航空液壓殼體深孔加工工藝研究
2017-7-17 來源：中航工業(yè)金城南京機電液壓工程研究中心 作者：李富長，孫曉陽
摘 要：航空液壓產(chǎn)品中的殼體類零件的主閥套孔具有大長徑比的特點，該類零件材料主要是高強度鋁合金，內(nèi)孔加工屬于比較典型的深孔加工，其尺寸公差、幾何公差等要求嚴(yán)格，表面粗糙度值低，對加工刀具的結(jié)構(gòu)有較多限制，這給零件的精加工帶來很大的困難。通過研究殼體深孔加工的工藝路線安排、加工工藝參數(shù)及加工刀具選取等，經(jīng)過鏜削、研磨和珩磨等各種加工方式的多次試驗，最終選擇用鉸削加工來保證殼體深孔加工精度要求，解決了十余種軍工重點型號大尺寸液壓殼體零件的加工瓶頸，對于同類殼體深孔加工具有借鑒意義。
關(guān)鍵詞：殼體；深孔；鉸刀
一般把孔 的 深 度 和 直 徑 之 比 ＞５ 的 孔 稱 為 深孔。在深孔切削過程中，因為刀具在工件內(nèi)部切削，刀具和切削情況均無法觀 察到，且刀具細長，剛 度差，冷卻困難，排屑不暢，所以深孔切削加工是一種難度較大的加工技術(shù)。深孔加工的關(guān)鍵技術(shù)是刀具參數(shù)的選取和加工余量的控制.
航空液壓產(chǎn)品中的殼體類零件的主閥套孔的孔徑為１８～４０ｍｍ，長徑比約為８～１５。該類零件材料主要是高強度鋁合金，內(nèi)孔加工屬于比較典型的深孔加工，其尺寸公差、幾何公差等要求嚴(yán)格，表面粗糙度要求低，對加工刀具的結(jié)構(gòu)有較多限制，這給零件的精加工帶來很大的困難。
１、液壓殼體零件
液壓殼體零件結(jié)構(gòu)圖如圖１所示，其內(nèi)部閥套孔２９＋０．０２５ ０、２７＋０．０２５?。埃恚?的內(nèi)孔表面粗糙度要求為Ｒａ０．４μｍ，圓柱度允差為０．００８ｍｍ。該零件材料為鍛鋁合金。
２、工藝路線
該零件在臥式加工中心（機床型號 ＤＩＸＩ－２００）上加工，操作系統(tǒng)為 ＦＡＮＵＣ１５ 系統(tǒng)（該方法中宏程序部分在ＦＡＮＵＣ－０ｉ系統(tǒng)上通用）。經(jīng)過鏜削、研磨和珩磨等各種加工方式的多次試驗，最終選擇用鉸削加工來保證零件各內(nèi)孔的幾何公差要求。零件在本工序加工前狀態(tài)為所有需加工內(nèi)孔直徑方向預(yù)留２ｍｍ 余量［１－２］。
以圖１中２９＋０．０２５ ０ｍｍ 孔為例，加工工藝路線如下：１）兩端分別銑削加工２８＋０．５ ０ｍｍ 深 ２０ ｍｍ引導(dǎo)孔；２）用２８ｍｍ 平底加長擴孔銑刀從兩端分別加工內(nèi)孔至２８ｍｍ；３）從兩端分別鏜削至２８．８ｍｍ；４）從兩端分別鏜削至２８．９２ｍｍ；５）在一端鏜削加工２９?。埃埃埃保恚?深５０ｍｍ 引導(dǎo)孔；６）從２９?。埃埃埃保恚?深５０ｍｍ 引導(dǎo)孔處一次鉸削至圖樣要求。其中，第５步是關(guān)鍵，對解決孔口喇叭狀及孔的直線度有益。大長徑比內(nèi)孔鉸削，鉸刀刀桿必然較細，剛性差，應(yīng)選擇較低的切削速度。經(jīng)多次試驗，取主軸轉(zhuǎn)速為６０ｒ／ｍｉｎ，進給量為 ３０ ｍｍ／ｍｉｎ（約每轉(zhuǎn)每齒進給０．０５ｍｍ）
圖１ 液壓殼體零件圖
３、鉸刀幾何參數(shù)的選擇與修研
３．１ 鉸刀幾何參數(shù)的選擇
鉸刀一般選擇６～８個切削刃（見圖２），柄部為莫氏４＃ 錐帶拉釘結(jié)構(gòu)。當(dāng)孔深與直徑的長徑比＞１０時，應(yīng)增大鉸刀倒錐參數(shù)，具體數(shù)值為直徑方向約５０ｍｍ 處０．０４ｍｍ 倒錐。
圖２ 鉸刀示意圖
