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航空筒體類零件的典型加工工藝

2022-10-31 來源：西安慶安航空機(jī)械制造有限公司作者：劉壯壯周鵬

摘要: 筒體類零件廣泛應(yīng)用于航空產(chǎn)品中，屬于一種典型的零件。其結(jié)構(gòu)的特殊性要求其加工過程有一定的特殊性。為了保證零件的加工質(zhì)量，可以綜合零件的加工要求，提取出一套通用的、典型的加工工藝流程，可為后續(xù)的類似零件提供加工的理論依據(jù)和指導(dǎo)。本文重點(diǎn)分類介紹了零件的幾種基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的加工方法，這些方法是多年加工檢驗(yàn)的總結(jié)積累，有很強(qiáng)的適用性，能保證零件的加工質(zhì)量。

筒體類零件廣泛應(yīng)用于航空產(chǎn)品中，其主要裝配成作動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行工作。使用的位置包括各類艙門的推進(jìn)系統(tǒng)以及起落架系統(tǒng)。筒體類零件要求內(nèi)孔與外部輪廓及各種孔系有較嚴(yán)的角向關(guān)系和位置要求，給加工過程造成了一定的難度。我公司致力于筒體類零件的加工制造研究，根據(jù)不同種類的零件，制定出了一套可使用的典型加工流程，可以保證零件的高效產(chǎn)出和穩(wěn)定的加工質(zhì)量。

1. 典型的筒體類零件

筒體類零件有很多種，長(zhǎng)短不一，大小各異。其中最難加工的當(dāng)屬深盲孔的加工。其典型的結(jié)構(gòu)主要有以下幾種。

（1）小型筒體零件。小型筒體零件具有較小的尺寸，加工起來較為簡(jiǎn)單，對(duì)設(shè)備和刀具要求較低。零件的內(nèi)孔分為盲孔和通孔。其零件結(jié)松如圖 1 所示。

圖 1 小型筒體零件結(jié)構(gòu)

（2）中型筒體零件。中型零件尺寸較大，對(duì)設(shè)備和刀具有一定的要求，尤其是內(nèi)孔精加工刀具，需要一定的長(zhǎng)度。盲孔相比于通孔，加工難度較大。其零件結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

（3）大型筒體零件。大型零件尺寸較大，其加工難度更大，尤其是盲孔的加工，需要特殊的工藝過程才能滿足圖樣要求。其零件結(jié)構(gòu)如圖 3所示。

圖 2 中型筒體零件結(jié)構(gòu)

圖 3 大型筒體零件結(jié)構(gòu)

2. 加工工藝分析

上文介紹了三種筒體零件的類型，將其分類是因?yàn)槠浼庸さ碾y度逐漸遞增，加工工藝會(huì)略有差別。這幾類零件雖然長(zhǎng)度尺寸不一致、外形輪廓大小不一樣，但也有相似的特征，其相似之處有以下幾點(diǎn) : ①零件都有內(nèi)孔，且內(nèi)孔較長(zhǎng)，零件壁厚較薄。內(nèi)孔需要加工的材料多。②零件的

基準(zhǔn)都是內(nèi)孔，且外形特征與內(nèi)孔有位置度要求。

要求較嚴(yán)。有些零件外部孔系相對(duì)內(nèi)孔基準(zhǔn)的位置度為 0.05mm。③內(nèi)孔公差較小，表面粗糙度要求高。有些零件的內(nèi)孔表面粗糙度要求 Ra 值為 0.4μm，孔徑公差為 0.022mm。

根據(jù)上述零件特征進(jìn)行工藝分析 : ①因?yàn)榱慵?nèi)孔去除的余量較多，且內(nèi)孔較深，因此一般會(huì)采用深孔加工，這樣可以獲得較高的加工效率、較高的內(nèi)孔表面質(zhì)量且降低加工難度。深孔加工的鉆削系統(tǒng)如圖 4 所示。②多數(shù)零件的基準(zhǔn)為內(nèi)孔，但是在后續(xù)的加工過程中很多情況下無法直接找正內(nèi)孔，或者找正內(nèi)孔的范圍太小，僅可找正孔口一小段距離，不能反映出零件內(nèi)孔的實(shí)際狀態(tài)。因此需要轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)，將基準(zhǔn)從內(nèi)孔轉(zhuǎn)換為外圓，便于后續(xù)的加工。這部分的內(nèi)容后續(xù)會(huì)重點(diǎn)介紹。③內(nèi)孔有較小的公差要求和較高的表面粗糙度要求，一般會(huì)采用鏜削加工或者珩磨加工。

鏜削加工利用數(shù)控車，使用鏜刀切削內(nèi)孔，達(dá)到良好的表面質(zhì)量。珩磨加工是利用可脹縮的珩磨頭使珩磨油石壓向工件表面，同時(shí)珩磨頭進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)零件表面進(jìn)行精加工。珩磨加工可以獲得高的加工精度和良好的表面質(zhì)量。

圖 4 深孔鉆削系統(tǒng)

3. 加工工藝設(shè)計(jì)

根據(jù)筒體類零件的結(jié)構(gòu)特征和加工要求，制定下列加工工藝。按照此工藝流程進(jìn)行產(chǎn)品的加工，可以穩(wěn)定的保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

數(shù)控車（粗車）→數(shù)控車（粗車）→深孔鉆→熱處理（按需）→精加工內(nèi)孔（鏜削或者珩磨）→數(shù)控車修正基準(zhǔn)（將內(nèi)孔基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換至外圓）→數(shù)控車（精車外形）→數(shù)控車（精加工內(nèi)孔，孔口或者孔底位置）→四軸立式加工（加工外形、外部孔系）→珩磨（精加工內(nèi)孔，按需）→數(shù)控車 / 臥式加工（去除附加）→去毛刺→無損檢測(cè)（磁粉、熒光、酸腐蝕）→檢驗(yàn)（檢查尺寸）→表面特種工藝→檢驗(yàn)（最終檢驗(yàn)）。

