空客A380高升力傳動扭矩軸加工技術(shù)

張光偉 趙飛宇

摘要：空客A380襟翼升力傳動軸是1.5長的花鍵軸，材料為鈦合金，長徑比超過50。通過該軸傳遞動力至各個齒輪箱，將襟翼和縫翼移動至指定位置。該軸加工難度大，特別是車加工變形、滾齒、校正、去除工藝凸臺以及鉆徑向孔等工序難度大，本文結(jié)合研制過程出現(xiàn)的問題進行對加工難度大的工序進行了詳細(xì)分析和論述。

關(guān)鍵詞：加工變形、滾齒、徑向孔、去除工藝臺

引言：

隨著中國大飛機C919試飛成功，國產(chǎn)大飛機離我們越來越近，其中民航飛行運動控制零部件加工工藝在國內(nèi)也剛剛起步。空客A380飛控零件國內(nèi)加工過程中出現(xiàn)問題可以做為案列為國產(chǎn)飛機制造提供借鑒。

1.背景介紹

1.1項目來源：鈦合金花鍵軸是MOOG公司外貿(mào)轉(zhuǎn)包零件，“襟翼升力傳動軸”零件是為空客A380配套，MOOG公司要求在半年時間里交付10件合格樣件。

1.2難點分析

1.2.1材料的特殊性：鈦合金材料切屑溫度高：在相同的切削條件下，切削溫度可比切削45號鋼時高出一倍以上；單位面積上的切削力大，容易造成崩刃，加大刀具磨損并影響零件的精度；鈦合金對變形有記憶性，加工過程中出現(xiàn)彎曲很難校直，所以鈦合金長軸加工難度大。

1.2.2零件的結(jié)構(gòu)工藝性不良

從圖1分析：零件總長1511.2mm，兩端漸開線花鍵最大直徑φ33mm，中間90%長度的直徑為φ26mm，徑長比超過1∶50，設(shè)計基準(zhǔn)是2端的頂尖孔。

而且花鍵節(jié)圓相對于基準(zhǔn)A-B軸線跳動0.05mm，軸的長度過長，滾齒采用雙頂尖方式裝夾設(shè)備規(guī)格無法滿足，再者采用雙頂尖形式裝夾因為零件剛性差導(dǎo)致滾齒時零件受力彎曲，齒面出現(xiàn)振刀。而且零件一旦從設(shè)備上卸下，彎曲必然回彈，這樣設(shè)計基準(zhǔn)在約束狀態(tài)和自由狀態(tài)不一致，跳動無法保證。

1.2.3兩端花鍵徑向孔位置度要求高

兩端各有1個φ6.9的徑向孔，徑向孔相對于花鍵節(jié)圓位置度0.05mm，零件裝夾找正存在困難，鉆孔時因為落刀點是花鍵齒頂圓上一個點，這樣鉆頭和零件接觸瞬間鉆尖會擺動引起鉆孔鉆斜導(dǎo)致孔的位置度超差。

2.工藝方案的確定

2.1車削方案確定

外方來的毛料是φ38.1的棒料，在制定工藝方案采用如下原則：車削過程通過粗加工使得余量變得均勻、通過半精加工去除大的余量，通過精加工保證設(shè)計圖尺寸，工序間安排校形工序，如果加工中一旦出現(xiàn)變形立即校形。避免零件變形向后續(xù)加工傳遞。通過加工余量合理分配，減少了應(yīng)力不均對零件加工變形影響。

2.2.2滾齒工藝確定

滾齒采用一夾一頂方式，在零件2個端頭增加40mm長工藝凸臺，滾齒時在滾齒機底部用頂尖定位，ER夾簧夾緊，在零件中間部位增加1個可調(diào)支撐用以提高零件剛性，同時調(diào)整零件回轉(zhuǎn)中心。

2.2.3徑向孔鉆、鏜孔方案

在確定鉆鏜孔方案時優(yōu)先選擇利用花鍵節(jié)圓做為夾具定位基準(zhǔn)，利用銑刀在花鍵頂端劃出小平面后，用中心站鉆出鉆頭導(dǎo)向孔，然后鉆頭鉆出底孔，最后鏜刀鏜孔保證圖紙要求。

2.2.4工藝凸臺去除

在所有機加工序完成后去除工藝臺，去除工藝臺同時找正花鍵外圓鉆中心孔，最后加工設(shè)計基準(zhǔn)孔A、B。

3.加工中出現(xiàn)的問題和解決方法

3.1 車削過程中出現(xiàn)的問題和解決辦法

3.1.1車加工過程中的軸向彎曲缺陷

零件試制階段，粗車下來的零件直線度在1.8-2.5mm范圍，彎曲嚴(yán)重。造成零件彎曲變形原因我們分析認(rèn)為主要是以下3方面原因

1）零件剛性差在受到刀尖切削力時零件沿著徑向力的方向發(fā)生彎曲變形；

2）零件受熱變形，零件夾持采用一夾一頂方式，這樣裝夾情況下零件長度被爪子和頂尖約束住，零件在切削過程中受熱就會伸長，但是長度方向又被約束只能向徑向彎曲；

3）刀尖不鋒利或不耐磨導(dǎo)致切削過程零件受徑向力大導(dǎo)致零件彎曲變形。

4）零件毛料和加工過程中產(chǎn)生的變形向下傳遞導(dǎo)致后續(xù)加工彎曲變形。

解決途徑

1）提高零件加工過程中剛性，采用中心架、跟刀架支撐零件可以提升零件加工過程中的剛性，減少切削過程中彎曲變形。

2）走刀方式采用反向切削，即刀具走刀方向由床頭向尾座方向，同時操作工根據(jù)加工狀態(tài)調(diào)整尾頂尖松緊程度，通過這樣方法釋放零件受熱伸長對彎曲變形的影響；

