分（fèn）析了異形薄壁宇航零件的特點（diǎn）及加工難點，針對加工難點，通過（guò）設（shè）計大錐度薄壁結構件的工裝，改進定位方（fāng）法，創新（xīn）加工方案（àn），優化加工路徑，控製切削變形（xíng），從（cóng）而保證中大直徑、大錐（zhuī）度薄壁產品的加工精度，實現了航天器研製過程中的高（gāo）質量、批量（liàng）化生產（chǎn）。
1 序言
宇航產品中大量采用大錐度薄壁結構件（jiàn），此類產品（pǐn）存在零件尺（chǐ）寸大、壁薄、加工剛度（dù）差、易變形（xíng）、裝夾困難及切削加工過程振動等問題，導致零件表麵質量控（kòng）製難度大（dà）、加工效率低（dī）[1]。
本文所述型號關鍵結構件結構特點為：錐度大、錐麵長和壁薄等。受其自身複雜的結構特點的製約，實際加工中存在以下幾方麵加工難題：①裝夾（jiá）困（kùn）難，定（dìng）位基準、裝夾方式及（jí）裝夾位置的選擇嚴（yán）重影響零（líng）件的加工精度。②易變形，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（lì）及熱應力導致變形，且在加工過程中（zhōng）振（zhèn）刀嚴（yán）重。③加工過程中易（yì）產生雙曲線（xiàn）誤差，加工精度和（hé）效（xiào）率難以保證。根據該（gāi）結構件的加工特性，通過設計專用內（nèi）外型定位工裝，改進零件工（gōng）藝加工方法，優化切削參數，有效突（tū）破中大型薄壁結構（gòu）件的加工瓶頸，並實（shí）現該零件批（pī）量生產[2，3]。
2 零件的（de）結構特點
2.1 產品尺寸參數
零件材料為鑄造鋁合金（ZL205\T6），工（gōng）藝（yì）要求小端（duān）直徑（329±0.05）mm，大端直徑（813±0.05）mm，大薄壁傾角26°2′，壁厚（hòu）（3±0.05）mm，整體高（gāo）度（587±0.05）mm，B端（duān）麵平麵度要求0.1mm。產品（pǐn）結構如精（jīng）密加工1所示。
精密加工
a）三（sān）維結構
精密加（jiā）工
b）尺寸結構
精密（mì）加工1 零件結構
2.2產（chǎn）品加工難點及解決（jué）方（fāng）案
1）針對大錐角薄壁結構，設計專用內形加（jiā）工支架、外形加工內（nèi）錐胎（見精密加工2、精密加工3），有效增強產品加工過程中的剛度。采（cǎi）用該定位裝夾方案確保產品定位精度高、裝夾（jiá）可靠、夾緊力導（dǎo）致（zhì）的變形最小化。
精密加工2 內形加工支架
精密加工3 外形（xíng）加工內錐胎
2）針對產品（pǐn）應力變形問題，合理改進加工工藝步驟，使（shǐ）加工中材料應力充分釋放，優化加工切削用量，降低切削（xuē）力和切削（xuē）溫度，控製產品變形（xíng），進而保證（zhèng）產品設計要求。
3）提高圓度變（biàn）形（xíng）控製、壁厚精度控製及尺寸測量精度等，從而提高產品加工（gōng）精度的穩定（dìng）性，實現定型批量化生（shēng）產。
3 零件裝夾
3.1 專用支（zhī）撐架配合軸向壓緊裝夾（jiá）
為保證零件在加工過程中（zhōng）均勻受力，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（chēng）架配合頂蓋板（bǎn）、中心拉杆，實現Z軸定位及不（bú）完全定位的方案。加工（gōng）大（dà）端端麵（miàn）、芯腔內錐度麵（miàn）。第一步加（jiā）蓋板車削加工大端麵，第二步采用三點（diǎn）定位法，內形加工支架均布（bù）安裝三個壓板，Z軸壓（yā）住大端麵（miàn）B麵，車削加工內錐麵C麵。基準麵A麵平麵度必須達到產（chǎn）品平麵（miàn）度公差值的一半（0.05mm），進而保證內（nèi）錐度麵圓度要求φ（813±0.05）mm，壁厚公差要求±0.05mm，以及傾斜角度公差（chà）要求26.2°±2′。該定（dìng）位（wèi）裝夾方案（àn）利用中大型薄壁產品設計基準作為加工基準，做到基準統一，提高了加工基準的可靠性和精度。有效解決了中大型（xíng）薄壁類零件（jiàn）沒有可靠定位基準、裝夾固定點的難題。專用支撐架（jià）配合（hé）軸向壓緊裝（zhuāng）夾方式如精密加工4所示。
3.2 外錐麵裝夾
零件（jiàn）內錐麵加（jiā）工完成後產品的夾持（chí）剛度被嚴重削弱，加工外錐麵D麵裝夾時（shí）極易產生（shēng）夾緊力變形，引起工件圓度過度變化以及加（jiā）工振動。為此，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（jīng）度、夾持剛度，使工件圓度在裝夾狀態下保持0.03㎜以內（nèi），滿足設計需求。該定位方法增強了（le）內外（wài）錐麵同軸度，同時增強了產品剛（gāng）度、切削過程的穩定性（xìng），降低了車削（xuē）過程中切削變形。切削熱傳遞快，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。外錐麵裝夾方式（shì）如精密加工5所示。
