大錐度薄壁結構件的車削加工精度測量與裝夾定位

1前言

產品中大量使用大錐度的（de）薄壁結（jié）構件。這些產品存在尺寸大、壁薄、加工剛性差、易變形、裝夾困難以及切削過程（chéng）中的振動等問（wèn）題，導致（zhì）表麵質量控製困難，加工效（xiào）率低（dī）[1]。

本文介紹的關鍵結構件的結構特點是:大錐度、長錐麵、薄壁等。受製於自身（shēn）複雜的結構特（tè）點，在實際加工中存在以下加工問題:①裝夾困難，定位基準、裝夾方式、裝夾位（wèi）置的選擇嚴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。隨（suí）著（zhe）材（cái）料的去除，加工過程中內應力和熱應力導致變形（xíng），加工過（guò）程中刀具振動嚴重。③加工過程中容易出現雙曲線誤差，加工精度和效率難以保證。根據該結構件的加工特點，通過設計專（zhuān）用的內外定位（wèi）工裝，改進零件的加工方法，優化切削參數，可以有（yǒu）效突破中大型薄壁（bì）結構件的加工（gōng）瓶頸，實現該零件的批量生產[2，3]。

2零件（jiàn）的結構（gòu）特征

2.1產品尺寸參數

零件材質為鑄（zhù）造鋁（lǚ）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（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（diǎn）及解決方案

1)針對大錐角薄壁結構，設計專用內加工（gōng）支架和外加（jiā）工內錐胎(見圖2和圖3)，有效增強產品加工時的剛性。定位夾緊方案保證定位精度高，夾緊可靠，夾緊（jǐn）力引起（qǐ）的變形最小。

2)針（zhēn）對（duì）產品受力變（biàn）形問題，合（hé）理改進加工步驟，充分釋放加（jiā）工過程中的（de）材料應力，優化（huà）加工切削量，降低切削力和切削溫度（dù），控製（zhì）產品變形，進而保證產品設計要求。

3)提高圓度（dù）變形控製、壁厚精度控製和（hé）尺寸測（cè）量精度等。從而提高產品加工精度的穩定性，實現定型批量生產。

3個零件夾緊

3.1帶軸向壓縮（suō）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（fáng）止徑（jìng）向變形，采用軸向壓緊進（jìn）行夾緊（jǐn）。通過設計特殊的（de）支撐架配（pèi）合上蓋板和（hé）中心拉杆，可（kě）以實現Z軸定位和不完全定位。型芯（xīn）型腔大端麵（miàn）和錐麵的加（jiā）工。第一（yī）步（bù）是蓋板，轉大端麵，第二步是用三點定位（wèi）法。三塊壓板均勻安裝在內（nèi）加（jiā）工支架上，Z軸壓緊大端麵的B麵，車（chē）削內錐麵的（de）C麵。基準麵A的平麵度必須達（dá）到產品平（píng）麵度公（gōng）差值的一半(0.05mm)，從而保證內錐麵的圓度要求（qiú）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品的設計基準作（zuò）為加工基準，使基準統一，提高（gāo）了加工基準的（de）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和夾緊固定點的問題（tí）。軸壓專用支撐架的夾緊方式如圖4所示（shì）。

3.2外錐麵的夾緊

零件內錐加工後產品夾緊剛度嚴重減弱，外錐D麵夾緊時（shí）容易發生夾緊力變形，導致工件圓度（dù）變化過大，加工振動。因此，采用內錐（zhuī）形芯軸定位、Z向壓緊的方案，提高工件（jiàn）的定位（wèi）精度和夾緊剛度，使（shǐ）工件（jiàn）在夾緊狀態下（xià）的圓度保持在0.03㎜以內，滿足設計要求。該（gāi）定位方法提高了內外錐麵的同軸度，增強了產品的剛性和切削（xuē）過（guò）程的（de）穩定（dìng）性，減（jiǎn）少了車削過程中的切削變形。快速切削傳熱減少了切削熱對產（chǎn）品尺寸和幾何（hé）精度的影響，大（dà）大提高了夾緊效率。

