提高某折疊尾翼深孔加工精度的研究

鄧旭紅

摘 要： 如何保證深孔加工精度，是某折疊尾翼加工過程中的難題，提高深孔加工的精度，成為了提升該折疊尾翼質(zhì)量的關(guān)鍵。本文通過對某折疊尾翼的結(jié)構(gòu)特征及加工難點(diǎn)進(jìn)行分析，從工藝路線、加工方法、設(shè)計(jì)專用工裝和專用刀具等方面進(jìn)行研究，解決了該折疊尾翼深孔加工中出現(xiàn)的孔不同軸、直線度差和表面粗糙度差的問題，為提高某折疊尾翼質(zhì)量提供了保證。

關(guān)鍵詞： 深孔加工；精度；專用工裝；專用刀具

1 前言

隨著軍事技術(shù)快速發(fā)展，戰(zhàn)場區(qū)域不斷向外層空間擴(kuò)展，空襲體系已由各種作戰(zhàn)飛機(jī)為主要打擊裝備，擴(kuò)展成以BM、CM、各種軍事衛(wèi)星以及無人機(jī)的空天打擊體系。由于地面防空產(chǎn)品作為攔截來襲飛行器的重要力量，當(dāng)前美國、俄羅斯等西方各軍事強(qiáng)國均開始研制第四代防空產(chǎn)品，到目前為止已有多型號裝備部隊(duì)，如美國生產(chǎn)的PAC-3、俄羅斯C-300系列防空裝備、以色列的“箭”式產(chǎn)品等武器系統(tǒng)[1]。新一代的地空產(chǎn)品在繼續(xù)保留高精度、高效能的同時，進(jìn)一步朝著高機(jī)動、高智能、多功能、通用化的方向發(fā)展。有很多這類產(chǎn)品都有折疊尾翼，提高折疊尾翼的質(zhì)量，對提升這類產(chǎn)品的質(zhì)量起到了重要作用。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)分析

2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

某折疊尾翼結(jié)構(gòu)簡圖，如圖1所示，折疊尾翼主要由骨架、支臂、轉(zhuǎn)軸、扭桿、彈簧、鎖定銷等組成，骨架是其主要零件。骨架上連接支臂、鎖定銷的孔的中心距、同軸度、直線度是直接影響到產(chǎn)品工作時鎖定銷能否進(jìn)入骨架上的定位孔并達(dá)到規(guī)定深度，折疊尾翼能否順利展開的關(guān)鍵。

某折疊尾翼主要組成部分“骨架”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：翼面上有多個減輕框，型面大而薄，容易變形，最薄之處為2mm，長接近350mm，寬大約240mm，型面相對中心平面的對稱度不超過0.2，深孔全長接近200mm，孔徑尺寸為φ11mm和φ13mm，兩孔的中心距為35±0.05mm，孔到根肋面的邊距為55.5±0.05mm，槽口兩端兩段孔的同軸度不大于φ0.02，深孔相對定位基準(zhǔn)的垂直度不大于0.04，深孔內(nèi)表面的表面粗糙度為Ra1.6。

2.2 加工難點(diǎn)

通過對骨架結(jié)構(gòu)尺寸的分析，骨架的加工主要有以下難點(diǎn)：

1）型面相對中心平面的對稱度0.2，型面大而薄，加工中易變形。

2）φ11、φ13孔對槽口兩側(cè)面的垂直度0.04。

3）φ11、φ13孔前后兩段的同軸度φ0.02，孔的距離公差為±0.05，深孔全長為200mm。

型面大而薄，加工中易變形的問題，通過改變零件的材料狀態(tài)、刀具的幾何參數(shù)、熱處理的合理安排及加工方式等方法，型面的加工問題已得到解決。而直徑為φ11、φ13全長為200mm深孔的加工是整個零件加工的關(guān)鍵，只要攻克骨架上φ11、φ13孔的加工問題，整個零件加工難題就可以迎刃而解。

3 解決途徑與措施

3.1 確定工藝路線

深孔是指深徑比大于5：1的孔[2]，骨架上φ11、φ13孔的全長為200mm，其深徑比達(dá)到了18：1，屬于典型的深孔加工。軍工產(chǎn)品的生產(chǎn)特點(diǎn)為多品種、小批量、產(chǎn)品精度高，這些生產(chǎn)特點(diǎn)決定了生產(chǎn)以通用設(shè)備為主，采用通用設(shè)備和簡便的工藝裝備加工深孔是解決研制產(chǎn)品深孔加工的主要途徑。

孔的加工常用工藝思路為鉆孔→擴(kuò)孔→鉸孔，通過實(shí)踐也證明這一思路的正確性，但是必須把每個步驟做精、做細(xì)。通過對工藝試件進(jìn)行加工，加工出的零件孔的直徑超上差0.05mm，兩段孔的同軸度為0.06，直線度為0.15，孔邊距公差超上差0.1mm，均沒有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鉆出來的孔偏，鉸完后不同軸。無論是采用普通鉆頭、鉸刀（剛性差），還是整體硬質(zhì)合金鉆頭和鉸刀，得到的都是同一個結(jié)果：只能保證孔徑，而保證不了同軸度和直線度。

