復雜艙體零件加工工藝探討

伍浩　楊芳　彭湘

摘 要：為了有效解決形狀復雜的鋁合金艙體零件加工工藝中存在的問題，基于數控設備的特點，分析、研究、設計了零件數控加工工藝，并設計、制造了簡易工裝。針對加工過程中出現的問題，制定了一系列的解決措施，以期在一次裝夾中完成該零件多項要素的復合、精密加工。

關鍵詞：鋁合金艙體；工藝方案；裝夾方式；材料

中圖分類號：TH162 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.160

1 工件分析

艙體零件的材料為鑄造鋁件ZL114A，圓周和兩端端面分布著多個半圓槽、沉孔、凸臺和異形槽等結構復雜的要素，其外形尺寸為Φ390 mm×1 270 mm。尺寸大的零件比尺寸小而結構緊湊的更難控制加工精度。相對精度較高的要素分布在零件起連接作用的兩端，比如左右端面Φ3900-0.2外圓相對Φ350 0-0.057止口處基準同軸度不大于0.1 mm，兩側Φ350 0-0.057止口外圓相互同軸度不大于0.02 mm，止口外圓Φ3500-0.057相對左右兩側端面自身的垂直度為0.01 mm，Φ3500-0.057止口外圓處端面的平面度為0.05 mm，左右兩端止口處端面的平面度為0.1 mm。

由文中所列數據可知，艙體零件結構比較復雜，對制造精度的要求很高，這些都是制約產品制造加工的因素。對于工藝設計，要考慮工序集中的問題，減少多次裝夾產生的誤差；對于精度高的要素，要分析其裝夾方式，防止裝夾變形。

2 工藝方案

在研制、生產艙體零件的過程中，如何保證產品質量，保證制造、生產進度，節約成本是工藝制造技術面臨的一大課題，對結構復雜、精度要求高的零件更是如此。

2.1 確定加工工藝方案

在零件上，比較精密的表面加工通常都是要經過粗加工、半精加工、精加工逐步形成精密加工的。對于這些表面，僅根據質量要求選擇相應的加工方法是不正確的，應有效確認從毛坯到最終成形的加工方案。在確定加工方案時，首先應根據主要表面的精度和粗糙度初步確定能夠達到這些要求的加工方法。為了保證制造精度，特擬定了復雜艙體零件的加工工藝方案，即劃線→粗銑基準→粗車外圓→鏜孔→粗銑圓周諸要素→線切割→高低溫穩定處理→精車基準→精車外圓→精銑圓周諸要素→鉗工、攻絲→精車止口→檢驗。

2.2 根據設備情況設計加工方法

在粗銑圓周外形輪廓工序中，先前的工藝設計需要在臥式加工中心豎直裝夾，而Y軸上下行程為800 mm，加工范圍超過了行程范圍， 加工過程不能一次連貫完成，需掉頭2次分段裝夾。這樣做，勢必會出現接刀痕，而接刀痕的尺寸取決于零件兩端定位孔和定位面的準確度。在粗銑基準工序中，受設備行程的限制，兩側端面和內圓定位粗基準被安排在大型普通鏜床上完成。因為普通機床比數控機床的精度差，所以，兩側端面的平行度和孔同軸度偏離較大，對粗銑圓周加工工序造成了一定的影響。

為了滿足零件圓周加工的要求，結合設備的加工行程特點，可將粗銑圓周諸要素和精銑圓周諸要素工序都變更到帶有A軸功能的GX1600立式加工中心上一次裝夾完成。裝夾時，可采用數控分度頭和尾頂的方式。在此過程中，所用設備的規格如下：

GX1600加工中心設備：X行程為1 600 mm，Y行程為700 mm，Z行程為650 mm。

工作臺尺寸：1 700 mm×700 mm。

電腦數控分度盤：型號為MRNC-400，中心高度為255 mm，中心孔的直徑為40 mm。

從設備行程上觀察滿足艙體長度所需的加工行程，如果零件要裝夾在A軸轉臺上，就要采取尾頂針一夾一頂的方式，但是，這樣附件和零件的長度加起來就超出了工作臺的長度。因此，需要加裝2塊等高墊板延長工作臺面長度，以解決安裝長度受限的問題。墊板是依靠螺栓固定在工作臺上的，安裝時略伸出兩端工作臺面，在尾頂與數控轉臺之間留出可以安裝工件和法蘭盤的位置。同時，將尾頂和數控轉臺置于2個平行等高的墊板上，并將其固定，使兩者的中心高相同。

采用這種改進方式，不僅減小了臥式加工中心上2次掉頭裝夾產生的定位誤差，而且加工過程中并沒有出現接刀痕，同時，還縮短了多次裝夾的輔助時間，降低了勞動強度，提高了生產效率。

2.3 杜絕裝夾變形，更改裝夾方式

零件生產的關鍵在于精車止口工序。當零件被安排在CAK6130斜床身的數控車床上時，一端用法蘭盤內孔和端面定位，端面使用兩短銷孔定向，形成了一面兩孔的定位方式；另一端用尾座頂針頂住與零件內孔相配合的堵頭。由定位原則可知，一面兩銷屬于完全定位，而頂尖重復限制工件的自由度被稱為“過定位”。過定位對工件的定位精度有直接的影響，一般情況下，如果要消除過定位，尾座中心線和主軸中心線會因為調整問題而發生一定的偏移，導致車削時軸向產生錐度。因此，只有在工件的定位基準、夾具定位元件精度很高時，方可允許過定位的存在。在加工過程中發現，工件兩端Φ3500-0.057止口的同軸度受其影響，出現了0.4 mm的偏差，端面止口形位公差超出了要求范圍，導致零件扭曲變形。

鑒于上述情況，在改進工藝的過程中，將發蘭盤一端Φ330 孔作為基準定位，通過壓板裝夾從零件內部扣住工件圓周的兩側窗口邊。同時，要校準Φ3900-0.2外圓，利用螺栓壓緊工件，壓緊力要大于工件自重與切削力之和。裝夾導致尾頂一端的過定位方式被消除，螺栓和壓板只起到了夾緊的作用，而遠離主軸的一端處于相對自由的狀態。

在加工過程中，兩端止口Φ3500-0.05要一次性加工完成；在切削過程中，要減少切削用量，降低切削力。經過相關部門工作人員的驗證，與尾頂裝夾效果相比，形位誤差明顯減小，進一步提高了產品質量。

3 結束語

通過設計產品的加工工藝，結合分廠現有的加工條件，合理改進工藝工裝和裝夾方式，解決了產品加工過程中遇到的難題，提高了零件的形位公差，保證了產品的質量。

〔編輯：白潔〕