3.3產（chǎn）品校準和測（cè）量

產品內外錐麵加工完成後，將大端貼在工作台上，以小端外徑為基準定表，同軸度控製在0.03mm以內對準產品，同時（shí）檢查大（dà）端平麵，使平麵度在0.02mm以內，內圓φ(φ(329±0.05)mm配合麵采用三點壓入法加工。由於產品大端的環形平麵B的最大直徑為950mm，產品的高度為587mm，而環形平麵（miàn）B的寬度隻有51mm，所以壓出的平（píng）麵B的平麵度對加工產品的圓度影響（xiǎng）很大。大端（duān）B的平麵度和小端的圓度的變化趨勢如（rú）圖6所示。

4工具選擇（zé）

材料為鑄造鋁合金ZL205，具（jù）有良好的抗疲勞強度、塑性和韌性。車（chē）削時，切屑與（yǔ）刀具表麵的摩擦力較大，容易造成刀具卡死。另外，由於加工直徑大（dà）、切削時間長、材料去除量大的（de）特點（diǎn），要求加工刀具必（bì）須能達到較大的切削深度，並具有良好的耐磨性。所以精加（jiā）工時（shí）應選用京瓷牌SDJER3232 DEG150404R車刀，較大的（de）刀尖（jiān）圓（yuán）弧增強刀具壽命。

5加工方案

通過對產品結構和材料特性的分析，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（guò）設置（zhì）兩次時效過程，使應力得到充分（fèn）釋（shì）放，材料結構中（zhōng）的內（nèi）應力和加工應力得（dé）到充分釋放。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（lù）線（xiàn）采用先在（zài）基準麵B內側加工，再在基準麵B外側加工（gōng）兩次的方案:精車B麵(以（yǐ）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（zhǔn）)→精（jīng）車D麵和A麵至圖紙（zhǐ）要（yào）求的尺寸精度→調頭→精車B麵(將定位基（jī）準精度提高到0.05mm以內)→調頭加工小端內圓。

6車削內外錐麵的雙曲線（xiàn）誤差分析

車（chē）削時（shí）圓錐麵大小端直徑差572mm，Z軸行程長，圓錐麵麵（miàn）積大。錐麵引起的雙曲線誤差是很嚴重的。車削刀尖（jiān）從中心偏移旋轉，使刀尖（jiān）的直線（xiàn）軌跡與圓錐體的母線不重合(見圖7)。產生雙曲線誤差加工的內外（wài）錐麵是旋轉雙曲線麵(見圖8)。要求產品圓錐（zhuī）體的直線度和錐角（jiǎo）為26.2° 2′，所（suǒ）以雙曲線必須控製到最（zuì）大程度（dù）。兩個（gè）平行麵（miàn）截（jié）成一個圓錐麵，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（de）方（fāng）向值(mm)，x為（wéi）x軸(直徑)的方向值(mm)；a是產（chǎn）品錐度()；k是兩個曲（qǔ）麵之間的距離(刀尖與旋轉中心之間的距離，mm)。

平行麵(其中一麵過（guò）回轉中心)之（zhī）間的垂直距（jù）離引起的最大雙曲線誤差為產（chǎn）品（pǐn）內錐的直（zhí）線度誤差，產品技術要（yào）求小於0.03mm

通過計算加工內外錐麵時的（de）Z軸行程和錐（zhuī）麵麵積，得出車刀刀尖必須等於錐麵的旋轉中心，刀尖的（de）直線軌（guǐ）跡必須與錐麵的母線重（chóng）合，刀尖高度與旋轉中心的誤（wù）差不能大於0.08毫米

車床錐壁厚度（dù）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，采用三坐標測量，內外圓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（yǐ）內，錐體雙曲線（xiàn）誤差得（dé）到有效（xiào）控製。

7結束語

通過改進車刀，創新（xīn）加工（gōng）方案（àn），調整大錐度薄壁結構件的切削參數（shù），完成了多種類（lèi）型薄壁錐殼的加工，加工精度穩定，完全滿足設計要求，節約了大量（liàng）製造（zào）成本，縮（suō）短了生產周期，實（shí）現了產品的批量生產工藝定型。