空客A380高升力傳動扭矩軸加工技術

張光偉 趙飛宇

摘要：空客A380襟翼升力傳動軸是1.5長的花鍵軸，材料為鈦合金，長徑比超過50。通過該軸傳遞動力至各個齒輪箱，將襟翼和縫翼移動至指定位置。該軸加工難度大，特別是車加工變形、滾齒、校正、去除工藝凸臺以及鉆徑向孔等工序難度大，本文結合研制過程出現的問題進行對加工難度大的工序進行了詳細分析和論述。

關鍵詞：加工變形、滾齒、徑向孔、去除工藝臺

引言：

隨著中國大飛機C919試飛成功，國產大飛機離我們越來越近，其中民航飛行運動控制零部件加工工藝在國內也剛剛起步。空客A380飛控零件國內加工過程中出現問題可以做為案列為國產飛機制造提供借鑒。

1.背景介紹

1.1項目來源：鈦合金花鍵軸是MOOG公司外貿轉包零件，“襟翼升力傳動軸”零件是為空客A380配套，MOOG公司要求在半年時間里交付10件合格樣件。

1.2難點分析

1.2.1材料的特殊性：鈦合金材料切屑溫度高：在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上；單位面積上的切削力大，容易造成崩刃，加大刀具磨損并影響零件的精度；鈦合金對變形有記憶性，加工過程中出現彎曲很難校直，所以鈦合金長軸加工難度大。

1.2.2零件的結構工藝性不良

從圖1分析：零件總長1511.2mm，兩端漸開線花鍵最大直徑φ33mm，中間90%長度的直徑為φ26mm，徑長比超過1∶50，設計基準是2端的頂尖孔。

而且花鍵節圓相對于基準A-B軸線跳動0.05mm，軸的長度過長，滾齒采用雙頂尖方式裝夾設備規格無法滿足，再者采用雙頂尖形式裝夾因為零件剛性差導致滾齒時零件受力彎曲，齒面出現振刀。而且零件一旦從設備上卸下，彎曲必然回彈，這樣設計基準在約束狀態和自由狀態不一致，跳動無法保證。

1.2.3兩端花鍵徑向孔位置度要求高

兩端各有1個φ6.9的徑向孔，徑向孔相對于花鍵節圓位置度0.05mm，零件裝夾找正存在困難，鉆孔時因為落刀點是花鍵齒頂圓上一個點，這樣鉆頭和零件接觸瞬間鉆尖會擺動引起鉆孔鉆斜導致孔的位置度超差。

2.工藝方案的確定

2.1車削方案確定

外方來的毛料是φ38.1的棒料，在制定工藝方案采用如下原則：車削過程通過粗加工使得余量變得均勻、通過半精加工去除大的余量，通過精加工保證設計圖尺寸，工序間安排校形工序，如果加工中一旦出現變形立即校形。避免零件變形向后續加工傳遞。通過加工余量合理分配，減少了應力不均對零件加工變形影響。

2.2.2滾齒工藝確定

滾齒采用一夾一頂方式，在零件2個端頭增加40mm長工藝凸臺，滾齒時在滾齒機底部用頂尖定位，ER夾簧夾緊，在零件中間部位增加1個可調支撐用以提高零件剛性，同時調整零件回轉中心。