3）選擇合適刀具和切削參數(shù)，鈦合金的導(dǎo)熱性差，導(dǎo)致在加工時所產(chǎn)生的高熱量不能有效擴散，同時刀具的切削刃和切屑的接觸長度短，使熱量大量聚集在切削刃上，溫度急劇上升，導(dǎo)致刀刃的紅硬性下降，刀刃軟化，加快刀具磨損；還有就是鈦合金的親和力大，加工中容易黏刀，增大了刀體與工件的摩擦，摩擦導(dǎo)致大量的熱，降低了刀具的使用壽命。根據(jù)這些特點，在工序粗加工時選用刀尖R為0.8，基體IC4高硬度的超細(xì)晶粒機夾刀片，涂層材料采用PVD TiAlN，切削速度可以達(dá)到20米/分鐘以內(nèi)；精加工時為了控制切削過程變形用R0.4，切削速度控制在10米/分鐘。

3.1.2車加工過程中的外圓“竹節(jié)形”缺陷

長軸車削過程中出現(xiàn)最多的表面缺陷是零件外圓上出現(xiàn)“竹節(jié)形”分部區(qū)域沒有規(guī)律。分析造成的原因是跟刀架支撐塊調(diào)整不到位和零件彎曲引發(fā)的現(xiàn)象，跟刀架支撐塊沒有調(diào)整到和零件外圓很好貼合（或者軸的彎曲導(dǎo)致跟刀架上支撐塊和零件外圓貼合不實），特別是支撐力過大時，將零件推向刀具方向，刀尖車削量加大，直徑變?。坏都庾哌^這個區(qū)域后，支撐塊支撐在直徑小的地方，刀尖又將零件推向支撐塊方向?qū)е虑邢髁孔冃?，直徑變大。這樣過程不斷往復(fù)進行，在零件外圓上出現(xiàn)有規(guī)律的竹節(jié)紋路。

3.1.2 解決途徑：

調(diào)整跟刀架時增加找正，把百分表表頭放在緊鄰跟刀架的零件外圓上，通過表值在外圓上的跳動值調(diào)整支撐塊的高低，保證支撐塊和零件貼合準(zhǔn)確可靠，調(diào)整擠壓力，從刀尖方向用手推零件看表值有無變化，旋轉(zhuǎn)零件保證手推零件表值無變化，支撐塊調(diào)整結(jié)束。

車削過程中由于零件彎曲和直徑有變化，即使跟刀架調(diào)整好也會出現(xiàn)“竹節(jié)形”，這時就要及時手動調(diào)整支撐塊的高低，調(diào)整原則以手感保證支撐塊和工件外圓貼合即可。

3.3滾齒過程出現(xiàn)的問題

滾齒時因為軸長度超出設(shè)備行程必須分2次滾齒，為了保證軸2端花鍵徑節(jié)跳動控制在0.05mm以內(nèi)，車削花鍵齒頂圓時保證2端外圓相對于工藝凸臺頂尖孔跳動小于0.02mm。

滾齒時設(shè)計專用夾具，零件上頂尖孔和滾齒機上頂尖貼合后加床上ER夾簧夾緊零件同時向下拉緊，調(diào)整機床中間可調(diào)支撐保證齒頂圓跳動小于0.02mm，滾完一端齒后將零件從滾齒機上取下，掉頭按上面工步滾另一端齒。

3.3 工藝凸臺的去除

設(shè)計基準(zhǔn)最后加工對保證零件最終合格存在很大風(fēng)險，但是因為滾齒過程需要，設(shè)計基準(zhǔn)必須最后加工。

加工時將零件插入主軸孔內(nèi)，采用四爪裝夾，防止零件表面夾傷在零件外圓纏上1圈銅皮。同時在主軸箱內(nèi)孔和零件外圓之間塞入錐度尼龍塊防止零件旋轉(zhuǎn)后甩動，這些工作完成后調(diào)整四爪找正齒外圓和端面。

但是反復(fù)多次，多人找正都不能滿足加工前技術(shù)要。分析原因是四爪精度不夠，加之夾持段長，鋼爪前后夾緊部位不在一條線上導(dǎo)致找正不了零件。

采用長度超過花鍵長度的軟爪，將軟爪內(nèi)徑鏜至和零件齒頂圓尺寸一致，再次裝夾零件，零件外圓跳動和端面跳動滿足加工前所要求技術(shù)條件。

4結(jié)論

在整個試制加工過程中現(xiàn)場遇到了很多問題，上述這些內(nèi)容就是對加工影響最大因素，希望通過本文的論述能對大飛機研制提供一點有益的幫助。