大錐度薄壁結構件的車削加工

1前言

航空航天產（chǎn）品中大量使用大錐度薄壁結構件。這（zhè）些產品存在尺寸大、壁薄、加工（gōng）剛性差（chà）、易變形、裝夾困難以及切削過程中的振動（dòng）等（děng）問題，導（dǎo）致表麵質量（liàng）控製困難，加工效率低[1]。

本文介（jiè）紹的關鍵結構件的結構特點是:大錐度、長錐麵、薄壁等。受製於自身複雜的結構特點，在實際加工中存在以下加工（gōng）問題:①裝夾困難，定位基準、裝夾方式、裝夾位置的選擇嚴重影（yǐng）響零件的加工精度。②容易變形。支架是典型的薄壁結構。隨著（zhe）材料的去除，加工過程中內應力和熱應力導致變形，加（jiā）工過程中刀具振（zhèn）動嚴重。③加工過程中容易出現雙曲（qǔ）線誤差，加工精度和效率難以保證。根（gēn）據該結構件的加工特點，通過設計專用的內外定位工裝，改進零件的加工方法，優（yōu）化（huà）切削參數，可以有效突破中大型薄壁結構件的加工瓶頸，實現該零件的批量生產（chǎn）[2，3]。

2零件的結（jié）構特征

2.1產品尺寸參（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（zhí）徑為(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（jié）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，設計專用內加工支架和外加工內錐胎(見圖2和圖3)，有效增強產品加工時（shí）的剛性。定位（wèi）夾緊方案保證定位精度高，夾緊可靠，夾緊力引起的（de）變形最小。

2)針對產品受力變形問題，合理改進（jìn）加工步（bù）驟，充分釋（shì）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（qiē）削溫度，控製產品變形，進而保證產品設計要求。

3)提高圓度變形控製、壁厚精度控製和尺寸測量精（jīng）度等。從而提高產品加工精度的穩定性，實現定型批量生（shēng）產。

3個零件（jiàn）夾緊

3.1帶軸向壓（yā）縮夾緊（jǐn）的特殊支撐架

為了保證零件在加工過程中受力（lì）均勻（yún），防止（zhǐ）徑向變形，采用軸向壓緊（jǐn）進行夾（jiá）緊。通過（guò）設計特殊的支撐架配合上蓋板和中（zhōng）心拉杆，可以（yǐ）實現Z軸定位和不完全定位。型芯型腔大端麵和錐麵的加工。第一步是蓋板，轉大端麵（miàn），第二步是用三點定位法。三塊壓板均勻安（ān）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（dìng）位夾緊方案采（cǎi）用中（zhōng）大型薄壁產品的設計基準作為加工（gōng）基準，使基準統一，提高了（le）加工基準的可靠性和精（jīng）度。有效解決了中大型薄壁（bì）零件沒有可靠的定位基準和夾緊固定點的問題。軸壓專用支撐架的（de）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（chóng）減弱，外錐D麵（miàn）夾緊時容易發生夾緊力變形（xíng），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（tí）高工件的定位精度和夾緊（jǐn）剛度，使工件在夾緊狀態下（xià）的圓度保持在0.03㎜以（yǐ）內，滿足設計要求。該定位方法（fǎ）提高了內（nèi）外錐（zhuī）麵的同（tóng）軸度，增強了產品的剛性和切削（xuē）過程的穩定（dìng）性，減少了車削過（guò）程中的切削（xuē）變形。快速切（qiē）削傳熱減少了切削熱對產品尺寸和幾何精度的影響，大大提高了夾緊效率。外錐的夾緊方法如（rú）圖5所示（shì）。

3.3產品校準（zhǔn）和測量（liàng）

產品內外錐麵加工完（wán）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（duì）準（zhǔn）產品，同時檢查（chá）大端平麵，使（shǐ）平麵度在（zài）0.02mm以（yǐ）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（duān）的環形平麵B的最大直徑為950mm，產（chǎn）品的高度為587mm，而環（huán）形平麵B的寬度隻有51mm，所以壓出的（de）平麵B的（de）平麵度對加工產品的圓度影響很大。大端B的（de）平麵度和小端的圓度的變化趨勢如圖6所示。