以圖１中２９＋０．０２５?。埃恚?孔加工為例。在臥式加工中，當(dāng)鉸刀快出頭時，冷卻液已無法進入加工的內(nèi)孔，鉸刀排屑槽內(nèi)切屑也達到了最多的狀態(tài)，鉸刀因冷卻效果差與孔壁摩擦加劇，鉸刀發(fā)熱膨脹。當(dāng)鉸刀刀柄剛度不足時，會出現(xiàn)機床主軸勻速轉(zhuǎn)動而鉸刀刀刃間斷轉(zhuǎn)動的現(xiàn)象，反映在零件上是內(nèi)孔出口端孔口呈現(xiàn)規(guī)則的花瓣型。鉸刀與孔壁摩擦力的大小也與鉸刀刃帶的寬窄及鋒利程度有關(guān)。刃帶的寬窄應(yīng)?。埃保怠埃玻恚恚⒃诘毒邎D樣上明確要求。
３．２ 鉸刀直徑的修研
分體式鉸刀研磨器是由２個研磨塊組合后放入殼體內(nèi)（見圖３）。修研時，將鉸刀插入，當(dāng)鉸刀轉(zhuǎn)動時從兩端施加壓力并沿鉸刀軸線往復(fù)移動，可方便地控制鉸刀直徑。
鉸刀直徑的修研也可采用開口研磨套［３］。開口研磨套開口方向為：１）直開口適用于左旋和右旋鉸刀；２）右旋開口適用于左旋和直齒鉸刀；３）左旋開口適用于右旋和直齒鉸刀。
鉸刀直徑的修研是深孔加工中關(guān)鍵的一步，鉸刀直徑按所加工零件內(nèi)孔直徑上偏差制作。經(jīng)過修
圖３ 分體式鉸刀研磨器示意圖
研的鉸刀鉸孔后，零件表面粗糙度值可達 Ｒａ０．１～Ｒａ０．２μｍ。鉸刀倒錐也應(yīng)進行手工修整。當(dāng)鉸刀出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象（縮孔現(xiàn)象指的是鉸孔完成后，孔的直徑小于鉸刀直徑）時，微量的縮孔對加工表面質(zhì)量是有好處的，但會增大刀具扭矩，當(dāng)縮孔＞０．０１５ ｍｍ時，應(yīng)更換鉸刀。
４、零件工作坐標(biāo)系設(shè)置與系統(tǒng)變量的合理使用
由于加工所用機床為臥式四軸加工中心，故圖１所示加工內(nèi)孔很容易在一次裝夾中通過機床轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)全部完成，而此類零件的加工往往需要３個工作坐標(biāo)系。假設(shè)１個為角向基準(zhǔn)設(shè)為 Ｇ５６，另２個分別為兩端加工的坐標(biāo)系 Ｇ５４ 和 Ｇ５５。這 ３ 個工作坐標(biāo)系之間的關(guān)系為：Ｇ５４、Ｇ５５ 本身相差 １８０°，Ｇ５４、Ｇ５５又分別與 Ｇ５６相差±９０°，Ｇ５４、Ｇ５５的Ｙ坐標(biāo)相同，而 Ｘ 坐標(biāo)數(shù)值相同、正負(fù)號相反。利用宏程序系統(tǒng)變量更改工作坐標(biāo)系。當(dāng)探頭校正 Ｇ５６角向基準(zhǔn)及 Ｇ５４?。?基準(zhǔn)后，運行如下宏程序段：
＃５２４１＝－＃５２２１?。牵担底鴺?biāo)系的 Ｘ 值等于 Ｇ５４坐標(biāo)系的－Ｘ 值
＃５２２４＝＃５２６４－９０ Ｇ５４坐標(biāo) 系 的 角 度 值 等 于 Ｇ５６角度基準(zhǔn)－９０°
＃５２４４＝＃５２６４＋９０?。牵担底?標(biāo) 系 的 角 度 值 等 于 Ｇ５６角度基準(zhǔn)＋９０°
由上述程序段可知，工件加工所需的各個工作坐標(biāo)系可全部利用宏程序完成輸入，不需要任何人為輸入，完全避免了人為出錯的可能［４－５］。
５、結(jié)語
長徑比的深孔加工，一直是機械加工的一個難題，特別是本文中各個臺階孔有同軸度、圓柱度等幾何公差要求時。對于加工程序編制，不能僅考慮程序正確與否，還應(yīng)盡可能降低操作者難度及人為出錯的概率。當(dāng)深孔加工時，僅靠刀具參數(shù)或加工程序等某一項改進很難達到理想效果。合理的加工方法應(yīng)綜合考慮加工步驟、刀具幾何參數(shù)、刀具切削參數(shù)和加工程序的優(yōu)化等。
經(jīng)過鏜削、研磨和珩磨等各種加工方式的多次試驗，最終選擇用鉸削加工，來保證了零件各內(nèi)孔的尺寸要求，解決了十余種軍工重點型號大尺寸液壓殼體零件的加工瓶頸。
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