航空產(chǎn)品內(nèi)六方結(jié)構(gòu)車削工藝方法研究

■ 鄭州飛機裝備有限責(zé)任公司 （河南鄭州 450000） 陳登峰 范存輝 謝建國

陳登峰

航空產(chǎn)品中內(nèi)六方結(jié)構(gòu)普遍采用熱沖、冷鐓、插削及電火花等工藝方法加工，加工效率較高，尺寸規(guī)格涵蓋范圍廣，但也面臨著工序周轉(zhuǎn)多，表面加工質(zhì)量差等問題。車削加工內(nèi)六方是一種新型工藝方法，對加工設(shè)備要求低，工序內(nèi)容集中，同時在編制特定數(shù)控程序后，還可以實現(xiàn)六方與底孔等深結(jié)構(gòu)加工。

內(nèi)六方結(jié)構(gòu)相比外六方結(jié)構(gòu)來說，其具有占用空間小，可實現(xiàn)較深位置安裝等優(yōu)點，在航空產(chǎn)品機械部件連接處應(yīng)用極為廣泛。

1. 航空產(chǎn)品內(nèi)六方結(jié)構(gòu)機械加工現(xiàn)狀分析

目前，航空加工內(nèi)六方結(jié)構(gòu)常見工藝方法有：①毛坯冷鐓一次加工成形。②車削加工六方底孔，然后通過熱沖加工內(nèi)六方孔。③車削加工六方底孔及退刀槽，再插削內(nèi)六方。④車削加工六方底孔，電火花加工內(nèi)六方。

以上工藝方法不僅在航空領(lǐng)域，以至整個機械加工領(lǐng)域都廣泛應(yīng)用，適合不同結(jié)構(gòu)形式、尺寸規(guī)格內(nèi)六方零件加工，但也存在著一些不足：①冷鐓加工效率高，工序周轉(zhuǎn)少，但需要專用設(shè)備，且僅適合加工較大批量的小型內(nèi)六方零件。②熱沖加工效率較高，但工序周轉(zhuǎn)次數(shù)較多，不同尺寸零件需要制作不同規(guī)格模具。③插削方便加工各種不同尺寸內(nèi)六方，但其加工效率低，工序周轉(zhuǎn)次數(shù)同樣較多。④電火花工藝方法可加工特殊結(jié)構(gòu)內(nèi)六方，如六方與底孔等深的零件，但其加工效率低，電極消耗快，尺寸不穩(wěn)定，同時電加工面氧化現(xiàn)象嚴(yán)重，航空產(chǎn)品使用環(huán)境嚴(yán)苛，由于氧化膜的存在，會導(dǎo)致表面處理不到位，電加工面銹蝕問題尤其突出。

2. 車削加工內(nèi)六方原理

圖1 加工原理示意

如圖1所示，車削加工內(nèi)六方結(jié)構(gòu)是一種全新的工藝方法，與其他工藝方法單一Z向切削不同，該工藝方法主要靠徑向擠壓、Z向清屑加工六方結(jié)構(gòu)：在車削加工時，由卡盤裝夾零件帶動旋轉(zhuǎn)；六方車刀安裝在帶軸承刀柄內(nèi)，此時刀具軸線與刀柄軸線有一定夾角（α角），當(dāng)?shù)毒吲c零件接觸開始同步轉(zhuǎn)動時，由于α角的存在，會在底孔內(nèi)形成徑向旋轉(zhuǎn)擠壓，實現(xiàn)六方擠削加工，如圖2所示；同時Z向持續(xù)進給，保證加工深度需要，Z向的加工余量小，對機床主軸沖擊少。可以看出，車削加工內(nèi)六方結(jié)構(gòu)是一種工序集中性強，同時高效實用的新型工藝方法。

圖2 刀具加工軌跡示意

3. 車削內(nèi)六方加工方案設(shè)計

航空類產(chǎn)品在材料強度、質(zhì)量可靠性上均高于其他產(chǎn)品，而車削加工內(nèi)六方在航空領(lǐng)域應(yīng)用較少，尚無可借鑒資料，因此，我們從實際加工出發(fā)，對加工余量、加工參數(shù)等進行了探索，針對特殊結(jié)構(gòu)內(nèi)六方，我們從設(shè)計、編制專用宏程序角度出發(fā)尋求解決方案。

