航空液壓殼體零件的數(shù)控加工工藝研究

崔方圓　高曉丁

摘 要：針對(duì)航空液壓殼體零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、孔系眾多、孔系相交關(guān)系復(fù)雜、加工精度要求高的特點(diǎn)，提出了一種基于新型高精度數(shù)控設(shè)備即五軸加工中心的高效加工方法和加工工藝。該方法不僅優(yōu)化了現(xiàn)行加工工藝，而且有效的解決了該類典型異型多面體在加工過程中容易出現(xiàn)的定位誤差積累的問題。工藝試驗(yàn)證明，這一技術(shù)將產(chǎn)品的加工效率提高了30%以上，有效的保證了孔系之間的位置精度要求，解決了該類零件的高效精密加工問題。

關(guān)鍵詞：殼體 孔系 加工工藝 高效精密加工

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）07（a）-0108-02

航空液壓殼體零件作為航空液壓設(shè)備中的關(guān)鍵零件，對(duì)機(jī)載系統(tǒng)的質(zhì)量和性能起著舉足輕重的作用。為了滿足零件自身的功能要求，液壓殼體類零件的外形設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。這類零件通常既有平面又有孔系，各孔系在空間方向交錯(cuò)貫通，組成孔系的各孔本身有形狀精度要求，同軸孔系和相鄰孔系之間及孔系與安裝基準(zhǔn)面之間又有位置精度要求。加工的部位多，加工工藝復(fù)雜。目前在普通機(jī)床上按傳統(tǒng)方式加工航空液壓殼體零件，一次定位裝夾，僅可以加工一個(gè)型面或一個(gè)孔系，而且重復(fù)定位誤差大，生產(chǎn)周期長和效率低，很難保證產(chǎn)品質(zhì)量的一致性[1-3]。因此，急需一種更為先進(jìn)的加工方法，滿足產(chǎn)品高質(zhì)量、高精度的要求。

該文從航空液壓殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝分析和加工難點(diǎn)著手，闡述了通過采用優(yōu)化后加工工藝技術(shù)保證了液壓殼體加工質(zhì)量，數(shù)控加工工藝方法的提高了加工效率。并通過工藝試驗(yàn)，驗(yàn)證了新工藝的可行性，實(shí)現(xiàn)了該殼體零件的高效率、高質(zhì)量加工。

1 航空液壓殼體零件介紹及加工工藝分析

1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

航空液壓殼體是一種形狀復(fù)雜，多種結(jié)構(gòu)集于一體的產(chǎn)品。每個(gè)面的形狀都較為復(fù)雜，且每個(gè)型面都有關(guān)聯(lián)尺寸，是典型的異型多面體。產(chǎn)品上每個(gè)形狀都有自身特有的作用。此類產(chǎn)品的各個(gè)結(jié)構(gòu)相互作用、相互影響，而且由于其工作條件較為惡劣，對(duì)產(chǎn)品本身的精度和質(zhì)量都提出了很高的要求。異型多面體的加工質(zhì)量直接影響其工作性能，并可能影響整機(jī)性能[4-5]。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)要求如圖1所示。

1.2 工藝分析

該航空液壓殼體的材料采用2618A（專用牌號(hào)鋁合金），毛坯為鍛件，為小批量生產(chǎn)類型產(chǎn)品。由圖1中可知該零件加工精度要求較高的項(xiàng)目有以下幾方面。

（1）基準(zhǔn)孔系：基準(zhǔn)孔Bφ37H8表面粗糙度Ra0.4 μm，φ18.8H8對(duì)孔φ37H8同軸度φ0.020及表面粗糙度Ra0.4 μm；端面對(duì)φ37H8的垂直度0.010；φ23Js7環(huán)槽對(duì)φ18.8H8的同軸度φ0.040；

（2）耳部孔系：φ12.8H7，φ6H8和φ（8.1±0.03）；3孔中心距分別為15±0.02；25±0.03； φ8.1孔對(duì)φ12.8H7孔的平行度0.020； φ6H8孔對(duì)兩孔的對(duì)稱度0.050；φ12.8H7孔對(duì)基準(zhǔn)孔Bφ37H8的垂直度φ0.020；

（3）柱塞孔系：φ14H8孔對(duì)基準(zhǔn)孔Bφ37H8的垂直度φ0.020；表面粗糙度Ra0.8μm的φ8H8孔對(duì)φ14H8孔的同軸度φ0.020， 表面粗糙度Ra0.8 μm的φ18環(huán)槽對(duì)φ14H8孔的同軸度為φ0.040。

1.3 加工難點(diǎn)

由圖1可以看出該航空液壓殼體零件孔系相交關(guān)系復(fù)雜。經(jīng)過分析得知該零件在機(jī)械加工中存在以下幾個(gè)加工難點(diǎn)。

