薄壁斜環型槽起落架外筒的加工工藝研究及應用

趙曉云，白亞玲，劉新文

（中航飛機起落架有限責任公司，陜西漢中723200）

0 引言

隨著我國航空工業的大力發展，對飛機的設計性能要求越來越高，隨之機械加工技術要求也要與之同步進行創新，提供更可靠、更高效的加工方法。以帶有斜環型槽薄壁的起落架外筒為例，該類零件斜軸頸部位的加工工藝研究，在公司屬于首次，無任何經驗可供借簽：1）采用臥式加工中心加工零件，主軸懸伸必須大于800 mm，機床附件無法滿足要求，且不穩定；2）采用車床、磨床加工零件，因該零件的外型結構，無法指定找正基準，尺寸及粗糙度均無法保證。因此必須采用新工藝、新方法，突破以往加工方法。本文所述新加工方法首先采用三軸笛卡爾坐標（X軸、Y軸、Z軸）及五軸（X軸、Y軸、Z軸、C軸、B軸）編制數控三軸程序及五軸程序，再利用車銑加工中心完成零件的粗加工及半精加工；待零件經過熱處理后，利用數控車及數控磨機床對零件采取合理的裝夾方式和控制嚴格的磨削參數等，制定合理的工藝流程，保證了產品的質量及其各項設計要求。

1 薄壁斜環型槽外筒工藝分析

外筒包括本體如圖1所示，本體上設有與本體中心軸線不垂直的斜環型槽，斜環型槽中心軸線與外筒中心軸線的夾角為12.37°。本體上靠近斜環型槽的一端設有向本體外側延伸的斜耳片，該斜耳片上設有斜耳片孔，本體的另一端設有與外筒軸線垂直的扭力臂耳片，扭力臂耳片上設有扭力臂孔，其中，斜耳片孔中心與斜環型槽中心軸線在同一直線上。該外筒外型尺寸較大，斜環型槽部位周邊壁厚最小處僅為3.7 mm，屬典型的薄壁型腔零件，零件結構剛性差，易變形，是飛機起落架關鍵承力構件之一，實現起落架收放功能，為起落架的高精度配合部位，尺寸及位置公差要求很嚴，制造外筒的粗坯為模鍛件，材料為30CrMnSiNi2A超高強度鋼，因工藝設計難度的增加，該外筒加工的難點之一就是解決薄壁型斜環型槽部位的加工。

圖1 外筒最終結構簡圖

2 工藝流程

帶有斜環型槽外筒的加工方法，由外筒粗坯加工而成?，F對其主要工藝流程作以介紹。

2.1 確定基準

1）鉗工工序對零件整個尺寸進行劃線確認，確保零件無缺陷；鏜工工序根據鉗工劃線加工本體兩端的裝夾內孔；再由車工工序在本體上沿長度方向依次加工3段外圓（如圖2所示外圓A、B、C），為后續加工做好基準[1]。

圖2 外筒基準確定簡圖

車工切削參數：轉速n=30～40 r/min；進給量F=20～30 mm/min；切削深度為1 mm。

注意事項：車工、鏜工所用設備在加工零件前必須清掃干凈，無雜屑；切削刀具要鋒利、光滑，各工序在零件流轉過程中，因外筒體積較大，注意防磕碰。

2）以外圓A、B、C為基準，在外筒粗坯本體上扭力臂耳片所在一端，由車工加工出長內孔。

車工切削參數：轉速n=50～60 r/min；進給量f=17～20 mm/min；切削深度為1 mm。

2.2 粗加工、半精加工階段

2.2.1 數控粗加工

首先采用三軸笛卡爾坐標（X軸、Y軸、Z軸）及五軸（X軸、Y軸、Z軸、C軸、B軸）編制數控三軸程序及五軸程序；再利用車銑加工中心對零件外形進行粗銑，加工出斜耳片、斜環型槽和扭力臂耳片，并滿足外形尺寸要求；最后進行半精加工，使得斜耳片孔的中心與斜環型槽的中心軸線在同一直線上，如圖3所示，并留有2.0～2.5 mm余量。

注意事項：

1）加工完斜耳片、斜環型槽和扭力臂耳片，待零件進行熱處理。

2）用機床卡爪夾住零件左端夾頭，尾座頂尖頂住零件右端孔口（一夾一頂方式），圖2中3處零件外圓為輔助支撐及找正基準。

3）刀具參數選擇。a.刀具：轉位刀（φ32～φ63）；切削參數：n=800～1200 r/min；f=500～800 mm/min；切深為1.5 mm。b.刀具：轉位刀(φ20～φ10R5)；切削參數：n=1500 r/min；f=800 mm/min；切深為0.5 mm。

2.2.2 熱處理及后續基準加工

1）對外筒粗坯依次進行淬火、回火處理，保溫、油冷至室溫，獲得抗拉強度為1570～1770 MPa的外筒半精粗坯。2）在外筒半精粗坯上重新進行基準A和基準B的加工，作為后續加工基準，余量為0.5 mm。