2.2.3徑向孔鉆、鏜孔方案

在確定鉆鏜孔方案時優先選擇利用花鍵節圓做為夾具定位基準，利用銑刀在花鍵頂端劃出小平面后，用中心站鉆出鉆頭導向孔，然后鉆頭鉆出底孔，最后鏜刀鏜孔保證圖紙要求。

2.2.4工藝凸臺去除

在所有機加工序完成后去除工藝臺，去除工藝臺同時找正花鍵外圓鉆中心孔，最后加工設計基準孔A、B。

3.加工中出現的問題和解決方法

3.1 車削過程中出現的問題和解決辦法

3.1.1車加工過程中的軸向彎曲缺陷

零件試制階段，粗車下來的零件直線度在1.8-2.5mm范圍，彎曲嚴重。造成零件彎曲變形原因我們分析認為主要是以下3方面原因

1）零件剛性差在受到刀尖切削力時零件沿著徑向力的方向發生彎曲變形；

2）零件受熱變形，零件夾持采用一夾一頂方式，這樣裝夾情況下零件長度被爪子和頂尖約束住，零件在切削過程中受熱就會伸長，但是長度方向又被約束只能向徑向彎曲；

3）刀尖不鋒利或不耐磨導致切削過程零件受徑向力大導致零件彎曲變形。

4）零件毛料和加工過程中產生的變形向下傳遞導致后續加工彎曲變形。

解決途徑

1）提高零件加工過程中剛性，采用中心架、跟刀架支撐零件可以提升零件加工過程中的剛性，減少切削過程中彎曲變形。

2）走刀方式采用反向切削，即刀具走刀方向由床頭向尾座方向，同時操作工根據加工狀態調整尾頂尖松緊程度，通過這樣方法釋放零件受熱伸長對彎曲變形的影響；

3）選擇合適刀具和切削參數，鈦合金的導熱性差，導致在加工時所產生的高熱量不能有效擴散，同時刀具的切削刃和切屑的接觸長度短，使熱量大量聚集在切削刃上，溫度急劇上升，導致刀刃的紅硬性下降，刀刃軟化，加快刀具磨損；還有就是鈦合金的親和力大，加工中容易黏刀，增大了刀體與工件的摩擦，摩擦導致大量的熱，降低了刀具的使用壽命。根據這些特點，在工序粗加工時選用刀尖R為0.8，基體IC4高硬度的超細晶粒機夾刀片，涂層材料采用PVD TiAlN，切削速度可以達到20米/分鐘以內；精加工時為了控制切削過程變形用R0.4，切削速度控制在10米/分鐘。

3.1.2車加工過程中的外圓“竹節形”缺陷

長軸車削過程中出現最多的表面缺陷是零件外圓上出現“竹節形”分部區域沒有規律。分析造成的原因是跟刀架支撐塊調整不到位和零件彎曲引發的現象，跟刀架支撐塊沒有調整到和零件外圓很好貼合（或者軸的彎曲導致跟刀架上支撐塊和零件外圓貼合不實），特別是支撐力過大時，將零件推向刀具方向，刀尖車削量加大，直徑變小；刀尖走過這個區域后，支撐塊支撐在直徑小的地方，刀尖又將零件推向支撐塊方向導致切削量變小，直徑變大。這樣過程不斷往復進行，在零件外圓上出現有規律的竹節紋路。

3.1.2 解決途徑：

調整跟刀架時增加找正，把百分表表頭放在緊鄰跟刀架的零件外圓上，通過表值在外圓上的跳動值調整支撐塊的高低，保證支撐塊和零件貼合準確可靠，調整擠壓力，從刀尖方向用手推零件看表值有無變化，旋轉零件保證手推零件表值無變化，支撐塊調整結束。

車削過程中由于零件彎曲和直徑有變化，即使跟刀架調整好也會出現“竹節形”，這時就要及時手動調整支撐塊的高低，調整原則以手感保證支撐塊和工件外圓貼合即可。

3.3滾齒過程出現的問題

滾齒時因為軸長度超出設備行程必須分2次滾齒，為了保證軸2端花鍵徑節跳動控制在0.05mm以內，車削花鍵齒頂圓時保證2端外圓相對于工藝凸臺頂尖孔跳動小于0.02mm。

滾齒時設計專用夾具，零件上頂尖孔和滾齒機上頂尖貼合后加床上ER夾簧夾緊零件同時向下拉緊，調整機床中間可調支撐保證齒頂圓跳動小于0.02mm，滾完一端齒后將零件從滾齒機上取下，掉頭按上面工步滾另一端齒。

3.3 工藝凸臺的去除

設計基準最后加工對保證零件最終合格存在很大風險，但是因為滾齒過程需要，設計基準必須最后加工。

加工時將零件插入主軸孔內，采用四爪裝夾，防止零件表面夾傷在零件外圓纏上1圈銅皮。同時在主軸箱內孔和零件外圓之間塞入錐度尼龍塊防止零件旋轉后甩動，這些工作完成后調整四爪找正齒外圓和端面。

但是反復多次，多人找正都不能滿足加工前技術要。分析原因是四爪精度不夠，加之夾持段長，鋼爪前后夾緊部位不在一條線上導致找正不了零件。

采用長度超過花鍵長度的軟爪，將軟爪內徑鏜至和零件齒頂圓尺寸一致，再次裝夾零件，零件外圓跳動和端面跳動滿足加工前所要求技術條件。

4結論

在整個試制加工過程中現場遇到了很多問題，上述這些內容就是對加工影響最大因素，希望通過本文的論述能對大飛機研制提供一點有益的幫助。