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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(jī)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(diǎn)，該類零件材料主要是高強(qiáng)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(duì)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(yàn)，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(diǎn)型號(hào)大尺寸液壓殼體零件的加工瓶頸，對(duì)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?yàn)榈毒咴诠ぜ?nèi)部切削，刀具和切削情況均無法觀察到，且刀具細(xì)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(qiáng)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(duì)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　０ｍｍ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(jī)床型號(hào) 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(yàn)，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２０ｍｍ引導(dǎo)孔；２）用２８ｍｍ平底加長擴(kuò)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　０－０．０１ｍｍ深５０ｍｍ引導(dǎo)孔；６）從２９　０－０．０１ｍｍ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(duì)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(xì)，剛性差，應(yīng)選擇較低的切削速度。經(jīng)多次試驗(yàn)，取主軸轉(zhuǎn)速為６０ｒ／ｍｉｎ，進(jìn)給量為３０ｍｍ／ｍｉｎ（約每轉(zhuǎn)每齒進(jìn)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?jìng)€(gè)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(shí)，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　０ｍｍ孔加工為例。在臥式加工中，當(dāng)鉸刀快出頭時(shí)，冷卻液已無法進(jìn)入加工的內(nèi)孔，鉸刀排屑槽內(nèi)切屑也達(dá)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(shí)，會(huì)出現(xiàn)機(jī)床主軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)而鉸刀刀刃間斷轉(zhuǎn)動(dòng)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)取０．１５～０．２ｍｍ，并在刀具圖樣上明確要求。

３．２　鉸刀直徑的修研

分體式鉸刀研磨器是由２個(gè)研磨塊組合后放入殼體內(nèi)（見圖３）。修研時(shí)，將鉸刀插入，當(dāng)鉸刀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)從兩端施加壓力并沿鉸刀軸線往復(fù)移動(dòng)，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?yàn)椋海保┲遍_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(dá) Ｒａ０．１～Ｒａ０．２μｍ。鉸刀倒錐也應(yīng)進(jìn)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(shí)，微量的縮孔對(duì)加工表面質(zhì)量是有好處的，但會(huì)增大刀具扭矩，當(dāng)縮孔＞０．０１５ｍｍ時(shí)，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(jī)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(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)全部完成，而此類零件的加工往往需要３個(gè)工作坐標(biāo)系。假設(shè)１個(gè)為角向基準(zhǔn)設(shè)為Ｇ５６，另２個(gè)分別為兩端加工的坐標(biāo)系Ｇ５４和Ｇ５５。這３個(gè)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(hào)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　Ｘ基準(zhǔn)后，運(yùn)行如下宏程序段：

＃５２４１＝－＃５２２１　Ｇ５５坐標(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　Ｇ５５坐標(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(gè)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(cuò)的可能［４－５］。

５、結(jié)語

長徑比的深孔加工，一直是機(jī)械加工的一個(gè)難題，特別是本文中各個(gè)臺(tái)階孔有同軸度、圓柱度等幾何公差要求時(shí)。對(duì)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(cuò)的概率。當(dāng)深孔加工時(shí)，僅靠刀具參數(shù)或加工程序等某一項(xiàng)改進(jìn)很難達(dá)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(yàn)，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(diǎn)型號(hào)大尺寸液壓殼體零件的加工瓶頸。

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