航空液壓殼體深孔加工工藝研究

李富長(zhǎng)，孫曉陽(yáng)

(中航工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211106)

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航空液壓殼體深孔加工工藝研究

李富長(zhǎng)，孫曉陽(yáng)

(中航工業(yè)金城南京機(jī)電液壓工程研究中心，江蘇 南京 211106)

航空液壓產(chǎn)品中的殼體類(lèi)零件的主閥套孔具有大長(zhǎng)徑比的特點(diǎn)，該類(lèi)零件材料主要是高強(qiáng)度鋁合金，內(nèi)孔加工屬于比較典型的深孔加工，其尺寸公差、幾何公差等要求嚴(yán)格，表面粗糙度值低，對(duì)加工刀具的結(jié)構(gòu)有較多限制，這給零件的精加工帶來(lái)很大的困難。通過(guò)研究殼體深孔加工的工藝路線安排、加工工藝參數(shù)及加工刀具選取等，經(jīng)過(guò)鏜削、研磨和珩磨等各種加工方式的多次試驗(yàn)，最終選擇用鉸削加工來(lái)保證殼體深孔加工精度要求，解決了十余種軍工重點(diǎn)型號(hào)大尺寸液壓殼體零件的加工瓶頸，對(duì)于同類(lèi)殼體深孔加工具有借鑒意義。

殼體；深孔；鉸刀

一般把孔的深度和直徑之比>5的孔稱(chēng)為深孔。在深孔切削過(guò)程中，因?yàn)榈毒咴诠ぜ?nèi)部切削，刀具和切削情況均無(wú)法觀察到，且刀具細(xì)長(zhǎng)，剛度差，冷卻困難，排屑不暢，所以深孔切削加工是一種難度較大的加工技術(shù)。深孔加工的關(guān)鍵技術(shù)是刀具參數(shù)的選取和加工余量的控制。

航空液壓產(chǎn)品中的殼體類(lèi)零件的主閥套孔的孔徑為18～40 mm,長(zhǎng)徑比約為8～15。該類(lèi)零件材料主要是高強(qiáng)度鋁合金，內(nèi)孔加工屬于比較典型的深孔加工，其尺寸公差、幾何公差等要求嚴(yán)格，表面粗糙度要求低，對(duì)加工刀具的結(jié)構(gòu)有較多限制，這給零件的精加工帶來(lái)很大的困難。

1 液壓殼體零件

2 工藝路線

該零件在臥式加工中心(機(jī)床型號(hào)DIXI-200)上加工，操作系統(tǒng)為FANUC15系統(tǒng)(該方法中宏程序部分在FANUC-0i系統(tǒng)上通用)。經(jīng)過(guò)鏜削、研磨和珩磨等各種加工方式的多次試驗(yàn)，最終選擇用鉸削加工來(lái)保證零件各內(nèi)孔的幾何公差要求。零件在本工序加工前狀態(tài)為所有需加工內(nèi)孔直徑方向預(yù)留2 mm余量[1-2]。

圖1 液壓殼體零件圖

3 鉸刀幾何參數(shù)的選擇與修研

3.1 鉸刀幾何參數(shù)的選擇

鉸刀一般選擇6～8個(gè)切削刃(見(jiàn)圖2)，柄部為莫氏4#錐帶拉釘結(jié)構(gòu)。當(dāng)孔深與直徑的長(zhǎng)徑比>10時(shí)，應(yīng)增大鉸刀倒錐參數(shù)，具體數(shù)值為直徑方向約50 mm處0.04 mm倒錐。

圖2 鉸刀示意圖

3.2 鉸刀直徑的修研

分體式鉸刀研磨器是由2個(gè)研磨塊組合后放入殼體內(nèi)(見(jiàn)圖3)。修研時(shí)，將鉸刀插入，當(dāng)鉸刀轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)從兩端施加壓力并沿鉸刀軸線往復(fù)移動(dòng)，可方便地控制鉸刀直徑。

圖3 分體式鉸刀研磨器示意圖

鉸刀直徑的修研也可采用開(kāi)口研磨套[3]。開(kāi)口研磨套開(kāi)口方向?yàn)椋?)直開(kāi)口適用于左旋和右旋鉸刀；2)右旋開(kāi)口適用于左旋和直齒鉸刀；3)左旋開(kāi)口適用于右旋和直齒鉸刀。

