某引信殼體加工工藝研究

□ 曹四祥

中國空空導(dǎo)彈研究院 河南洛陽 471009

圖1所示零件是某型產(chǎn)品引信的重要部件，由于空間的限制，常規(guī)的密封方式在此不太適用，只能采用占用空間小、便于裝拆的端部密封方式。因?yàn)榭臻g有限，又要考慮到減重問題，必然會(huì)有一些壁厚不均、不規(guī)則的結(jié)構(gòu)形狀出現(xiàn)，該零件材料為2A12 T4鋁合金。由于零件形狀復(fù)雜，使加工、檢驗(yàn)較為困難。

▲圖1 零件三維軸測圖

1 零件分析

主要加工難點(diǎn)：1）零件為圓筒類零件，底面壁厚2 mm，圓周壁厚最薄處2 mm，最厚處12 mm，壁厚不均，加工中易發(fā)生變形。2）圓柱面上有上下兩排各4個(gè)窗口，分別為發(fā)射窗口和接收窗口，其中上面發(fā)射窗口底面為圓錐面，加工難度大。3）精度要求高，①內(nèi)孔φ125 mm在94 mm長度上的圓柱度為0.06 mm；②4個(gè)斜面窗口深度為所有孔與外圓同軸度為φ0.1 mm。4）在圓柱表面進(jìn)行輪廓加工，需多軸聯(lián)動(dòng)加工。5）底部R5 mm圓角需用直徑為10 mm、有效長度為110 mm的加長立銑刀加工。

2 工藝分析

由于內(nèi)殼體零件是薄壁件，且壁厚不均，容易出現(xiàn)加工變形和裝夾變形，需要合理安排粗、精加工，選擇合適的裝夾方法，控制零件變形?？紤]到零件本身沒有合適的裝夾部位，需要在壁厚2 mm的底部增加工藝夾頭，作為車削和銑削的定位基準(zhǔn)和裝夾部位，增加零件剛性。由于壁厚不均，加工內(nèi)應(yīng)力較大，需要在粗加工后安排人工時(shí)效，消除內(nèi)應(yīng)力，最后精加工圓柱表面上的輪廓、窗口密封槽等。

加工工藝路線如下：粗車（留夾頭）→數(shù)控粗銑（夾頭裝夾）→T851時(shí)效→精車→數(shù)控精銑（夾頭裝夾）→車工去夾頭→檢驗(yàn)→表面處理。

數(shù)控銑精加工是內(nèi)殼體加工的難點(diǎn)之一，其加工內(nèi)容為外圓柱輪廓表面的所有內(nèi)容。如將外表面展開來看，其加工要素可分為平面、輪廓、腰形槽，數(shù)控加工就變得比較簡單，但是牽涉到圓柱輪廓表面的加工，由于與平面加工完全不一樣，編程就顯得比較困難。

2.1 零件φ125 mm內(nèi)孔加工

由于零件孔壁最薄處僅2 mm，為保證φ125 mm內(nèi)孔圓柱度0.06 mm要求，首先，要消除裝夾變形，簡單的三爪裝夾外圓必然無法滿足要求，必須要有可靠的裝夾方式。因此，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，增加了長20 mm工藝夾頭，夾頭壁厚25 mm，夾頭與零件連接部位壁厚設(shè)計(jì)有寬15 mm、厚度6 mm的連接過渡部位。內(nèi)孔加工安排在內(nèi)孔及外圓粗車、外輪廓與窗口粗銑并對零件進(jìn)行人工時(shí)效之后進(jìn)行，減少后續(xù)工序加工應(yīng)力對圓柱度的影響。

2.2 外圓柱表面加工

外圓柱表面為復(fù)雜曲面，只能在四軸機(jī)床上完成，手工編程較為復(fù)雜。在外圓柱表面加工時(shí)利用UG三維模型編程，實(shí)現(xiàn)了加工模型與設(shè)計(jì)模型的統(tǒng)一。在利用UG進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，選擇可變軸曲面區(qū)域銑操作VARIABLE_AREA，生成四軸刀軌，如圖2所示，通過后置處理，生成所需的NC程序，完成了數(shù)銑加工，精度滿足圖紙要求。

▲圖2 四軸刀軌圖

利用UG可變軸曲面區(qū)域銑操作VARIABLE_AREA完成四軸刀軌，完成零件外圓柱表面的加工。否則，利用手工編制，計(jì)算量非常大，編程效率就會(huì)大幅度降低。