（1）各個(gè)孔之間的形位尺寸公差小，表面粗糙度值小，加工難度大；

（2）因加工的孔、槽、臺(tái)階型面多、精度高，故工裝系數(shù)大；

（3）基準(zhǔn)孔B加工余量大，工藝剛性差，屬于薄壁加工，在加工時(shí)容易產(chǎn)生切削變形。

如上所述，如果在普通機(jī)床上按傳統(tǒng)方式加工航空液壓類殼體零件，一次定位裝夾，僅可以加工一個(gè)型面或一個(gè)孔系，很容易引起定位誤差的積累，所以應(yīng)將部分工作通過高精度的數(shù)控設(shè)備來完成。

2 工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 機(jī)床選擇

為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量及生產(chǎn)效率，結(jié)合零件的特點(diǎn)，決定采用五軸加工中心這種新型的數(shù)控設(shè)備。五軸加工中心的具體機(jī)床模型布局形式見下圖2。在該布局結(jié)構(gòu)中，主軸箱在立柱上實(shí)現(xiàn)Z移動(dòng)，其上的刀軸可以實(shí)現(xiàn)B軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而立柱完成X向移動(dòng)，工作臺(tái)完成Y向移動(dòng)，其上的轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)C軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

該殼體零件以底面為基準(zhǔn)、一次定位裝夾便可完成三個(gè)空間垂直孔系的加工。在圖2主軸直立時(shí)即可完成基準(zhǔn)孔系的全部加工，然后主軸需要繞Y軸旋轉(zhuǎn)180°再加工耳部孔系，最后柱塞孔系的加工只需工作臺(tái)再繞Z軸旋轉(zhuǎn)90°即可。

2.2 優(yōu)化加工工藝方法

（1）基準(zhǔn)孔系：φ37H8孔為已鑄出的毛坯孔，為了達(dá)到IT8級(jí)精度和Ra0.4μm表面粗糙度要求，需經(jīng)過三次鏜銷，即采用粗鏜----半精鏜----精鏜方案；φ18.8H8孔和φ23Js7環(huán)槽雖也為毛坯孔，但由于孔徑較小，采用擴(kuò)孔----鉸孔的加工方案；

（2）耳部孔系：φ12.8M7孔，φ6H8孔和φ8.1±0.03孔比較小且孔之間由于具有較高的位置精度，需要先安排銑平端面和打中心孔工步，所以采用銑平面----鉆中心孔----鉆孔----鏜孔----鉸孔的加工方案；

（3）柱塞孔系：φ14H8孔，φ8H8孔和φ18環(huán)槽的表面粗糙度為Ra0.8 μm且各孔之間有較高的同軸度要求，所以也采用銑平面----鉆中心孔----鉆孔----擴(kuò)孔----鉸孔的加工方案；

2.3 主要工藝流程

2.4 工藝難點(diǎn)的技術(shù)要求

（1）φ37H8和φ18.8H8兩孔的壁厚較薄，為了減少切削力對(duì)工件的影響，在粗加工后應(yīng)采用低溫回火去除加工殘余應(yīng)力，以減小零件的變形；（2）由于毛坯的材料為鋁合金，在高速加工時(shí)，容易產(chǎn)生大的切削熱，要合理的選用冷卻液進(jìn)行降溫，避免或減少由于切削熱所引起的變形而產(chǎn)生的加工誤差；（3）由于柱塞孔系孔中的孔比較深，在選用刀具刀桿時(shí)可以通過縮短刀桿長度和增加刀桿直徑來改善刀桿的受力狀況、增強(qiáng)刀具的剛度，從而減少加工過程中的振動(dòng)，保證達(dá)到加工表面粗糙度的要求。

3 工藝試驗(yàn)

工藝試驗(yàn)完成后，對(duì)航空液壓殼體進(jìn)行前三件的首件鑒定。從檢測結(jié)果看，數(shù)控加工后的產(chǎn)品滿足設(shè)計(jì)圖樣的各項(xiàng)指標(biāo)要求。優(yōu)化的加工工藝可以有效的保證零件孔系之間的空間位置精度。采用工序集中的原則，一次定位的方法，有效的避免了定位誤差的積累，對(duì)提高三個(gè)孔系之間的垂直度效果明顯，大大降低了廢品率，即采用這種新的工藝方法是可行的。

4 結(jié)語

優(yōu)化了現(xiàn)行的機(jī)械加工工藝，采用五軸加工中心實(shí)現(xiàn)了一次裝夾便完成異形面多方位加工。采用多軸加工中心加工異形面，利用旋轉(zhuǎn)軸直接旋轉(zhuǎn)工件，不僅降低夾具數(shù)量，而且省去了大量的矯正時(shí)間。

工藝試驗(yàn)結(jié)果表明采用優(yōu)化的加工工藝不僅大大提高了功效而且保證了加工精度，、大大降低了廢品率，對(duì)改進(jìn)現(xiàn)有的復(fù)雜殼體數(shù)控加工工藝也提供了理論依據(jù)。

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