大錐度薄壁結構件的車削加工（gōng）

1前言

航空航天產品中大量使用大（dà）錐度薄壁結構件。這些產品存在尺寸大、壁薄、加工剛（gāng）性差、易變形、裝夾困難以及切削過程中的（de）振動等問題，導致表麵質（zhì）量控製困（kùn）難，加工（gōng）效率低[1]。

本文介紹的關鍵結構件的結構特點是:大錐度、長錐麵、薄（báo）壁等。受（shòu）製於自身複雜的結構特（tè）點，在實（shí）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（zé）嚴重影響零件的加工精度。②容易變形。支架（jià）是（shì）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（chóng）。③加工過程中容易出現（xiàn）雙曲線誤差，加工（gōng）精度（dù）和效率難以保證。根據該結構件的加（jiā）工特點，通過設計專（zhuān）用的內外（wài）定位工裝，改進零（líng）件（jiàn）的（de）加工方法，優化切削參數，可以有（yǒu）效突（tū）破中大型薄壁結構件的加工瓶頸，實現該零（líng）件的（de）批量生產[2，3]。

2零件的結構特征

2.1產品尺寸（cùn）參數

零件材質為鑄造（zào）鋁合金（jīn）(ZL205\T6)，工藝要求為（wéi）小頭直徑為(329±0.05)mm，大頭直（zhí）徑為(813±0.05)mm，大薄壁傾角為（wéi）26±2′，壁（bì）厚為（wéi）(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（shè）計專用內加工支架（jià）和外（wài）加工（gōng）內錐胎(見圖2和圖3)，有效（xiào）增強產品加工（gōng）時的剛性。定位（wèi）夾緊（jǐn）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（chéng）中的材料應力，優（yōu）化加工切削量，降低（dī）切削力和切削溫度，控製產品（pǐn）變形，進而保證產品設計要求。

3)提高（gāo）圓度變形控製、壁厚精度控製和尺寸測量（liàng）精度等。從而提高產品加工精度的穩（wěn）定性，實（shí）現定型批（pī）量生產。

3個零件夾（jiá）緊

3.1帶軸向壓縮（suō）夾緊的特殊支撐架

為（wéi）了保證零件在加工過程中受力均勻，防止徑向變形，采用（yòng）軸向壓（yā）緊（jǐn）進行夾緊。通過設（shè）計特殊的支撐架配合上蓋板和中心拉杆，可以實現Z軸定位和（hé）不完全定（dìng）位。型芯型腔大端麵和錐麵的加工（gōng）。第一（yī）步是蓋（gài）板（bǎn），轉大（dà）端（duān）麵，第二步是用三點定位法。三塊（kuài）壓板（bǎn）均勻安裝在內（nèi）加工支架上（shàng），Z軸壓緊大端麵的B麵，車削內錐麵的C麵。基準麵A的平麵度必須達到產品平麵度公差值的一半(0.05mm)，從而保證內錐麵的圓度要（yào）求φ(φ(813±0.05)mm，壁（bì）厚公差（chà）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（xíng）薄（báo）壁產品的設（shè）計基準作為加工基準，使基準統一，提高了加工基準的可靠性和精度。有效解決了中大型薄（báo）壁零（líng）件沒有可靠（kào）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外錐麵的夾緊

零件內錐加工（gōng）後產品夾緊剛度嚴重減弱，外錐D麵夾緊（jǐn）時容易發生夾緊力變形，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（de）定位精度（dù）和夾緊剛度，使工件在夾緊狀態下的圓度保持在0.03㎜以（yǐ）內，滿足設計要求。該定（dìng）位方法提高了內（nèi）外錐麵的同軸度，增（zēng）強了產品的剛性和切削過程的穩定性，減少了車削過程中的切削變形。快速切削傳（chuán）熱減少了切削（xuē）熱對產品尺寸和幾何（hé）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產品（pǐn）校準和測量

