分析了異形薄壁（bì）宇航零（líng）件的特點及加工難（nán）點，針對加（jiā）工難點（diǎn），通過設計大錐（zhuī）度薄壁結構件的工（gōng）裝，改進定位方法，創新加工方案，優化加工路徑，控製切削（xuē）變形，從而保（bǎo）證中（zhōng）大直徑、大錐度薄壁產（chǎn）品的加（jiā）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（xù）言
宇航產品中大量采用大錐度薄壁結（jié）構件，此（cǐ）類（lèi）產品（pǐn）存在零件（jiàn）尺寸大、壁薄、加工（gōng）剛度差、易變形、裝夾困難（nán）及切削加工過程振動等問題，導致（zhì）零件表麵質量控製難度大、加工效率低[1]。
本文（wén）所述型號關鍵結構件結構特（tè）點為：錐度大、錐麵長和壁薄等。受其自身複雜的結構（gòu）特點的製約，實際加工中存在以下幾方麵加工（gōng）難（nán）題：①裝夾困（kùn）難，定位基（jī）準（zhǔn）、裝夾方式及裝夾位置（zhì）的選擇嚴重（chóng）影（yǐng）響（xiǎng）零件的（de）加工精度。②易變形，該支（zhī）架為典型的薄壁結構件，加工中（zhōng）隨著材料的（de）去除，內應力及熱應力導致變形，且在加工過程中振刀（dāo）嚴（yán）重。③加工過（guò）程中易產生（shēng）雙曲（qǔ）線誤差，加工（gōng）精度和效率難以保證（zhèng）。根據該結構（gòu）件的加（jiā）工特性（xìng），通過（guò）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（báo）壁結構件的加工瓶頸，並實現（xiàn）該零件批量生產[2，3]。
2 零件的結構特點
2.1 產品尺寸參數
零件（jiàn）材料為鑄（zhù）造鋁合金（ZL205\T6），工藝要求小端直徑（329±0.05）mm，大端直（zhí）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端麵平麵度要求0.1mm。產品結構如精密加工1所示。
精密加工
a）三維結構
精密加工
b）尺寸結構（gòu）
精密加工1 零件（jiàn）結構
2.2產（chǎn）品加工難點及解決方案
1）針對大錐角薄壁結構（gòu），設（shè）計專用內形加工支架、外形加工內錐胎（見精密加工2、精密加工3），有效增強（qiáng）產品加工過程（chéng）中的剛度（dù）。采用該定位裝夾方案確保產品定位（wèi）精度高、裝夾可靠、夾緊力導致的變形最小化（huà）。
精密加工2 內形加工支架
精密加工3 外形加工內錐胎
2）針對產品應（yīng）力變形問題，合理改進加工工藝步驟，使加工中材（cái）料應力（lì）充分釋（shì）放，優化加工切削用量，降低切（qiē）削力和切削溫度，控製產品變形（xíng），進而保證產品設計要求。
3）提高圓度變形控（kòng）製、壁厚精度控製及尺寸測量精度等，從而提（tí）高產品加工精度的穩定性，實現定型批量化生（shēng）產。
3 零件裝夾
3.1 專用支撐架配合軸向壓緊（jǐn）裝夾
為保證零件（jiàn）在加工過程中均勻受力，防止徑向（xiàng）變形，裝夾采用（yòng）軸向（xiàng）壓緊方式。通過設計專用的支撐架配合頂蓋板（bǎn）、中心拉杆，實現Z軸定位及不（bú）完全定位的方案。加工大端端（duān）麵、芯腔內錐度（dù）麵。第（dì）一步加蓋板車削加工大端麵，第二步采用三點定位法，內形加工支架均布安裝三個壓板，Z軸壓住（zhù）大端麵B麵，車削加工內錐麵C麵。基準麵（miàn）A麵平麵度必須達到（dào）產品（pǐn）平麵度公差值的一半（0.05mm），進而保證內錐度麵圓度要求φ（813±0.05）mm，壁（bì）厚公差要求（qiú）±0.05mm，以（yǐ）及傾斜角度公差要求26.2°±2′。該定位（wèi）裝夾方案利用中大型薄壁產品（pǐn）設計（jì）基準作為加工基準，做到基準統一，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類零件沒有可靠定位基準、裝夾固定點（diǎn）的難題（tí）。專用支撐架配合軸向壓緊裝夾方式如精密加工4所示。
3.2 外錐麵裝夾
零件內錐麵加工完成後產品的夾持剛度（dù）被嚴重（chóng）削弱，加工外錐麵D麵裝夾時（shí）極易產生夾緊力變形，引起工件圓度過度變化以（yǐ）及加工振動。為此，采用內圓（yuán）錐形心軸定位，加Z向壓緊的方案，提高工件定位精度、夾持剛度，使工件圓度在裝夾狀態下保（bǎo）持0.03㎜以內，滿足設計需求。該定位方法增強（qiáng）了內外錐麵同軸度，同時增強了產品剛度、切削過程的穩定（dìng）性，降（jiàng）低了車削過程中切削變形。切削熱（rè）傳遞快（kuài），降低了（le）切削熱對產品尺寸及幾何精度的影響，大幅度提升裝夾（jiá）效率。外錐麵裝夾（jiá）方式如精密加（jiā）工5所示。
精密加工4 專用支撐架配（pèi）合軸向壓緊裝夾