（1）加工余量設(shè)計 在該工藝方法中，六方結(jié)構(gòu)主要靠專用車刀徑向擠壓成形，因此底孔直徑應(yīng)盡量接近六方對邊尺寸，減少刀具徑向受力。經(jīng)試加工驗證，一般底孔余量為0.01～0.03mm，銅、鋁等較軟材質(zhì)零件可適當(dāng)增大。

（2）加工排屑方案設(shè)計 旋轉(zhuǎn)車削過程中，Z向進給會產(chǎn)生部分切屑積壓在孔底部，不同六方結(jié)構(gòu)容屑空間大相徑庭，如部分航空產(chǎn)品零件要求六方深度與其底孔等深，因此我們在具體實施上也進行了區(qū)別：①當(dāng)容屑空間充足時（底孔較六方孔深≥1.5mm），六方孔可一次車削成形，六方車刀退出后，再使用直徑小于六方對邊尺寸0.1mm的鉆頭清理積屑，即可實現(xiàn)目標(biāo)加工，如圖3所示。②部分航空產(chǎn)品內(nèi)六方深度與六方底孔深度相同，此時容屑空間不足（底孔較六方孔深＜1.5mm），強行進給會導(dǎo)致零件沿Z向竄動，嚴(yán)重時還可能撞刀。因此，在加工過程中需要重復(fù)進行退刀→清理積屑→進刀，但在清理后，六方車刀與原加工六方孔位置方向發(fā)生變化，兩次加工六方會產(chǎn)生錯牙，如圖4所示。

圖3 容屑空間充足加工樣件

圖4 零件沿Z向竄動樣件

為解決清屑后二次加工的錯亂牙問題（見圖5），我們設(shè)計并編制了特定的宏程序程序，實現(xiàn)機床主軸準(zhǔn)停位置不變，從而保證多次進退刀后，六方孔與刀具方向仍然一致。

圖5 重復(fù)進刀牙型錯亂示意

數(shù)控程序：

#1= X (最終深度尺寸)

#2= 2 (2間隙)

#3=#1+#2

N1 M71 B0 (主軸定位)

M200（主軸剎車開）

G0 X0 Z1

G98 F100

G1 Z0 F10

M201（主軸剎車關(guān)）

M70（取消主軸剎定位）

M3 S800

G99 F0.1

G1 Z#3 F0.03

Z1 F0.2

M5

G0 X100 Z150

M0

#3=#3-#2

IF[#3LT#1] GOTO 2

GOTO 1

N2 M30

（3）主要加工參數(shù)設(shè)計 車削內(nèi)六方時，一般選用鎢鋼材質(zhì)（W18Cr4V）六方車刀，淬火硬度高、耐沖擊性差，因此車六方工序應(yīng)盡量在零件熱處理前進行。加工鋼件等硬度較高材料時，轉(zhuǎn)速、進給量等參數(shù)不宜過高；鋁、銅等有色金屬材質(zhì)較軟，轉(zhuǎn)速、進給量較鋼件可提高2～3倍（見表1）。

表1 不同材質(zhì)零件加工參數(shù)設(shè)計

4. 結(jié)語

車削加工內(nèi)六方是一種高效實用的新型工藝方法，可將多工序穿插作業(yè)，簡化為車床單工序一次加工成形，工序周轉(zhuǎn)少，加工效率極高，非常適合航空產(chǎn)品批量小、加工周期短的特點。對比電火花加工，該方案加工零件尺寸更穩(wěn)定，表面質(zhì)量也更加可靠，完全可滿足航空產(chǎn)品苛刻的使用環(huán)境要求。同時，該工藝方法具有較高的推廣價值，如內(nèi)四方、內(nèi)花鍵等結(jié)構(gòu)加工，是提高加工效率，降低工序成本的有效技術(shù)方案。