1前言

產(chǎn)品中大量使用大錐度的薄壁結(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程中的振動等問題，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)特點是:大錐度、長錐面、薄壁等。受制于自身復(fù)雜的結(jié)構(gòu)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(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，加工過程中內(nèi)應(yīng)力和熱應(yīng)力導(dǎo)致變形，加工過程中刀具振動嚴(yán)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(jié)構(gòu)件的加工特點，通過設(shè)計專用的內(nèi)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(jié)構(gòu)件的加工瓶頸，實現(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)品加工難點及解決方案

1)針對大錐角薄壁結(jié)構(gòu)，設(shè)計專用內(nèi)加工支架和外加工內(nèi)錐胎(見圖2和圖3)，有效增強產(chǎn)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(chǎn)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(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，進而保證產(chǎn)品設(shè)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(chǎn)品加工精度的穩(wěn)定性，實現(xiàn)定型批量生產(chǎn)。

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(shè)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(zhuǎn)大端面，第二步是用三點定位法。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有可靠的定位基準(zhǔn)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(nèi)錐加工后產(chǎn)品夾緊剛度嚴(yán)重減弱，外錐D面夾緊時容易發(fā)生夾緊力變形，導(dǎo)致工件圓度變化過大，加工振動。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)計要求。該定位方法提高了內(nèi)外錐面的同軸度，增強了產(chǎn)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(chǎn)品尺寸和幾何精度的影響，大大提高了夾緊效率。

3.3產(chǎn)品校準(zhǔn)和測量

產(chǎn)品內(nèi)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(zhǔn)定表，同軸度控制在0.03mm以內(nèi)對準(zhǔn)產(chǎn)品，同時檢查大端平面，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(yīng)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(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(shè)置兩次時效過程，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(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(chǎn)品錐度()；k是兩個曲面之間的距離(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

通過計算加工內(nèi)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(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

通過改進車刀，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)計要求，節(jié)約了大量制造成本，縮短了生產(chǎn)周期，實現(xiàn)了產(chǎn)品的批量生產(chǎn)工藝定型。