談艙體零件機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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摘要：艙體零件屬于彈體主要結(jié)構(gòu)件之一，有機(jī)械強(qiáng)度和重量控制要求，其薄壁回轉(zhuǎn)特征和鋁合金材料的不穩(wěn)定性對(duì)機(jī)械加工造成了一定難度，主要體現(xiàn)在艙體零件的機(jī)械加工變形導(dǎo)致檢驗(yàn)數(shù)據(jù)采集困難和檢驗(yàn)結(jié)果容易超差兩方面。從工藝設(shè)計(jì)角度出發(fā)，應(yīng)針對(duì)艙體零件常見(jiàn)的變形、尺寸精度和幾何公差難保證等質(zhì)量問(wèn)題制定合理、可行、正確的工藝方案?；诖祟惲慵嗄陙?lái)的工藝設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)艙體類零件的結(jié)構(gòu)、工藝性分析、工藝基準(zhǔn)選擇、工藝方案設(shè)置以及工裝設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了闡述，有利于提升該類零件的機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)水平和產(chǎn)品加工質(zhì)量。通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中的工藝攻關(guān)、質(zhì)量改善等活動(dòng)提煉出來(lái)的工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)簡(jiǎn)明扼要，具備適應(yīng)性、實(shí)用性、安全性等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：艙體零件；薄壁；易變形；工藝設(shè)計(jì)

艙體零件內(nèi)一般放置儀器、電路板、氣瓶、舵機(jī)等零部件，艙外需要連接舵翼、彈翼、掛架等重要組件［1］，在滿足承重要求的同時(shí)其自身還有重量限制指標(biāo)，因而此類零件多設(shè)計(jì)成鋁合金材質(zhì)的筒狀薄壁結(jié)構(gòu)存在一定的加工難度。依據(jù)工廠長(zhǎng)期加工實(shí)踐，本文總結(jié)出該類零件的機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，與同行分享。

1艙體零件結(jié)構(gòu)概述

［2］艙體零件常見(jiàn)外形為薄壁筒狀，諸如控制艙、儀器艙類零件，軸向與徑向尺寸比值＞1。某型控制艙和儀器艙結(jié)構(gòu)分別如圖1和圖2所示。其軸、徑尺寸比為1．6～2．2，外徑為170～200mm，壁厚為2mm，薄壁易變形，產(chǎn)品的重要徑向檢驗(yàn)數(shù)據(jù)只能在機(jī)床上臨床測(cè)量，當(dāng)取下工件后就難以測(cè)量了，而且檢驗(yàn)結(jié)果存在一定的超差率，可制造性差。艙體零件的內(nèi)腔裝控制部件，筒壁及腔內(nèi)常有配合窗口和相應(yīng)的螺紋孔、沉頭通孔；其外側(cè)裝彈翼和舵翼，與導(dǎo)彈發(fā)射架連接，一般需要加工出滑塊座及導(dǎo)向槽。

2艙體零件的工藝性分析

2．1材料

艙體零件多采用鋁合金材料加工，常用的牌號(hào)為2A12－T4、7A04－T6、ZL101A、ZL205A。毛坯種類可分為型材和鑄件，2A12－T4、7A04－T6多為管材和棒材，ZL101A、ZL205A則常用于鑄造件。鋁合金的加工穩(wěn)定性差，在薄壁結(jié)構(gòu)零件的加工中更容易產(chǎn)生變形。

2．2加工精度

［4］艙體零件的配合部位精度要求較高，為IT7～I(xiàn)T9；其次是控制壁厚的尺寸，其他尺寸多為自由公差。配合部位的表面粗糙度一般為Ra（1．6～3．2）μm，其余為Ra6．3μm。常見(jiàn)的幾何公差為同軸度、垂直度、對(duì)稱度和位置度等，要求值為0．02～0．08mm，由于此類零件的加工容易變形，對(duì)于尺寸精度的保證存在一定困難。

2．3薄壁結(jié)構(gòu)的加工穩(wěn)定性

依據(jù)鋁合金類艙體零件的加工經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)壁厚為2mm時(shí)，其徑向尺寸的變形量多為其外徑的千分之一，材料牌號(hào)不同，變形量略有差異，依照這個(gè)經(jīng)驗(yàn)值估算，已經(jīng)超出了配合部位的徑向尺寸公差。按理論尺寸加工的內(nèi)徑一旦從機(jī)床上拆下后測(cè)量，就出現(xiàn)局部點(diǎn)超出公差上下限的情況。這是工件變形所引起的，對(duì)加工、測(cè)量和使用都帶來(lái)麻煩。針對(duì)艙體零件薄壁結(jié)構(gòu)的加工穩(wěn)定性差，需要在工藝上對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量控制有相應(yīng)的具體措施。

3艙體零件的工藝基準(zhǔn)