2.2.3 半精加工

1）在內孔的孔口鏜削內螺紋；2）對扭力臂孔和外筒半精粗坯靠近扭力臂耳片的端面進行數控銑精加工；3）將外筒半精粗坯和夾具組裝在一起，使得外筒半精粗坯右端面與夾具的零件安裝面緊密貼合，再通過扭力臂孔將外筒粗坯固定于圖3所示夾具上。圖4是現場加工圖片，工作時夾具、工件隨機床主軸一起高速旋轉[2]。

圖3 車、磨加工示意圖

圖4 現場加工斜環型槽圖片

2.3 精加工階段

1）找正2.2.2節中外圓A和外圓B，保證跳動量不大于0.05 mm，復查斜環型槽的角度，在斜耳片左端加工出頂尖孔，利用圖3夾具右端夾頭，保證頂尖孔的中心軸線與斜環型槽的中心軸線重合。2）進行數控車精加工：用機床四爪卡爪夾緊夾具夾頭右端外圓，用尾座頂尖頂入外筒半精粗坯左端的頂尖孔，找正夾具夾頭處加工面，保證跳動量不大于0.05；復查斜耳片孔中心到斜環型槽中心的距離，精加工斜環型槽部位尺寸，為后續數控磨最終加工做好準備。3）進行數控磨精加工：將外筒半精粗坯連同夾具一起從步驟2）中數控車床上拆出，并一起安裝到數控磨床上，保證斜環型槽中心軸線位于水平面上；找正夾具夾頭處加工面，保證跳動量不大于0.05 mm；同時復查斜環型槽面跳動量不大于0.05 mm，再復查斜耳片孔中心到斜環型槽中心的距離，最后選用砂輪進行磨削加工，使得斜環型槽部位滿足加工尺寸要求。

3 重點工藝方法的具體實施

3.1 車銑加工中心三軸和五軸銑削

薄壁斜環型槽外筒的加工中，為減少工件的裝夾次數，節省大量的專用和通用工藝裝備，采用車銑加工中心進行銑削，可消除因多次裝夾帶來的重復定位誤差。車銑加工中心集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和銑螺紋于一身，有利于保證各加工部位的位置精度要求。根據斜環型槽外筒的角度特征，利用車銑三軸和五軸的特點，在加工過程中充分發揮機床具有兩個旋轉軸的優勢，擺動B軸，并配合使用C軸旋轉定位，既可以縮短刀具的懸伸長度又可以完成零件角度特征的加工，編程并實施操作，進行斜環型槽部位的粗加工銑削及半精加工銑削。

3.1.1 程序設置過程

程序設置過程如圖5所示。程序具體流程如下：基本參數設置→程序頭格式設置→程序尾格式設置→程序中信息說明→生成后置處理文件→添加到數控加工后置處理模版中→生成數控程序代碼→對數控程序進行驗證→對零件進行加工。

圖5 程序設置流程圖

3.1.2 三軸程序編制舉例

3.1.3 五軸程序編制舉例

3.2 車削加工及參數設置

車削加工采用一夾一頂方式，在斜環型槽外筒的一端耳片處制作頂尖孔，另一端設計一套專用夾具（偏心夾頭）。該夾具需要在零件端面進行焊接，并通過螺紋壓板壓緊，確保裝夾牢靠（右端回轉直徑約900 mm，現有大型車床能夠滿足要求），然后在臥式加工中心修正夾頭和頂尖孔，利用大車夾右端夾頭，左端頂緊頂尖孔，將被加工部位轉化為沿軸線回轉結構，這樣就實現了連續車削工藝。數控車切削參數如表1所示。

3.3 磨削加工及參數設置

斜環型槽的加工需要通過兩次磨削加工和一次低溫回火，確保產品質量。第一次磨削加工很大程度消除零件變形，同時大余量磨削加工后產生內應力，后續在（190±100）℃的溫度下保持4 h左右的時間消除內應力，然后精磨斜環型槽部位最終余量。磨削加工時，磨削參數非常重要，一方面要避免參數不當造成零件過熱，甚至燒傷；另一方面，過度的參數會使工件產生變形，影響產品質量，因此，磨削過程嚴格控制磨削參數。磨削加工參數如表2所示。

表1 數控車削參數

表2 數控磨削參數

4 結語

本文涉及帶有斜環型槽外筒的加工方法，通過對材料的特性及加工性能分析，并根據加工設備、設施、環境狀況等因素，制定合理的零件加工工藝。該加工工藝通過對設備、刀具及熱處理等加工過程和環境安全等進行控制，利用車銑三軸粗銑削加工和五軸半精加工，待零件熱處理后，再次采用數控車和數控磨通過一定的工藝策略并采取合理的裝夾方式和嚴格的磨削參數，獲得高質量的斜環型槽外筒。該薄壁斜環型槽起落架外筒的加工方法，為此類結構件的加工提供了典范，可廣泛應用于航空航天等機械加工行業，具有較強的社會和經濟效益。