2.3 外圓柱表面底部缺口倒圓加工

外圓柱表面底部缺口倒圓也必須利用設(shè)計(jì)創(chuàng)建的UG三維模型編程，因?yàn)槭止ぞ幊碳庸さ牧慵?huì)與設(shè)計(jì)模型不一致，會(huì)在靠近左側(cè)輪廓的地方產(chǎn)生過切。利用UG編程時(shí)，選擇固定軸曲面區(qū)域銑操作CONTOUR_AREA，生成如圖3所示刀軌，通過后置處理，生成NC程序，完成數(shù)銑加工，通過實(shí)際加工的零件與設(shè)計(jì)模型一致，滿足圖紙要求。

▲圖3 缺口倒圓刀軌圖

▲圖4上輪廊加工部位圖

2.4 外圓柱表面上的輪廓加工

以外圓柱表面上的上輪廓為例說明其加工過程(見圖4，輪廓為加工部位)，加工該輪廓時(shí)，采用圓角為R3 mm的φ10mm銑刀進(jìn)行粗加工，精加工采用φ6 mm球頭刀。在F批編制上輪廓程序時(shí)，主要利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)計(jì)算、獲得各個(gè)點(diǎn)的實(shí)際尺寸來編程，數(shù)據(jù)量計(jì)算大，編程麻煩，調(diào)試不方便，表面粗糙度差，而且程序不易修改。C批采用參數(shù)編程，利用Q參數(shù)編程功能，編制圓柱表面上的輪廓、下窗口密封槽的程序，方便調(diào)試，也獲得了很好的表面粗糙度，這是在編程方面進(jìn)行的改進(jìn)。該程序主要解決利用參數(shù)編程進(jìn)行分層銑削，同時(shí)解決了加工中的過切問題。外圓柱表面上的上輪廓程序如下：