上述加工工藝為典型的加工工藝，筒體類零件都可按照此工藝進(jìn)行具體的工藝安排。本文重點(diǎn)要介紹的一個(gè)工序是數(shù)控車修正基準(zhǔn)（將內(nèi)孔基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換至外圓）。我廠經(jīng)過長(zhǎng)期的分析、實(shí)踐和總結(jié)，得出幾種合適的加工方法，在此重點(diǎn)講述。

4. 數(shù)控車修正基準(zhǔn)的方法

根據(jù)零件的大小和內(nèi)孔的類型不同，數(shù)控車修正基準(zhǔn)的方法也不同，其基本思路都是利用內(nèi)孔定位，修正外圓。

（1）小型零件。小型筒體零件可以在數(shù)控車工序完成內(nèi)孔和外圓的同步加工。加工完成后，內(nèi)孔和外圓的同軸度可達(dá)到 0.02mm，可以滿足后續(xù)的零件加工。無論是加工盲孔，還是通孔，其加工方法都是一樣的。這類零件的基準(zhǔn)修正比

較簡(jiǎn)單。

（2）中型盲孔零件。中型盲孔零件轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)利用一個(gè)直心軸定位，將心軸跳動(dòng)找正至0.005mm，然后將零件裝夾在心軸上，修正附加頂尖孔，再利用堵塞和頂尖孔修正外圓。其加工流程可參看圖 5。

圖 5 修正基準(zhǔn)工步及使用的工裝

加工之后，內(nèi)孔和外圓的同軸可達(dá)到0.02mm 之內(nèi)。

（3）中型通孔零件。中型通孔零件也利用此原理進(jìn)行返修，可以做成整個(gè)心軸，端面壓緊零件。其加工圖樣、夾具和裝夾示意如圖 6 所示。加工之后，內(nèi)孔和外圓的同軸可達(dá)到0.04mm之內(nèi)。

圖 6 中型通孔加工

（4）大型通孔零件。大型通孔零件的心軸不能做成整體式的，零件太重，零件太長(zhǎng)裝夾配合難，因此設(shè)計(jì)為分體式的，在兩頭分別利用堵塞定位，進(jìn)行加工。其加工圖樣、堵塞和裝夾示意如圖 7 所示。

圖 7 大型通孔加工

加工之后，內(nèi)孔和外圓的同軸可達(dá)到0.05mm 之內(nèi)。

（5）大型盲孔零件。大型盲孔零件是最難加工的，起初也采用類似與中型盲孔零件的加工方法，但效果不理想。后續(xù)使用一種新的方法，利用四軸和壁厚測(cè)量?jī)x進(jìn)行修正。首先利用壁厚測(cè)量?jī)x測(cè)量零件的壁厚，并在零件上進(jìn)行標(biāo)識(shí)，然后根據(jù)計(jì)算出外圓相對(duì)于內(nèi)孔的偏差，利用四軸裝夾的偏心裝夾進(jìn)行偏心車削，最終實(shí)現(xiàn)外圓內(nèi)孔同軸的目的。其加工步驟如圖 8 所示。

加工之后，內(nèi)孔和外圓的同軸可達(dá)到0.02mm之內(nèi)。

圖 8 加工順序

5. 其他注意事項(xiàng)

要想工件的加工質(zhì)量穩(wěn)定，需要保證內(nèi)孔和堵塞的配合良好。要達(dá)到好的的配合需要注意以下幾點(diǎn)。

（1）控制內(nèi)孔的的公差和表面質(zhì)量。內(nèi)孔的一致性良好和高的表面質(zhì)量會(huì)提升零件的穩(wěn)定性，最好是在修基準(zhǔn)前增加鏜孔或者珩磨。

（2）堵塞的質(zhì)量需控制。圖 9 為一種堵塞的加工圖樣，需要注意幾個(gè)地方 : ①配合的外圓需要分組，分組的多少根據(jù)要求的精度及內(nèi)孔的精度確定。②倒角與外圓需要高的跳動(dòng)要求，最好控制在 0.01mm 內(nèi)。外圓和端面保證垂直。③內(nèi)孔加工螺紋，方便堵塞從零件中取出。

圖 9 堵塞圖樣

（3）合適的配合間隙。隨著零件的加長(zhǎng)，心軸和零件的配合間隙要適當(dāng)?shù)脑黾樱鶕?jù)之前的加工經(jīng)驗(yàn)，摸索出了適當(dāng)?shù)呐浜祥g隙，能保證心軸和零件可以緊密的配合且方便裝夾。心軸與內(nèi)孔的配合間隙可參考表 1，根據(jù)此表來設(shè)計(jì)心軸尺寸，效果比較理想。

表 1 心軸配合間隙（單位 :mm）

6. 結(jié)語

本文重點(diǎn)介紹基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的幾種加工方法，相對(duì)于其他加工內(nèi)容，這部分內(nèi)容較難。還有一些公司推薦使用膨脹心軸支撐內(nèi)孔，然后再加工外圓，其基本原理是相同的。

大型盲孔的基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換較難，如果精度較高需要反復(fù)加工。但零件的加工質(zhì)量是最重要的，在加工類似的筒體零件時(shí)要重點(diǎn)的控制關(guān)鍵工序，安排科學(xué)的加工流程。

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