn)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(guò)程中的振動(dòng)等問(wèn)題，導(dǎo)致表面質(zhì)量控制困難，加工效率低[1]。

本文介紹的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是:大錐度、長(zhǎng)錐面、薄壁等。受制于自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在實(shí)際加工中存在以下加工問(wèn)題:①裝夾困難，定位基準(zhǔn)、裝夾方式、裝夾位置的選擇嚴(yán)重影響零件的加工精度。②容易變形。支架是典型的薄壁結(jié)構(gòu)。隨著材料的去除，加工過(guò)程中內(nèi)應(yīng)力和熱應(yīng)力導(dǎo)致變形，加工過(guò)程中刀具振動(dòng)嚴(yán)重。③加工過(guò)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(jié)構(gòu)件的加工特點(diǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)專用的內(nèi)外定位工裝，改進(jìn)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(jié)構(gòu)件的加工瓶頸，實(shí)現(xiàn)該零件的批量生產(chǎn)[2，3]。

2零件的結(jié)構(gòu)特征

2.1產(chǎn)品尺寸參數(shù)

零件材質(zhì)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(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2產(chǎn)品加工難點(diǎn)及解決方案

1)針對(duì)大錐角薄壁結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)專用內(nèi)加工支架和外加工內(nèi)錐胎(見(jiàn)圖2和圖3)，有效增強(qiáng)產(chǎn)品加工時(shí)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(duì)產(chǎn)品受力變形問(wèn)題，合理改進(jìn)加工步驟，充分釋放加工過(guò)程中的材料應(yīng)力，優(yōu)化加工切削量，降低切削力和切削溫度，控制產(chǎn)品變形，進(jìn)而保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求。

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

3個(gè)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(guò)程中受力均勻，防止徑向變形，采用軸向壓緊進(jìn)行夾緊。通過(guò)設(shè)計(jì)特殊的支撐架配合上蓋板和中心拉桿，可以實(shí)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(zhuǎn)大端面，第二步是用三點(diǎn)定位法。三塊壓板均勻安裝在內(nèi)加工支架上，Z軸壓緊大端面的B面，車削內(nèi)錐面的C面?；鶞?zhǔn)面A的平面度必須達(dá)到產(chǎn)品平面度公差值的一半(0.05mm)，從而保證內(nèi)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(chǎn)品的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為加工基準(zhǔn)，使基準(zhǔn)統(tǒng)一，提高了加工基準(zhǔn)的可靠性和精度。有效解決了中大型薄壁零件沒(méi)有可靠的定位基準(zhǔn)和夾緊固定點(diǎn)的問(wèn)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(nèi)錐加工后產(chǎn)品夾緊剛度嚴(yán)重減弱，外錐D面夾緊時(shí)容易發(fā)生夾緊力變形，導(dǎo)致工件圓度變化過(guò)大，加工振動(dòng)。因此，采用內(nèi)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(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。該定位方法提高了內(nèi)外錐面的同軸度，增強(qiáng)了產(chǎn)品的剛性和切削過(guò)程的穩(wěn)定性，減少了車削過(guò)程中的切削變形?？焖偾邢鱾鳠釡p少了切削熱對(duì)產(chǎn)品尺寸和幾何精度的影響，大大提高了夾緊效率。外錐的夾緊方法如圖5所示。

3.3產(chǎn)品校準(zhǔn)和測(cè)量

產(chǎn)品內(nèi)外錐面加工完成后，將大端貼在工作臺(tái)上，以小端外徑為基準(zhǔn)定表，同軸度控制在0.03mm以內(nèi)對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)品，同時(shí)檢查大端平面，使平面度在0.02mm以內(nèi)，內(nèi)圓φ(φ(329±0.05)mm配合面采用三點(diǎn)壓入法加工。由于產(chǎn)品大端的環(huán)形平面B的最大直徑為950mm，產(chǎn)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(duì)加工產(chǎn)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(shì)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(qiáng)度、塑性和韌性。車削時(shí)，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(shí)間長(zhǎng)、材料去除量大的特點(diǎn)，要求加工刀具必須能達(dá)到較大的切削深度，并具有良好的耐磨性。所以精加工時(shí)選用京瓷品牌SDJER3232 DEG150404R車刀，更大的刀尖圓弧增強(qiáng)刀具壽命。刀具型號(hào)和切割參數(shù)見(jiàn)表2。

5加工方案

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料特性的分析，為有效控制零件在加工過(guò)程中的變形，制定了加工方案:粗車→時(shí)效→半精車→時(shí)效→精車。通過(guò)設(shè)置兩次時(shí)效過(guò)程，使應(yīng)力得到充分釋放，材料結(jié)構(gòu)中的內(nèi)應(yīng)力和加工應(yīng)力得到充分釋放。精加工半車后，在內(nèi)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(zhǔn)面B內(nèi)側(cè)加工，再在基準(zhǔn)面B外側(cè)加工兩次的方案:精車B面(以支架為定位基準(zhǔn))→精車C面(留0.3mm余量)→在B面上)→調(diào)頭(以錐形芯胎為定位基準(zhǔn))→精車D面和A面至圖紙要求的尺寸精度→調(diào)頭→精車B面(將定位基準(zhǔn)精度提高到0.05mm以內(nèi))→調(diào)頭加工小端內(nèi)圓。

6車削內(nèi)外錐面的雙曲線誤差分析

車削時(shí)圓錐面大小端直徑差572mm，Z軸行程長(zhǎng)，圓錐面面積大。錐面引起的雙曲線誤差是很嚴(yán)重的。車削刀尖從中心偏移旋轉(zhuǎn)，使刀尖的直線軌跡與圓錐體的母線不重合(見(jiàn)圖7)。產(chǎn)生雙曲線誤差加工的內(nèi)外錐面是旋轉(zhuǎn)雙曲線面(見(jiàn)圖8)。要求產(chǎn)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(gè)平行面截一個(gè)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(zhǎng)度)(mm)方向值，x為x軸(直徑)(mm)方向值；a是產(chǎn)品錐度()；k是兩個(gè)曲面之間的距離(刀尖與旋轉(zhuǎn)中心之間的距離，mm)。

平行面(其中一面過(guò)回轉(zhuǎn)中心)之間的垂直距離引起的最大雙曲線誤差為產(chǎn)品內(nèi)錐的直線度誤差，產(chǎn)品技術(shù)要求小于0.03mm

通過(guò)計(jì)算加工內(nèi)外錐面時(shí)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(chǎn)品錐壁上下位置厚度差< 0.05 mm，采用三坐標(biāo)測(cè)量，內(nèi)外圓φ(φ(329±0.05)mm，圓度< < 0.08mm，錐體直線度< < 0.03mm，錐角測(cè)量值在公差要求±2 '以內(nèi)，錐體雙曲線誤差得到有效控制。

7結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)車刀，創(chuàng)新加工方案，調(diào)整大錐度薄壁結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)要求，節(jié)約了大量制造成本，縮短了生產(chǎn)周期，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的批量生產(chǎn)工藝定型。