精（jīng）密加（jiā）工4 專用支撐架配合軸向（xiàng）壓緊裝夾
精密加工5 外錐麵裝夾
3.3產品找正及測量
產品內外錐麵加工完（wán）成後，大端與工作台貼合，以小端外徑為基（jī）準打表，同軸度控製在0.03mm以內，找正產品，同時檢查大端平麵，平麵度達到0.02mm以（yǐ）內。采用三點壓（yā）緊的固定方（fāng）法加（jiā）工內（nèi）圓φ（329±0.05）mm配合（hé）麵。由（yóu）於產品大（dà）端（duān）環形平（píng）麵B麵最大直徑為950mm，產（chǎn）品高（gāo）度達到587mm，環形（xíng）平麵B麵寬度僅51mm，所以壓緊後B麵平（píng）麵度對所加工的圓度影響較大。大端B麵平麵度及小端圓度變化趨勢如（rú）精（jīng）密加工（gōng）6所示。
精密加工6 大端B麵平麵度（dù）及小端圓度變化趨勢
4 刀具（jù）選擇
產品材（cái）料為鑄造鋁合金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力大，容易（yì）造成粘（zhān）刀（dāo）。此外由於零件加工直徑大，走刀時間長（zhǎng），材料去除量大的特點，要求加工（gōng）刀具必需能夠實現較大切削（xuē）深度（dù），並具有較好的耐磨性，因此，精車時（shí），選用KYOCERA品牌SDJER3232 DEG150404R車刀，較大刀尖圓弧增強刀具壽命。刀具型號（hào）及（jí）切削參（cān）數（shù）見表2。
表1 刀具型號及切削參數
刀具型號
刀具材（cái）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 加工方（fāng）案
通過對產品結（jié）構及材料特性進行分析，為有效（xiào）控製加工過程中零件變（biàn）形，製（zhì）定加工方案：粗（cū）車→時效→半精車→時效→精車。通過安排兩次時效工序，使應（yīng）力得到充分釋放，材料組織內應力、加工應力充分釋放。半精車完成後，在內外徑向留（liú）餘量0.75mm，高度方向留餘量2mm。
精（jīng）加工路（lù）線采用先內後外加工、兩次加工基準麵B麵的方案：（利用支架為定位基準）精車B麵→精車C麵（B麵留餘量0.3mm）→調頭（利用（yòng）錐度芯胎為定位基準）→精車D麵、A麵到精密加工樣要求尺寸（cùn）精度→調頭→精車B麵（提高定位基準精度達到0.05mm以內）→調頭加工小（xiǎo）端內圓φ（329±0.05）mm(B麵為基準)。
6 車削內外錐麵時產生雙曲線誤差分析
產品車削中圓錐麵大小端直徑相差572mm，Z軸行程長、圓錐（zhuī）麵麵積大。錐麵產生（shēng）雙曲（qǔ）線（xiàn）誤差非常嚴重。車（chē）刀（dāo）刀尖偏移中心旋轉，使刀尖（jiān）移動的直線軌跡（jì）不與圓錐體的（de）母線重合（見精密加工7），產生雙曲線誤差加工的（de）內外（wài）圓（yuán）錐體是旋轉雙曲線曲（qǔ）麵（見精密（mì）加（jiā）工8）。產品的錐麵直線度和錐度角要（yào）求非常高26.2°±2′，必（bì）須最大限度控製雙曲（qǔ）線的產生。兩平行曲麵切割一個錐形曲麵，相交形成雙曲線交線，公式為
1＝（y2/k2）＋（x2/k2）＋（tana2/k2） （1）
式中（zhōng），y是Z軸（長度）方向值（mm），x是X軸（直徑）方向值（mm）；a是（shì）產品錐（zhuī）度（°）；k是兩曲麵之間的（de）距離（刀尖與旋轉中心的（de）距離，mm）。
平行曲（qǔ）麵之間垂直距離（其中一曲麵通過回轉（zhuǎn）中心）產生的最大雙曲線誤（wù）差即為產品內錐麵直線度（dù）誤差，產品技術（shù）要求小於（yú）0.03mm。
精密加工
精密加工7 刀尖移動（dòng）的直線軌跡不與圓錐體的母線重合（hé）
精密加工8 旋轉雙曲線曲麵
通過計算加（jiā）工該內（nèi）外錐麵時Z軸行程、圓錐麵麵積，得出車刀刀尖必須與錐體（tǐ）旋轉中心等高，刀尖移動的直線軌跡必須與圓錐（zhuī）體的母線（xiàn）重（chóng）合，刀尖高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（chǎn）品錐壁的上下位置處厚度差＜0.05mm。利用三坐標測量，內外圓φ（329±0.05）mm，圓度均＜0.08mm，和錐麵直線度均＜0.03mm，錐麵角度測量值均在公差要求±2′之內，錐麵雙曲線（xiàn）誤差得到有效控製（zhì）。
7 結（jié）束語
通過改（gǎi）進大錐度薄壁結構件的車削工（gōng）裝、創新加工（gōng）方案及調整（zhěng）切削參數，完成了多型（xíng）號薄壁錐殼體的加工（gōng），加工精度穩定，完全滿足設計需求，節省了大量製造成本，縮短（duǎn）了生產周期，並且實現了產品的批量生產（chǎn）工藝定型（xíng）。
文章出處：精密加工 http://www.dgszm.com/cn/info_15.aspx?itemid=690