鉸刀直徑的修研是深孔加工中關(guān)鍵的一步，鉸刀直徑按所加工零件內(nèi)孔直徑上偏差制作。經(jīng)過(guò)修研的鉸刀鉸孔后，零件表面粗糙度值可達(dá)Ra0.1～Ra0.2 μm。鉸刀倒錐也應(yīng)進(jìn)行手工修整。當(dāng)鉸刀出現(xiàn)縮孔現(xiàn)象(縮孔現(xiàn)象指的是鉸孔完成后，孔的直徑小于鉸刀直徑)時(shí)，微量的縮孔對(duì)加工表面質(zhì)量是有好處的，但會(huì)增大刀具扭矩，當(dāng)縮孔>0.015 mm時(shí)，應(yīng)更換鉸刀。

4 零件工作坐標(biāo)系設(shè)置與系統(tǒng)變量的合理使用

由于加工所用機(jī)床為臥式四軸加工中心，故圖1所示加工內(nèi)孔很容易在一次裝夾中通過(guò)機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)全部完成，而此類(lèi)零件的加工往往需要3個(gè)工作坐標(biāo)系。假設(shè)1個(gè)為角向基準(zhǔn)設(shè)為G56，另2個(gè)分別為兩端加工的坐標(biāo)系G54和G55。這3個(gè)工作坐標(biāo)系之間的關(guān)系為：G54、G55本身相差180°，G54、G55又分別與G56相差±90°，G54、G55的Y坐標(biāo)相同，而X坐標(biāo)數(shù)值相同、正負(fù)號(hào)相反。利用宏程序系統(tǒng)變量更改工作坐標(biāo)系。當(dāng)探頭校正G56角向基準(zhǔn)及G54X基準(zhǔn)后，運(yùn)行如下宏程序段：

#5241=-#5221 G55坐標(biāo)系的X值等于G54坐標(biāo)系的-X值

#5224=#5264-90 G54坐標(biāo)系的角度值等于G56角度基準(zhǔn)-90°

#5244=#5264+90 G55坐標(biāo)系的角度值等于G56角度基準(zhǔn)+90°

由上述程序段可知，工件加工所需的各個(gè)工作坐標(biāo)系可全部利用宏程序完成輸入，不需要任何人為輸入，完全避免了人為出錯(cuò)的可能[4-5]。

5 結(jié)語(yǔ)

大長(zhǎng)徑比的深孔加工，一直是機(jī)械加工的一個(gè)難題，特別是本文中各個(gè)臺(tái)階孔有同軸度、圓柱度等幾何公差要求時(shí)。對(duì)于加工程序編制，不能僅考慮程序正確與否，還應(yīng)盡可能降低操作者難度及人為出錯(cuò)的概率。當(dāng)深孔加工時(shí)，僅靠刀具參數(shù)或加工程序等某一項(xiàng)改進(jìn)很難達(dá)到理想效果。合理的加工方法應(yīng)綜合考慮加工步驟、刀具幾何參數(shù)、刀具切削參數(shù)和加工程序的優(yōu)化等。

經(jīng)過(guò)鏜削、研磨和珩磨等各種加工方式的多次試驗(yàn)，最終選擇用鉸削加工，來(lái)保證了零件各內(nèi)孔的尺寸要求，解決了十余種軍工重點(diǎn)型號(hào)大尺寸液壓殼體零件的加工瓶頸。

[1] 邢鴻雁，陳蓉林.機(jī)械制造難加工技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[2] 李玉琳. 液壓元件與系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991.

[3] 金屬加工雜志社，哈爾濱理工大學(xué).數(shù)控刀具選用指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2014.

[4] 雷天覺(jué). 新編液壓工程手冊(cè)[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，1998.

[5] 吳敏鏡. “毛刺工程”的產(chǎn)生和展望[J]. 新技術(shù)新工藝, 2000(7)：19-20.

責(zé)任編輯 鄭練

Processing Technology Research on Deep Hole in Aviation Hydraulic Shell

LI Fuchang, SUN Xiaoyang

(Nanjing Engineering Institute of Aircraft System, Jincheng, AVIC, Nanjing 211106, China)

Aviation hydraulic products in the shell parts of the main valve sleeve hole have the characteristic of large length to diameter ratio. The main parts material is high strength aluminum alloy, and the inner hole machining belongs to the typical deep hole processing. Because of the strict size and form tolerance, the surface roughness value is low, and the structure of cutting tool has more restriction while often bring great difficulty in parts of the finishing. After all kinds of boring, grinding, honing, and so on, all kinds of processing methods of test have been done for many times, choose ream machining deep hole machining accuracy requirement. Ensure that the shell can solve more than ten kinds of military industry focuing on models of large size hydraulic shell parts processing bottleneck, and it has the significant reference for similar deep holes processing shell.

shell, deep hole, reamer

V 260.6

A

李富長(zhǎng)(1975-)，男，工藝工程部副部長(zhǎng)，高級(jí)工程師，工程碩士，主要從事超精密加工、3D打印和數(shù)字化制造等方面的研究。

2016-06-20