3．1粗基準(zhǔn)的選擇

粗基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證加工面與非加工面之間的位置要求及合理分配各加工面的余量，同時(shí)要為后續(xù)工序提供精基準(zhǔn)。針對(duì)艙體零件的鑄造毛坯，如下原則可供參考。1）為保證加工面與非加工面之間的位置要求，應(yīng)選非加工面為粗基準(zhǔn)。2）合理分配各加工面的余量。3）粗基準(zhǔn)應(yīng)避免重復(fù)使用，在同一尺寸方向上，通常只允許使用一次。4）作為粗基準(zhǔn)的表面應(yīng)平整光潔，應(yīng)避開(kāi)鍛造飛邊和鑄造澆冒口、分型面、毛刺等缺陷，以保證定位準(zhǔn)確，夾緊可靠。

3．2精基準(zhǔn)的選擇

精基準(zhǔn)的選擇應(yīng)能保證工件定位準(zhǔn)確，夾緊可靠，操作方便，可按如下原則選取。1）基準(zhǔn)重合原則，采用設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)。艙體零件常見(jiàn)的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)為內(nèi)孔、外圓、端面，確定工藝基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)首先考慮將內(nèi)孔和端面作為定位基準(zhǔn)。2）基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，工件在加工過(guò)程中應(yīng)盡可能地采用統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，如車工序和加工中心工序應(yīng)盡量以同一個(gè)基準(zhǔn)加工出相應(yīng)的部位。3）互為基準(zhǔn)原則，為使加工面間有較高的位置精度，可采取反復(fù)加工、互為基準(zhǔn)的原則：艙體零件留余量的外圓作為基準(zhǔn)可加工出內(nèi)孔，再以內(nèi)孔為基準(zhǔn)精加工出外圓，此時(shí)外圓又可以作為加工中心的找正基準(zhǔn)。

4艙體零件的工藝方案

4．1主要工序環(huán)節(jié)

在艙體零件的加工中采用最多的工序環(huán)節(jié)是車和加工中心，車工序完成艙體零件圓形回轉(zhuǎn)部位的內(nèi)外形加工，加工中心工序完成艙體零件內(nèi)外型面上的滑塊、窗口、螺釘孔、通孔等部位的加工。這兩道主要工序環(huán)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)艙體零件的大部分加工內(nèi)容，同時(shí)這兩道工序也是工藝方案設(shè)置的重點(diǎn)。車工序劃分為粗車和精車，粗車常安排在普通車床上，精車則利用數(shù)控車床完成。銑工序劃分為粗銑和精銑，在生產(chǎn)條件允許的情況下，均可以使用加工中心完成。加工中心包括臥式加工中心、立式加工中心和五軸加工中心等。臥式加工中心主要用于加工艙體端面、內(nèi)腔等部位的凸臺(tái)、凹槽、不規(guī)則孔、螺紋孔、通孔；立式加工中心主要用于加工艙體零件外形面上的滑塊、窗口、螺釘孔、通孔；五軸加工中心兼具有臥式、立式加工中心的加工功能，而且還能加工帶任意空間角度的平面、凸臺(tái)、凹槽和孔系。

4．2輔助工序環(huán)節(jié)

本文重點(diǎn)闡述作為控制艙體加工變形的一個(gè)重要的輔助工序環(huán)節(jié)，鉗工序的校形對(duì)變性太大的艙體很有必要。一般來(lái)說(shuō)，只要艙體零件的設(shè)計(jì)剛性尚可，在控制好上述兩道主要工序環(huán)節(jié)的情況下是不需要安排鉗工校形的，但遇到了設(shè)計(jì)剛性太差又必須加工的艙體零件，鉗工序的校形作用就能突顯出來(lái)。鉗工序校形可借助虎鉗、壓力機(jī)、校形工裝來(lái)實(shí)現(xiàn)［7］，外徑為170mm的艙體可以直接在虎鉗上校形，大于這個(gè)尺寸的可以采取壓力機(jī)校形。校形工裝與艙體外徑配合，工裝的配合內(nèi)徑是艙體外徑的1．1～1．382倍，這個(gè)倍數(shù)再劃分2～3次，將逐次接近于工件外形的校形工裝分開(kāi)使用，可以將變形太大的艙體內(nèi)孔校正到公差范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)內(nèi)孔多邊形。鉗工序校形一定要在工藝上明確校形的正確方法，避免施力過(guò)大或頻繁校形使艙體出現(xiàn)裂縫，那樣就得不償失了。

4．3人工時(shí)效環(huán)節(jié)

人工時(shí)效在控制鋁合金艙體零件變形方面很有效果，通過(guò)烘箱的加熱保溫及自然冷卻可以消除加工過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力，從而降低變形程度?？梢愿鶕?jù)零件結(jié)構(gòu)和加工余量，設(shè)置1道或多道人工時(shí)效，一般放在精加工之前進(jìn)行。