機(jī)床的精度能夠保證孔距精度要求，而加工結(jié)果不滿足設(shè)計(jì)要求，主要是由于孔的深度與孔徑比例較大，鉆頭細(xì)長、剛性差，因此在鉆孔時鉆頭容易偏斜，產(chǎn)生振動，導(dǎo)致鉆出的孔表面粗糙度和尺寸精度不易保證[3]。同時鉆頭工作環(huán)境惡劣，切削熱量不易排出，而且排屑困難，使得刀具磨損加劇[4]。要想達(dá)到設(shè)計(jì)要求的精度，就必須提高鉸孔前半精加工（擴(kuò)孔）后底孔的精度，通過擴(kuò)孔工序來修正孔的位置度和同軸度，如果鉸孔前的底孔不正、不直、不同軸，用再好的鉸刀也達(dá)不到最終要求，因此把半精加工作為后續(xù)加工的突破口。

3.2 設(shè)計(jì)專用刀具和工裝

通過分析，設(shè)計(jì)了適合骨架深孔加工的專用刀具和工裝：φ10的臺階鉆、φ10.5和φ10.85的專用擴(kuò)孔鉆、φ11的專用組合鉸刀及用于裝夾、定位和導(dǎo)向的專用工裝，刀具材料選用整體硬質(zhì)合金以提高刀具的剛性。由于臺階鉆排屑好，能夠保證底孔偏斜不大，分為兩次擴(kuò)孔對孔型進(jìn)行修正，并在擴(kuò)孔時增加導(dǎo)向板防止鉆頭偏斜，把孔軸的偏斜降到最低的程度，為后續(xù)鉸孔提供合格的預(yù)孔，采用組合式鉸刀，用一把鉸刀將兩段孔同時鉸出，保證兩段孔的同軸度和直線度。

3.3 改進(jìn)加工方法

在加工中，為了避免其他機(jī)加工序?qū)ι羁准庸さ男挝痪仍斐捎绊?，將骨架上的深孔加工安排在最后一道工序進(jìn)行。在鉆孔前，對定位的骨架根肋面及支臂安裝槽口進(jìn)行精加工，保證裝夾定位基準(zhǔn)的精度，同時可減少裝夾變形。由于刀具較長，采用臥式加工刀具自重會導(dǎo)致刀具端部向下傾斜，容易造成孔直線度和邊距不合格，為排除刀具自身的影響，采用立式加工。

用組合夾具搭了一個類似于角鐵的鉆孔工裝，將零件豎起來裝夾加工，工裝簡圖如圖2所示。

在工裝的側(cè)面用兩個定位板在根肋面建立一個定位基準(zhǔn)面，用兩個拉緊螺釘將根肋面緊緊的貼合在定位板上，保證鉆孔時邊距尺寸，在骨架的厚度方向平面上用兩個輔助壓板將骨架壓緊與基礎(chǔ)板貼平，保證孔在型面的對稱中心上。為防止鉆頭方向偏，進(jìn)行擴(kuò)孔時在槽口部位增加一個導(dǎo)向板。裝夾零件時，為防止裝夾變形，應(yīng)用塞尺檢查工裝定位面與零件之間的間隙不得大于0.02，否則墊銅皮后再壓緊零件。

鉆孔時，先用鍵槽銑刀在鉆尖接觸的位置銑出小平面，再鉆中心孔，最后用加長鉆頭鉆出φ10底孔。加長鉆頭設(shè)計(jì)成臺階鉆，其結(jié)構(gòu)簡圖見圖3，鉆頭的總長略長于孔的深度2mm，鉆頭前部角度為112°，外圓為φ7，臺階部分角度為118°，外圓為φ10。

鉆出底孔后，用專用擴(kuò)孔鉆分兩次對底孔進(jìn)行修正并用導(dǎo)向板輔助導(dǎo)向，能夠獲得較高的位置精度與直線度和同軸度，在擴(kuò)完孔的位置上用專用的組合鉸刀順其孔位一次性鉸出兩段孔。最后，加工出來深孔能滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

通過對某折疊尾翼的結(jié)構(gòu)特征及加工難點(diǎn)進(jìn)行分析，從工藝路線和加工方法等方面進(jìn)行研究，提出了設(shè)計(jì)專用刀具和專用工裝的方法，分多次擴(kuò)孔保證孔的同軸度和直線度，并用導(dǎo)向板導(dǎo)向，防止鉆頭偏斜，最后用專用組合鉸刀一次鉸孔，保證孔的加工要求，并通過實(shí)際加工進(jìn)行驗(yàn)證，解決了折疊尾翼骨架的深孔加工問題，提升了折疊尾翼加工質(zhì)量。同時，也為該類深孔加工問題提供了解決思路。

參考文獻(xiàn)

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[3] 鄭修本. 機(jī)械制造工藝學(xué)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2011.