大錐度薄（báo）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（zhuī）度的薄壁結構件（jiàn）。這些產品存在尺寸大、壁（bì）薄、加工剛性差、易變形、裝（zhuāng）夾困難以及切削過（guò）程中的（de）振動等問題（tí），導致表麵質量控（kòng）製困難，加工效率低（dī）[1]。

本（běn）文介（jiè）紹的關鍵結（jié）構件的結構（gòu）特（tè）點是:大錐度、長錐麵（miàn）、薄壁等。受（shòu）製（zhì）於自（zì）身複雜的結構特點，在實際加工中存在以下加工問題:①裝夾困難，定位基準、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。支架是典型的薄壁結（jié）構。隨著材料的去除，加工過程（chéng）中內應（yīng）力和熱應力導（dǎo）致變形，加工過程中刀具振（zhèn）動嚴（yán）重。③加工（gōng）過程中容易出現雙（shuāng）曲線誤差（chà），加工精度和效率難以保證。根（gēn）據該結構件的加工特點，通過設計（jì）專用的（de）內外定位工裝，改（gǎi）進零件的加工（gōng）方法，優化切削參數，可（kě）以有效突破中大型薄壁結構件的加工瓶（píng）頸，實現該零件的批（pī）量（liàng）生產[2，3]。

2零件的結構特征

2.1產（chǎn）品尺寸參（cān）數

零件材質為鑄造鋁合金(ZL205\T6)，工藝要求為小頭直徑為(329±0.05)mm，大頭直徑為（wéi）(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，產品結構如圖1所示。

2.2產品加工（gōng）難點（diǎn）及解決（jué）方案

1)針對大錐角薄壁結（jié）構，設計專用內加工支架和外加工內（nèi）錐胎(見圖（tú）2和圖3)，有效（xiào）增（zēng）強產（chǎn）品加工時的剛性。定位（wèi）夾緊方案保證定位精度（dù）高，夾緊可靠，夾緊力（lì）引起的變形最小。

2)針對產品受力變形問題，合理（lǐ）改進加工步驟，充分釋放加工過程中的材料應力，優化加工切削量，降低切削力和切削（xuē）溫度，控製產品變形，進而保（bǎo）證產品設計要求。

3)提高圓度變形控製、壁厚精度（dù）控製和尺（chǐ）寸（cùn）測量精（jīng）度等。從而提高產品加工精度的穩定（dìng）性，實現定型批量生產。

3個零件夾緊

3.1帶軸向壓縮夾緊的特（tè）殊支撐架

為了保證零件在加（jiā）工過程中受力均勻，防止（zhǐ）徑向變形，采用軸向壓緊進行夾緊。通過設計特殊的支（zhī）撐架配合上蓋板和（hé）中心拉（lā）杆，可以實現Z軸定位和不完全定位。型芯（xīn）型腔大端麵和錐麵的加工。第一步是蓋板，轉大端麵（miàn），第二步是（shì）用三點定位（wèi）法。三塊壓板均勻安裝在內加工支架上，Z軸壓緊大端麵的B麵，車削內錐麵的C麵。基準麵A的（de）平麵度必須達到產品平麵度公（gōng）差（chà）值的一半(0.05mm)，從而保證（zhèng）內錐麵的圓度要求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（de）設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（jīng）度。有效解決了中大型薄壁零件（jiàn）沒有可靠的定位基準和夾緊固定（dìng）點的問題。軸壓專用支（zhī）撐架的（de）夾緊方式如圖4所示。

3.2外錐（zhuī）麵的夾緊

零件內（nèi）錐加（jiā）工後產品夾緊剛度（dù）嚴（yán）重減弱，外錐D麵夾緊時（shí）容易發生夾緊力變形，導致（zhì）工件圓度變化過大，加工振動。因此，采用內錐形（xíng）芯軸定位、Z向壓緊的方案，提高工件的定位精度和（hé）夾緊剛度，使（shǐ）工件在夾緊狀態下的圓度保持在0.03㎜以內，滿足設（shè）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過程的（de）穩定性，減少了車削過程中的切（qiē）削變形。快速（sù）切削傳熱（rè）減少了切削熱對產品尺寸和幾（jǐ）何（hé）精（jīng）度的影響，大大提高了夾緊效率。