4．4工藝方案的設(shè)置

［8－9］本文提出的艙體零件的基本工藝路線如下：下料→粗車→粗銑→人工時(shí)效→精車內(nèi)形→精銑內(nèi)形→人工時(shí)效→精車外形→精銑外形→鉗→表面處理。艙體零件的車工序應(yīng)控制好加工余量，按艙體壁厚2mm為例，精車內(nèi)形余量單邊按0．5mm，外圓余量單邊按2mm比較適宜，外圓余量較大主要是為精加工內(nèi)形提供必要的零件剛性。艙體上的滑塊、窗口、孔系應(yīng)集中安排在精銑內(nèi)形和精銑外形兩道工序。劃分時(shí)應(yīng)注意精車外形對(duì)精銑內(nèi)形所形成部位的幾何公差的影響程度。

5工裝

［10］艙體零件主要使用的工裝有3種：漲胎、堵頭和抱胎，車工序和加工中心工序所用的漲胎和堵頭可以通用，臥式加工中心的抱胎需要臨床加工，對(duì)于不適用漲胎的小孔徑艙體可以采取兩頭配車堵頭的方法定位加工外形。漲胎（見(jiàn)圖3）是固定在三爪自定心卡盤上，徑向受力撐工件內(nèi)孔以定位加工的一種常用工裝，適用于車削、銑削、鉆削等工種的裝夾定位。漲胎常用的材料是鋁合金，另外也可以采用45鋼、鑄鐵等材料。對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品以及有特殊裝夾需要的產(chǎn)品，所用漲胎需要進(jìn)行熱處理，以增加胎具的剛度和耐磨性。漲胎的內(nèi)孔、外圓一次裝夾車成，理論上可獲得較高的定位精度，實(shí)際上三爪存在的定位誤差會(huì)加大產(chǎn)品公差的波動(dòng)范圍。為了避免這種情況，也可以在漲胎與三爪接觸的內(nèi)孔處做標(biāo)記，能與三爪對(duì)應(yīng)，然后用三爪撐內(nèi)孔，加工外圓定位面，最后再將其鋸開(kāi)使用。抱胎是固定在三爪自定心卡盤上，徑向受力夾工件外圓以定位加工的一種常用工裝，適用于車削、銑削、鉆削等工種的裝夾定位。根據(jù)加工需要，可以將抱胎分成A型、B型和C型（見(jiàn)圖4）。A型抱胎多用于反爪，B型抱胎多用于正爪，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，可根據(jù)零件形狀選取，能滿足大部分的產(chǎn)品的精度要求；C型抱胎下端面固定在床面上，上端部分使用徑向受力的方式，采取M10螺釘螺母緊固工件，適用于臥式加工中心、普通銑床加工長(zhǎng)筒類零件，一般是2件同時(shí)使用。抱胎常用的材料是鋁合金，另外也可以采用45鋼、鑄鐵等材料。對(duì)于批量生產(chǎn)的產(chǎn)品以及有特殊裝夾需要的產(chǎn)品，所用抱胎需要進(jìn)行熱處理，以增加胎具的剛度和耐磨性。堵頭是機(jī)械加工常用的輔助工裝，屬于心軸的另一種形式，常用于車、銑工序，其尾部帶有頂尖孔，配合尾頂傳遞軸向力，頂緊工件。本文可分為如下2種情況。1）車削工序，一般依靠堵頭和工件的摩擦力實(shí)現(xiàn)工件夾緊即可直接加工。2）銑削工序，為防止工件因摩擦力不夠?qū)е碌霓D(zhuǎn)動(dòng)，可借助于工件上的孔來(lái)限制旋轉(zhuǎn)位移，方法是：工件兩端堵頭尾頂，先在靠近主軸堵頭的工件外圓上鉆1～2個(gè)產(chǎn)品圖中本有孔，孔深透進(jìn)堵頭，然后插入定位銷即可。回轉(zhuǎn)類心軸的示意、使用圖例如圖5所示。堵頭常用鋁合金材料即可滿足要求，另外在大批量零件生產(chǎn)過(guò)程中也可采用45鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼等材料加工，同時(shí)進(jìn)行熱處理（調(diào)質(zhì)），以增加其剛度和耐磨性。

6結(jié)語(yǔ)

上述內(nèi)容介紹了艙體零件的機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)要點(diǎn)，化繁為簡(jiǎn)，實(shí)用為上，在實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)企業(yè)自身的加工條件進(jìn)行詳細(xì)的工藝設(shè)計(jì)，這對(duì)于同類結(jié)構(gòu)、同種材料的零件加工來(lái)說(shuō)，具備一定的參考價(jià)值。機(jī)械加工工藝人員立足于該類零件的具體特征和技術(shù)要求進(jìn)行取舍，或許能在同行之間拋磚引玉，產(chǎn)生新的技術(shù)交流契機(jī)。

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作者：劉強(qiáng) 李博 孫韶渝 單位：西安現(xiàn)代控制技術(shù)研究所