393 TOOL CALL 18 Z S3000 F1000 DL-0.15 DR+0;

394 FN 0:Q12=+0

395 LBL 41

396 FN 3:Q13=+Q12*+90

397 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT

398 CYCL DEF 7.1 C+Q13

399 CALL LBL 21

400 L X-3 Y-10 Z+200 C+25 A-90 R0 F MAX M13

401 L Z+74.45 R0 F MAX

402 FN 0:Q11=+1

403 LBL 40

404 L IZ-2

405 L Y+16

406 L X+0 C+28.333

407 FN 0:Q1=+1//增量值

408 FN 0:Q2=+0//初始角

409 FN 0:Q3=+3//圓半徑

410 FN 0:Q4=+3//刀半徑

411 FN 0:Q9=+6//圓半徑

412 FN 1:Q5=+Q3++Q4

413 FN 1:Q10=+Q9++Q4

414 LBL 31

415 Q6=-Q4*SIN(Q2)

416 Q7=16+Q5*(1-COS(Q2))

417 Q8=28.333+Q3*SIN(Q2)*0.889

418 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

419 FN 1:Q2=+Q2++Q1

420 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 31

421 L X-3 Y+22 C+31

422 L Y+26

423 FN 0:Q1=+1//增量值

424 FN 0:Q2=+0//初始角

425 LBL 32

426 Q6=-Q4*COS(Q2)

427 Q7=26+Q5*SIN(Q2)

428 Q8=31-Q3*(1-COS(Q2))*0.889

429 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

430 FN 1:Q2=+Q2++Q1

431 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 32

432 L X+0 Y+32 C+28.333

433 L X-3 C+25

434 L Y+36.5

435 FN 0:Q1=+1//增量值

436 FN 0:Q2=+0//初始角

437 FN 0:Q9=+6

438 LBL 33

439 Q6=-Q4*COS(Q2)

440 Q7=36.5+Q10*SIN(Q2)

441 Q8=25-Q9*(1-COS(Q2))*0.889

442 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

443 FN 1:Q2=+Q2++Q1

444 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 33

445 L X+0 Y+45.5 C+19.667

446 L X-3 C+6

447 L Y+51

448 FN 0:Q1=+1//增量值

449 FN 0:Q2=+0//初始角

450 LBL 34

451 Q6=-Q4*COS(Q2)

452 Q7=51+Q5*SIN(Q2)

453 Q8=6-Q3*(1-COS(Q2))*0.889

454 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

455 FN 1:Q2=+Q2++Q1

456 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 34

457 L X+0 Y+57 C+3.334

458 L C-3.334

459 FN 0:Q1=+1//增量值

460 FN 0:Q2=+0//初始角

461 LBL 35

462 Q6=Q4*SIN(Q2)

463 Q7=57-Q5*(1-COS(Q2))

464 Q8=-3.334-Q3*SIN(Q2)*0.889

465 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

466 FN 1:Q2=+Q2++Q1

467 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 35

468 L X+3 Y+51 C-6

469 L Y+45.5

470 L X+0 C-19.667

471 FN 0:Q1=+1//增量值

472 FN 0:Q2=+0//初始角

473 FN 0:Q9=+6

474 LBL 36

475 Q6=Q4*SIN(Q2)

476 Q7=45.5-Q10*(1-COS(Q2))

477 Q8=-19.667-Q9*SIN(Q2)*0.889

478 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

479 FN 1:Q2=+Q2++Q1

480 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 36

481 L X+3 Y+36.5 C-25

482 L Y-10

483 L IZ+50 R0 F MAX

484 L X-3 Y-10 C+25 R0 F MAX

485 L IZ-46 R0 F MAX

486 L IZ-4

487 FN 1:Q11=+Q11++1

488 FN 12:IF+Q11 LT+5.5 GOTO LBL 40

489 L Z+100 R0 F MAX

490 FN 1:Q12=+Q12++1

491 FN 12:IF+Q12 LT+3.5 GOTO LBL 41

492 L Z+200 R0 F MAX

2.5 內(nèi)腔底部小突起清根加工

零件內(nèi)腔底部有一個(gè)凸臺(tái)，其與內(nèi)圓弧連接處半徑為R5 mm(見圖5，輪廓為加工部位)，如果采用機(jī)械加工，需要直徑為10 mm，有效長度為110 mm的立銑刀。一般沒有如此大長徑比的銑刀，為此，設(shè)計(jì)制造了長度140 mm的加長高速鋼立銑刀。因?yàn)榧庸ど疃忍?，刀具剛度很差，該部位的清根加工不能按照傳統(tǒng)的沿輪廓分層銑削的方式加工，所以采用垂直插削的方式，每次沿輪廓方向進(jìn)給0.08～0.1 mm，完成該部位的加工，單件用時(shí)大約3 h。即使每次進(jìn)給0.08～0.1 mm，當(dāng)加工至小突起與內(nèi)圓弧連接處時(shí)，仍然出現(xiàn)明顯的讓刀現(xiàn)象，銑削時(shí)的聲音也發(fā)生很大變化，出現(xiàn)振動(dòng)。

2.6 上窗口圓錐面的加工

如圖6所示為上窗口圓錐面的加工部位，由于結(jié)構(gòu)限制，同時(shí)為了增強(qiáng)加長立銑刀的剛性，刀具選擇φ4 mm加長立銑刀，利用五軸機(jī)床加工。最初設(shè)計(jì)把與圓錐面相連的圓柱面的寬度設(shè)計(jì)為 4 mm，由此帶來了兩個(gè)問題。當(dāng)將整個(gè)圓錐面的側(cè)面加工完時(shí)，會(huì)在窗口下部產(chǎn)生1.132 mm的過切(如圖7a)；一旦不在窗口下部產(chǎn)生過切，又會(huì)在圓錐面的側(cè)面形成殘余材料(如圖7b)，這兩種情況與設(shè)計(jì)要求不符。為此，經(jīng)與設(shè)計(jì)者協(xié)商，圓柱面的寬度改為5.1 mm(如圖7c)，解決了加工難題。

▲圖5 底部凸臺(tái)輪廊加工部位

▲圖6 上窗口圓錐面加工部位

▲圖7 材料的過切

3 結(jié)束語

該零件經(jīng)過工藝設(shè)計(jì)及加工，主要的難點(diǎn)已經(jīng)解決，質(zhì)量得到了有效保證。同時(shí)，通過對該零件加工及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，有助于我們深入了解此類殼體零件的加工特點(diǎn)，更好地提高加工質(zhì)量和效率。

［1］ 孟少農(nóng).機(jī)械加工工藝手冊(第三卷)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

［2］ 曾周良.金屬材料及熱處理［M］.沈陽：遼寧科技出版社，1986.

［3］ 謝國明.UG CAM實(shí)用教程［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2003.