精密加工5 外錐麵裝夾
3.3產品找（zhǎo）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（yǐ）小端外徑為基（jī）準打（dǎ）表，同軸度控製在0.03mm以內（nèi），找正產品，同時檢查大端平麵，平麵度達到0.02mm以內。采（cǎi）用三點壓緊的固定方法（fǎ）加工內（nèi）圓φ（329±0.05）mm配合麵。由於產（chǎn）品大端（duān）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麵寬度僅51mm，所以（yǐ）壓緊後B麵平麵度對所加工（gōng）的圓（yuán）度影響較大。大端B麵平麵度及小端圓度變化趨勢如精密加工6所示。
精密加工6 大端B麵平麵度及小端圓度變化趨勢（shì）
4 刀具選擇（zé）
產品材料為鑄造鋁合金ZL205，該材料具有良好的抗疲勞強度、塑性和韌性，車削時（shí），切屑和刀具表麵（miàn）摩擦力大，容易（yì）造成（chéng）粘刀（dāo）。此外由於零件加（jiā）工（gōng）直徑大，走刀時（shí）間長，材料去除量（liàng）大的特點，要求加工刀具必需能夠實現較大切（qiē）削深（shēn）度，並具有較好的耐磨性，因此，精（jīng）車時，選用KYOCERA品牌SDJER3232 DEG150404R車刀，較大刀（dāo）尖圓弧增強刀具壽命（mìng）。刀具型號及切削參（cān）數見表2。
表1 刀具（jù）型號及切削參數
刀具型號
刀具材料
切削（xuē）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
通過對產品結構及材料特性進行分析，為有效控製加工（gōng）過程中零件變形（xíng），製定加工方案（àn）：粗車→時（shí）效→半精車→時效→精車。通過安排兩次時效工序，使應力得到充分釋（shì）放，材料（liào）組織內應力、加工應力充分釋放。半精車完成後，在內外徑向留餘量0.75mm，高度方（fāng）向留餘量2mm。
精加工路線采用先內後（hòu）外加工、兩次加工基準麵B麵的方案：（利用支架為定位基（jī）準）精車B麵（miàn）→精車C麵（B麵留餘量0.3mm）→調頭（利用錐度芯胎（tāi）為定位基準）→精（jīng）車D麵、A麵到精密加工樣要求（qiú）尺寸（cùn）精度→調頭（tóu）→精車B麵（提高（gāo）定位（wèi）基準精度達到0.05mm以內）→調頭加工小端內圓φ（329±0.05）mm(B麵為（wéi）基準)。
6 車削（xuē）內外錐麵時產（chǎn）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（zhóu）行程長、圓錐麵麵（miàn）積大。錐麵產生雙曲線誤差非常嚴（yán）重。車刀刀（dāo）尖偏（piān）移中心旋轉，使刀尖移動的直線（xiàn）軌跡不與圓錐體（tǐ）的母線重合（見精密加工7），產生雙曲線誤差加工（gōng）的內外圓錐體是旋（xuán）轉雙曲線曲麵（見精（jīng）密加工8）。產品的錐麵直線（xiàn）度和錐度角要求非常高26.2°±2′，必須最大限度控製雙曲線的產生。兩平行曲麵切割一個錐形曲麵，相交（jiāo）形成（chéng）雙曲線交線，公式（shì）為（wéi）
1＝（y2/k2）＋（x2/k2）＋（tana2/k2） （1）
式（shì）中，y是Z軸（長度）方向值（mm），x是X軸（直徑）方向值（mm）；a是產品錐度（°）；k是兩曲麵之間的距離（刀尖與旋轉中心的距離，mm）。
平行曲麵之間垂直距離（其中一曲麵通過回轉中心）產生（shēng）的最大雙曲線誤差即為產品內錐麵直線度誤差，產品技術要求（qiú）小（xiǎo）於0.03mm。
精密（mì）加工
精密加工7 刀尖移（yí）動的直線軌跡不與圓錐體的母線重合（hé）
精密加工8 旋轉雙（shuāng）曲線曲麵
通過計算（suàn）加工（gōng）該內外錐麵時Z軸行程、圓錐麵麵積，得出車刀刀尖必須與錐體旋轉中心等高，刀尖（jiān）移動的直線軌跡必須與圓錐體（tǐ）的母線重合（hé），刀尖（jiān）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，符合公差要（yào）求，產品（pǐn）錐壁的上（shàng）下位置處厚度差＜0.05mm。利用三坐標測（cè）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（jun1）在公差要求±2′之內，錐麵雙曲線誤差得到有效控製。
7 結束語
通過改進大錐度薄壁結（jié）構件的車削工裝、創新加工方案及調（diào）整切削參數，完成了多型號（hào）薄壁錐殼體（tǐ）的加工，加工精度穩定，完全滿足設計需求，節省了大量製造成（chéng）本，縮短了生產周期，並且實現了產品的（de）批量生（shēng）產工藝定型。
文章出處：精（jīng）密加（jiā）工 http://www.xjssy.cn/cn/info_15.aspx?itemid=690