3.3產（chǎn）品校準和測量

產品內（nèi）外錐麵加工完成後，將大端貼在工作（zuò）台上，以小端外徑為基（jī）準定表，同軸度控製在0.03mm以內對準產品，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配合麵采用三點壓入法加工。由於（yú）產品大端的環形平麵B的最大直徑（jìng）為950mm，產品的高度為（wéi）587mm，而環形平麵B的（de）寬度隻有51mm，所以壓出的平麵B的平麵度對加工（gōng）產品的圓度影響很大。大端B的平麵度和小端（duān）的圓度的（de）變化趨（qū）勢如圖6所（suǒ）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，切屑與刀具表麵的摩擦力（lì）較大，容易造成刀具卡死。另外，由於加工（gōng）直徑大、切削時間長、材料（liào）去除量大的特點，要求（qiú）加工刀具必須能達到較大的切削深度（dù），並具有良好的耐磨性。所以精（jīng）加工時應選用京瓷牌SDJER3232 DEG150404R車刀，較大的刀尖圓（yuán）弧增（zēng）強（qiáng）刀具壽命。

5加工方案

通過對產品結構和材料（liào）特性的分析，為有效控製零（líng）件（jiàn）在加（jiā）工過程中的變（biàn）形，製定（dìng）了加工方案:粗車→時效→半（bàn）精車→時效→精車。通過設置（zhì）兩次時效過程，使應力得到（dào）充分釋放，材料結構（gòu）中的內應力和加工應力得到充分釋放。精加工半車後，在內外徑向留0.75mm餘量，高度方向留2mm餘（yú）量。

精加工路線采用先在基準麵B內側（cè）加工，再（zài）在基（jī）準麵B外（wài）側加工兩次的方案:精車B麵(以支架為定位基準)→精車C麵(留0.3mm餘量)→在B麵上)→調頭(以錐形芯胎為（wéi）定位基準)→精車D麵和（hé）A麵至圖紙要求（qiú）的尺寸精度→調頭→精車B麵(將定位基準精度提高到0.05mm以內)→調頭加工（gōng）小（xiǎo）端內圓。

6車削內外錐麵的雙曲線誤差分析

車削時圓錐麵大小端直徑差572mm，Z軸行程長，圓錐麵麵積大。錐麵引起的（de）雙曲線誤差是很嚴重的。車削刀尖從中心偏移（yí）旋轉，使刀尖的直線軌跡與圓錐體的（de）母線不重合(見圖7)。產生雙（shuāng）曲線誤差加工的內外錐麵是旋轉雙曲線麵（miàn）(見圖8)。要求產品圓錐體的直（zhí）線度和錐角為26.2° 2′，所以雙曲線必須控製到最大程度。兩個平（píng）行麵截成（chéng）一個圓錐麵，相交形成雙曲交線。公式（shì）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是產品錐度（dù）()；k是兩個曲麵之間的距離(刀尖與旋轉中心之間的距離，mm)。

平行麵(其中一麵過回轉中心)之間的垂（chuí）直距離引起的最大（dà）雙曲（qǔ）線誤差（chà）為產品內錐的直線度誤差，產品技術要求（qiú）小（xiǎo）於0.03mm

通過計算加工內（nèi）外錐麵（miàn）時（shí）的Z軸行程和錐麵麵積，得出車刀刀（dāo）尖必須等（děng）於錐麵的旋轉中心，刀（dāo）尖的直線軌跡必須與錐麵的母線重合，刀尖高度與旋（xuán）轉中心的誤差不能大於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（zhuī）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（jìn）車（chē）刀，創新加工（gōng）方案，調整大錐度薄壁結構件的切削參數，完成了多種類型薄壁錐殼的（de）加工，加工精度穩定，完（wán）全滿足設（shè）計要求，節約了大量製造成本，縮短了生產周期，實現（xiàn）了（le）產品的批（pī）量生產工藝定型（xíng）。