產品內外錐麵加工完成後，將大端貼在（zài）工作台上，以（yǐ）小端外（wài）徑為基準定（dìng）表，同軸度控製在（zài）0.03mm以內對準（zhǔn）產品，同時檢查大端平麵，使平（píng）麵度在0.02mm以內，內圓φ(φ(329±0.05)mm配（pèi）合麵采（cǎi）用三點壓入法加工（gōng）。由於產品大端的環形平麵B的最大直（zhí）徑為950mm，產品的高度為587mm，而環形平麵B的寬度隻有51mm，所以壓出的平麵B的平麵度對加工產品的圓度影響很大。大端B的平麵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（zhù）造鋁合（hé）金ZL205，具有（yǒu）良（liáng）好的抗疲勞強度（dù）、塑性和（hé）韌性。車削時，切屑與刀具表麵的摩擦力較（jiào）大，容（róng）易（yì）造成（chéng）刀具卡死。另外，由於加工直徑大、切削時間（jiān）長、材料去除量大的特（tè）點，要求加工刀具（jù）必須能達到較（jiào）大的切削深（shēn）度，並具有良好的耐（nài）磨（mó）性。所以精加工時選用京（jīng）瓷品牌（pái）SDJER3232 DEG150404R車刀，更大的刀尖圓弧增強刀具壽命。刀具型（xíng）號和（hé）切割參數見表2。

5加（jiā）工方案

通過對產品結構和材料特性（xìng）的分析，為有效控製零件在加工過程中的變形，製定了加工方案:粗車→時效→半精車→時效→精車。通過設（shè）置兩（liǎng）次（cì）時效過程，使應力得到（dào）充（chōng）分釋放，材料結（jié）構（gòu）中的內應力和加工應力得到（dào）充分釋放（fàng）。精加工半車後，在內外（wài）徑向留0.75mm餘量，高度方向留2mm餘量。

精加工路線采用（yòng）先在基準（zhǔn）麵B內側加工，再在基準麵B外（wài）側加工兩（liǎng）次的方案:精車B麵(以支架為定（dìng）位基準)→精車C麵(留0.3mm餘量)→在B麵上)→調頭(以錐形芯胎為定位基準)→精車（chē）D麵和A麵至圖紙（zhǐ）要求的尺寸（cùn）精度→調頭→精車B麵(將定（dìng）位基準精度提高到0.05mm以內)→調頭加工小端（duān）內圓。

6車削內外錐麵的雙曲線誤差分（fèn）析

車削（xuē）時圓錐麵大小（xiǎo）端直徑差572mm，Z軸（zhóu）行程長，圓錐麵麵積大。錐麵引起的雙（shuāng）曲線誤差是很（hěn）嚴重的。車削刀（dāo）尖從中心偏（piān）移旋（xuán）轉，使刀尖的直線軌跡與圓錐（zhuī）體的母線不重合（hé）(見圖7)。產生（shēng）雙曲線誤差加工的內外錐麵是旋轉雙曲線麵(見圖8)。要求產品圓錐體的直線度和錐角為（wéi）26.2° 2′，所以雙曲線必須控製到（dào）最大程度。兩個平（píng）行麵截一個（gè）圓錐麵，相交形成雙曲交線。公（gōng）式是

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

公（gōng）式中，y為z軸(長（zhǎng）度)(mm)方（fāng）向（xiàng）值，x為x軸（zhóu）(直徑)(mm)方向值；a是產品錐度()；k是兩（liǎng）個曲麵之間的距（jù）離(刀尖與旋轉中心之間的距離，mm)。

平行麵(其中（zhōng）一（yī）麵過回轉（zhuǎn）中心)之間的垂直距離引起的最大雙曲線誤差為產品內錐的直線度誤（wù）差，產品技術要求小於0.03mm

通過計算加工內外（wài）錐麵時的（de）Z軸行程和錐麵麵積，得出車刀刀尖必須等於錐麵的（de）旋轉中心，刀尖的直線（xiàn）軌跡必須與錐麵的母線重合，刀尖高度與旋轉中心的誤差（chà）不能大於0.08毫米

車床錐壁厚度為2.96 ~ 3.05毫米，符（fú）合公差要求。產品錐壁（bì）上下位置厚（hòu）度差< 0.05 mm，采用三（sān）坐標測量（liàng），內外圓φ(φ(329±0.05)mm，圓度< < 0.08mm，錐體直（zhí）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製。

7結束語

通過改進車刀，創新加工方案，調整大錐度薄壁結構件的切削參數，完成（chéng）了多種（zhǒng）類型薄壁錐殼的加（jiā）工，加工精度穩定，完全滿足設（shè）計要求，節約（yuē）了（le）大量製造成本，縮短了（le）生產周期，實現了產品（pǐn）的批量生產工藝定型。