彈翼翼柄加工工藝改進

楊國勇，劉國斌，靳向往，徐建超，楊聰明

（中國航天科工集團第六研究院 四十一所，呼和浩特 010010）

0 引言

翼柄是增程彈彈翼關鍵零件之一，是影響彈翼展開的關鍵因素之一。彈翼展開運動必須滿足展開時間、展開角度、展開同步性的要求。展開到位時，翼面應定位準確，鎖定可靠，對彈身干擾小。翼柄的加工精度則直接影響到彈翼展開的時間和翼面的定位。為了滿足設計要求，通過設計機床專用夾具來確定工序加工基準，保證了翼柄的尺寸公差與形位公差，同時選擇合理的加工參數，來保證表面粗糙度和加工效率。通過這種工藝方法控制翼柄的加工精度，實際加工的產品經過測量滿足精度要求。

1 加工過程關鍵技術問題的解決

采用機床夾具，關鍵要控制夾具的精度。夾具的精度主要是定位裝置的定位誤差，所以如何設計夾具使其定位誤差在允許范圍內是要解決的技術問題之一。另一個技術問題是如何選用合理的加工參數，在保證加工表面粗糙度的同時又能保證加工效率。

1.1 夾具的設計

在設計工件定位裝置時，除根據六點定則確定限制的自由度和選用定位元件外，還必須考慮工件的定位精度是否足夠。由于定位基準和定位表面的誤差以及基準不重合誤差的影響，工件翼柄在夾具中的位置發生變動，使得工序尺寸也產生最大變動（誤差），這就是定位誤差，用ΔD 表示。這種定位誤差一般小于工序尺寸公差或位置公差的1/3～1/5，定位方案才能滿足該工序加工精度要求。

根據翼柄的形位公差要求（如圖2 所示），分析得出翼柄的頂面（A面）、底面的平面度，底面與頂面的平行度，D1孔與頂面垂直度是影響翼柄精度的關鍵因素。同時要滿足尺寸L5和底面與頂面的平行度的加工要求，在空間直角坐標系中，必須限制工件沿Z 軸的位置自由度，工件繞X、Y 軸的自由度。由此設計出的夾具簡圖如圖3 所示。

圖1 翼柄三維圖

圖2 翼柄形位公差

圖3 夾具簡圖

造成定位誤差的原因有兩個：一是定位基準與工序基準不重合，由此產生基準不重合誤差ΔB；二是定位基準與限位基準不重合，由此產生基準位移誤差ΔY。

經過分析設計出的夾具，可知加工時以A 面和D1孔作為定位基準孔，這樣把工序基準也選擇A 面和D1孔，就可以消除基準不重合誤差，使ΔB=0。由于定位基準內孔D1和定位銷直徑d 總有制造誤差，且為了使D1孔易于套定位心軸，二者間還留有最小間隙Xmin，因此翼柄的定位基準和定位心軸中心就不可能重合。翼柄的定位基準中心相對于定位心軸中心上下左右等任意方向變動，定位基準O 的變動就造成工序尺寸的變動，其定位基準在工序尺寸方向上的最大變動范圍就是基準位移誤差ΔY，如圖4 所示。

圖4 基準位移誤差分析

當翼柄D1孔直徑為最大Dmax，定位心軸直徑為最小時，定位基準的位移量為最大imax，加工尺寸也最大；當D1孔的直徑為最小Dmin，定位心軸直徑為最大時，定位基準位移量為最小imin，加工尺寸也最小。因此

式中：hmax為加工尺寸最大偏移量；hmin為加工尺寸最小偏移量；imax為定位基準最大偏移量；imin為定位基準最小偏移量。采用合成法計算出的定位誤差為

式中，ΔB 為基準不重合誤差。

由設計要求可知，以D1孔作為基準的翼柄尺寸的最小加工誤差為0.2 mm，因此定位誤差的最大允許值為0.067 mm，代入式（2）得ΔY=0.067 mm。

根據式（1）可得定位心軸的最大尺寸公差為0.028 mm，因此可確定定位心軸的加工尺寸公差為0～-0.02 mm，這樣使得定位誤差在允許范圍內。

1.2 加工參數的選擇

機械加工的加工參數包括背吃刀 量ap、進給量f 與進給速度vf以及切削速度vc。

翼柄材料采用的是30CrMnSiA，調質后的硬度為30～35HRC。根據表1 選擇銑削速度，粗加工速度為55m/min，精加工速度為75 m/min。

表1 銑削速度的選擇

主軸轉速

式中D 為銑刀直徑。

粗加工時采用φ20 mm 的銑刀，精加工時采用φ12 mm的銑刀，由此可得粗加工時主軸轉速為1 500 r/min，精加工時主軸轉速為2 000 r/min。

進給速度

式中：fz為銑刀每齒進給速度；z 為銑刀齒數。

根據表2 選擇fz=0.1 mm/z，加工用的立銑刀齒數z=4，將這兩個值和轉速代入式（4），得粗加工進給速度為600 mm/min，精加工進給速度為800 mm/min。

表2 每齒進給量mm/z

根據翼柄表面粗糙度Ra1.6 的要求，可以確定粗加工背吃刀量為1mm，精加工背吃刀量為0.5 mm。圖5～圖8 是實際加工的效果圖。

圖5 毛坯形狀

圖6 D1孔精加工效果

圖7 粗加工效果

圖8 精加工效果

2 結論

通過對翼柄加工工藝的研究，得出以下結論：1）設計精度較高的機床專用夾具可以提高工件的加工精度，夾具的設計原則遵循定位基準與工序基準重合，定位基準與限位基準偏移量最小，可以減小夾具的定位誤差；2）通過經驗公式，計算出加工參數，可以獲得良好的表面光潔度和較高的加工效率，再通過實際加工對參數進行優化，可以提高加工質量和加工效率。

［1］李名望.機床夾具設計實例教程［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［2］叢娟.數控加工工藝與編程［M］.北京：機械工業出版社，2007.

［3］于輝.數控加工工藝及刀具［M］.北京：北京理工大學出版社，2009.