液體火箭發(fā)動機軸承座的工藝技術(shù)創(chuàng)新

何小虎 任莎 劉嘯航 李超 劉慶

摘要：液體火箭發(fā)動機軸承座是連接發(fā)動機機架和推力室的重要部件，為中間承力與傳力機構(gòu)，軸承座尺寸及質(zhì)量將直接影響火箭發(fā)動機推力線的實際位置，從而影響火箭的實際飛行軌跡。軸承座結(jié)構(gòu)為弱剛性非對稱組合件，其上一對的軸承孔加工要求極高，軸承孔加工難度大，加工效率低下。通過進行軸承座工藝技術(shù)研究，設(shè)計軸承座車加工工藝裝備，具有精確定位功能，有效減少找正時間，實現(xiàn)工件快速可靠穩(wěn)定的定位裝夾;總結(jié)出一種高效的加工方案，實現(xiàn)普通車床向數(shù)控機床的成功轉(zhuǎn)化，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：軸承座?工藝改進?工裝?刀具?提升效率

1引言

液體火箭發(fā)動機軸承座是連接發(fā)動機機架和推力室的重要部件，為中間承力與傳力機構(gòu)，軸承座尺寸及質(zhì)量影響火箭發(fā)動機推力線的實際位置，從而影響火箭的實際飛行軌跡。軸承座上有一對φ60mm軸承孔，軸承孔的尺寸精度、同軸度和表面粗糙度要求高，軸線對底面的平行度和對側(cè)面的垂直度要求高。軸承座材料為30CrMnSiA，不銹鋼材料具有良好的耐浸蝕性和優(yōu)異的力學(xué)性能，但其導(dǎo)熱性能較差，加工過程中易出現(xiàn)粘刀、不易斷屑等問題。軸承孔兩孔跨距為66mm，裝夾找正要求高，材料車加工性能差，各尺寸公差、形位公差及表面粗糙度難以保證，返工工作量大，存在加工效率低、表面質(zhì)量差、刀具磨損嚴(yán)重等問題。因此怎樣提高不銹鋼軸承座的車加工效率與精度成為亟待解決的問題。

2加工工藝方案研究

2.1內(nèi)容與思路

軸承座兩處軸承孔跨距為66mm，同軸度要求為φ0.03mm，兩孔軸線對底面的平行度為0.04mm，對側(cè)面的垂直度為0.02mm，軸承孔表面粗糙度為Ra0.8。傳統(tǒng)加工方法為組合夾具裝夾，在普通車床上進行加工，存在以下問題：（1）機床精度不足。在普通車床上進行加工，車床精度較差，主軸跳動、導(dǎo)軌與主軸平行度達不到要求。（2）夾具剛性差、自身偏重，通過組合夾具裝夾存在質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)中心的現(xiàn)象，從而限制車床加工轉(zhuǎn)速，內(nèi)孔表面切削線速度較低，加工效率慢，影響軸承孔表面粗糙度。（3）軸承孔表面粗糙度Ra0.8由車削加工無法保證，需要用砂紙反復(fù)拋光，反復(fù)測量尺寸，至尺寸和表面粗糙度合格。勞動強度大 ，一致性差，一次交檢合格率只能達到20%。（4）裝夾一致性差，工件與組合夾具采用壓板壓緊，不同壓緊力會對零件的跨距66尺寸發(fā)生變化，壓緊力過大拆下產(chǎn)品后尺寸會變化、導(dǎo)致產(chǎn)品超差，壓緊力過小在加工中從在安全隱患，對工人的加工經(jīng)驗要求高。需要反復(fù)找正調(diào)整裝夾位置，且兩孔軸線對底面的平行度、對側(cè)面的垂直度超差，產(chǎn)品該尺寸最終不合格率為30%左右。（5）采用自制刀桿，剛性差，容易產(chǎn)生顫振、讓刀等問題;手工刃磨刀具在加工過程中磨損快，讓刀嚴(yán)重，經(jīng)常導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)喇叭狀孔口、振紋等問題。（6）材料導(dǎo)熱性能較差，加工過程中易出現(xiàn)粘刀、不易斷屑等問題，對加工刀具要求高，對操作者刀具刃磨技術(shù)水平及加工技術(shù)水平要求高。

2.2基本原理及技術(shù)創(chuàng)新要點

為提升零件加工質(zhì)量及加工效率，自主設(shè)計不銹鋼軸承座車加工工藝裝備，其特征在于：由主體、支撐環(huán)、壓板、配重塊、螺栓、螺栓組成;主體為L形結(jié)構(gòu)，具有精確定位功能，并通過溝槽結(jié)構(gòu)進行減重;支撐環(huán)安裝在主體內(nèi)孔內(nèi)，用于工件軸向定位;壓板和螺栓用于壓緊工件;配重塊通過螺栓安裝于主體上，用于平衡工裝、工件的重心在機床主軸上，提升加工轉(zhuǎn)速，進行2處軸承孔和端面的車加工。

（1）裝夾方式由組合夾具改裝為整體專用夾具。a、主體為L形結(jié)構(gòu)，采用整體棒材加工而成，具有精確定位功能，并通過溝槽結(jié)構(gòu)進行減重，裝夾主體Φ200mm部位，主體外圓跳動不大于0.01mm，工件靠75±0.01mm、130±0.01mm尺寸面定位，有效減少找正時間，實現(xiàn)工件快速定位裝夾。b、支撐環(huán)安裝在主體內(nèi)孔內(nèi)，通過端面R5凸起支撐工件端面，用于工件軸向定位。c、工件定位后，通過壓板和螺栓壓緊。d、配重塊通過螺栓安裝于主體上。建立三維模型設(shè)計配重結(jié)構(gòu)，擬合夾具重心位置，采用馬蹄形可裝卸配重片，并在靠近內(nèi)孔部位采用人體工學(xué)設(shè)計，設(shè)置角度，給操作留出空間，配重結(jié)構(gòu)避免了加工回轉(zhuǎn)時對主軸的沖擊。

（2）將加工設(shè)備由目前普通車床向高精度數(shù)控轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)速由170r/min提升至500r/min，保證零件內(nèi)孔高精度尺寸和高質(zhì)量表面。

（3）加工刀具由手工刀具改進為高剛性可轉(zhuǎn)位車刀，進行2處軸承孔和2處端面的數(shù)控車加工，通過優(yōu)化程序、切削參數(shù)，采用陶瓷刀具進行加工，一次裝夾加工保證軸承孔公差0.03mm、兩孔同軸度為φ0.03mm、兩孔軸線對底面的平行度為0.04mm、對側(cè)面的垂直度為0.02mm，軸承孔表面粗糙度為Ra0.8。

3應(yīng)用情況及其推廣前景

為異形偏心零件中的孔及端面提供了一種可靠、精確的定位加工夾具，可以保證零件的批量化、高精度加工。軸承座加工精度高、 表面質(zhì)量一次加工合格率達100%，一次交檢率由原來的20%，提升到100%。有效降低勞動強度，降低了產(chǎn)品對工人技術(shù)水平的高度要求。加工效率高由原來的6小時/件提升到了現(xiàn)在的1.5小時/件。在此類產(chǎn)品的研制加工過程完全可以選用此加工方法并進行推廣。為30CrMnSiA材料的加工提供借鑒，保證此類材料零件車加工的高精度尺寸和高質(zhì)量表面。

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作者簡介：何小虎（1986年11月—），男，漢族，單位：西安航天發(fā)動機有限公司，研究方向：液體火箭發(fā)動機金屬冷加工。