4工（gōng）具選擇

材料為（wéi）鑄造鋁合金ZL205，具有良好的抗（kàng）疲勞強度、塑性和韌（rèn）性。車削時，切屑（xiè）與刀具表麵的摩擦力較大，容易（yì）造成刀具卡死。另外，由於加工（gōng）直徑大、切削時間長、材（cái）料去除量大的特（tè）點，要求加工刀具必須能達到較大（dà）的切削深度，並具有良好的耐磨性。所以精加工時選用京瓷品牌SDJER3232 DEG150404R車刀，更大的刀尖圓弧（hú）增強刀具壽命。刀具型號和切（qiē）割參數見表2。

5加工方案

通過對產品結（jié）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。通過設（shè）置兩次時效過程，使應力得到充分釋放，材料結構（gòu）中（zhōng）的（de）內應力和加工（gōng）應力得到充分釋放。精加（jiā）工半車後，在內外徑向留0.75mm餘（yú）量，高度方（fāng）向留2mm餘量。

精加工路線采用先在基準麵B內側加工，再在基準麵B外側加工兩次（cì）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（shàng）)→調頭(以錐形芯（xīn）胎為定位基準)→精車D麵和A麵至圖（tú）紙要求的尺寸精（jīng）度→調頭→精（jīng）車（chē）B麵(將定位基準精度提高到0.05mm以內)→調頭加工小端內（nèi）圓（yuán）。

6車削內外錐麵的雙曲線誤差分析（xī）

車削時圓錐（zhuī）麵大（dà）小端直徑（jìng）差572mm，Z軸行（háng）程長，圓錐麵麵積大。錐（zhuī）麵引起的雙曲線誤差是很嚴重的。車削刀尖從（cóng）中心偏移旋轉，使刀尖的直線軌（guǐ）跡與圓錐體的母線不重（chóng）合(見（jiàn）圖7)。產生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（zhuī）角為26.2° 2′，所以雙曲線必須控製到（dào）最大程度。兩個平行（háng）麵截一個圓錐麵，相交形成雙曲（qǔ）交線（xiàn）。公式是

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

公式中，y為z軸(長度)(mm)方向值，x為x軸(直徑（jìng）)(mm)方向值；a是產（chǎn）品錐度()；k是兩個（gè）曲麵（miàn）之間的距離(刀尖與旋轉中心之間的（de）距離，mm)。

平行麵(其中一麵過回轉中（zhōng）心)之間的垂直距離引起的最（zuì）大雙曲線誤差為產品內錐的直線度誤差，產品技術要求小（xiǎo）於0.03mm

通過計算加工內外錐麵時的Z軸行程和錐麵麵積，得出車刀刀尖必須等於錐麵（miàn）的旋轉中心，刀尖的直線軌跡（jì）必須與錐（zhuī）麵的母線重合，刀尖高（gāo）度與旋（xuán）轉中心的誤差不能（néng）大於0.08毫米

車床（chuáng）錐（zhuī）壁（bì）厚度為2.96 ~ 3.05毫米，符合公差（chà）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（dù）< < 0.08mm，錐（zhuī）體直線度< < 0.03mm，錐角（jiǎo）測量值在公差要（yào）求±2 '以內，錐體（tǐ）雙曲線誤差得到有效控製。

7結束語（yǔ）

通過改進車刀，創新加（jiā）工方案，調整大錐度薄壁結構件（jiàn）的切削參數，完（wán）成了多種類型薄壁錐殼的加工，加工精度穩定，完全滿足設（shè）計要求，節約了大（dà）量製造成本，縮短了生產周期，實現了產品的批量生產工藝定型。