慣導機箱安裝孔系的加工

■ 航空工業(yè)成都凱天電子股份有限公司 （四川成都 610091） 李 浪 易 翔 謝 川 肖水濱

航空機載電子設備的機箱由于其較惡劣的服役條件，因而有嚴格的“三防”要求。在這種情況下，機箱的制造工藝越來越多地采用整體鑄造取代鈑金連接體和釬焊結構。熔模精密鑄造機箱是目前最廣泛使用的方法，其鑄件精密、復雜，接近于零件的最終形狀，是一種不經(jīng)加工，直接使用或很少使用加工的工藝手段。熔模精密鑄造機箱的加工和使用已在迅猛發(fā)展。

1. 零件結構及安裝孔系要求

圖1所示箱體組件為某型號飛機的一組慣導部件。該機箱要在飛機的安裝架上實現(xiàn)快裝快換功能，就需要通過該箱體組件上的一組安裝孔系來保證。因飛機在飛行時會發(fā)生很大振動和顛簸，故要求該箱體組件安裝在飛機上的間隙相當小，為此必須嚴格滿足箱體上安裝孔系較高的技術要求。

如圖2所示，該機箱屬于薄壁類精密鑄造零件，外形和內(nèi)腔尺寸較大且形狀復雜。其中3個φ12H7孔系就是整個機箱與飛機的安裝孔，此組孔系精度要求高，且?guī)缀喂钚?，最小的位置度為?.02mm，垂直度≤0.02mm。

2. 原工藝方案及加工問題分析

該箱體零件的加工工序很長，在一系列的機加尺寸加工完成后，經(jīng)表面陽極化后鑲入基準塊再進行加工，待最后組件機箱的加工工序幾乎完成以后，再進行安裝孔系的精密加工。經(jīng)分析會出現(xiàn)以下幾類問題：

圖1 箱體組件

圖 2 機箱孔系位置尺寸

圖3 夾緊點位置

（1）零件夾緊點位置選擇不合理 夾緊點位置如圖3所示。由圖3可知，原工藝方案是以零件上端面為基準面貼在工作臺面，在該零件的夾緊點位置用壓板施加壓力以壓緊零件。由于該零件尺寸大、質量大，故施加壓力不能太輕，只能將零件緊緊壓牢。又因受零件高度及壁薄影響，所以施加壓板懸壁較高。在這種情況下進行加工，零件已經(jīng)產(chǎn)生細微變形，零件是在變形狀態(tài)下進行鏜削加工。待加工完成該組孔系后，松開壓板，零件會產(chǎn)生回彈變形，經(jīng)測量該組孔系位置尺寸已經(jīng)超差。因此種回彈變形沒有共性且無法得到控制和補償，故在這種情況下進行加工無法保證該組安裝孔系的位置度合格。

（2）工裝夾具選擇不合理 該零件外形尺寸為600mm×300mm，而安裝孔系分布在零件兩端，由于受到機床工作臺面的影響，無法只從零件的一端完成整組孔系的加工，故只能從零件的兩端分別加工。原工藝方案是將零件安裝在2450型立式坐標鏜床的萬能回轉工作臺上加工，該工作臺面是一個φ320mm圓形臺面，可以圍繞中心做360°回轉，可以繞Y軸旋轉90°。該零件夾壓在萬能工作臺面上進行每件找正拉直即可進行加工，但是該零件外形尺寸長600mm，萬能工作臺的回轉直徑最大不能超過450mm，故工作臺面受到零件外形尺寸的干涉，導致無法回轉到180°方向上，因而無法加工零件的另一端。此時只能通過二次裝夾、找正來滿足該組孔系的完整加工。對某一批次零件加工出來的3個φ12H7孔系的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表1，其中X′和Y′數(shù)據(jù)是通過二次裝夾、找正統(tǒng)計出來的。

位置度公式為

式中，F(xiàn)（X）為位置度；X、Y為設計圖理論值；X′、Y′為實測值。

通過計算得出位置度數(shù)值F（X），從表1可以看出，大部分零件的位置度都是超差的。

（3）位置度變化導致超差 該箱體組件在加工合格放置一段時間后發(fā)現(xiàn)，安裝孔系的位置度隨著時間的變化也在發(fā)生細微變化，造成后期超差。導致后期再次進行返修。分析原因如下：

1）在最后鏜削安裝孔系時，沒區(qū)分粗、精鏜工步內(nèi)容。工藝要求是用φ10mm麻花鉆鉆孔后直接進行鏜削，在用鉆頭預鉆孔時應力過大，在應力還沒完全釋放的情況下就進行精鏜。

表1 孔系數(shù)據(jù)統(tǒng)計 （單位：mm）

2）零件經(jīng)過熱處理后，內(nèi)部應力未完全釋放就開始加工，導致放置一段時間后，殘余應力釋放出來，造成零件輕微變形。

（4）加工效率低 原工藝方案是先按照理論坐標尺寸加工3個φ12H7孔系，此時將孔徑留0.5mm的余量，取下零件進行測量。其中當有個別零件合格時，則不進行后續(xù)加工。若有不合格零件，則需根據(jù)測量結果再次把零件夾壓在回轉工作臺上，經(jīng)過一系列找正并且通過計算坐標尺寸，將超差的尺寸修補過來，經(jīng)過反復多次修補，直至將位置度尺寸加工合格。由此導致80%的時間浪費在裝夾、找正零件和坐標尺寸計算上，無法實現(xiàn)批量生產(chǎn)。

3. 設計專用夾具及增加工藝凸臺

針對原工藝方案存在的問題，結合生產(chǎn)實際，設計出一種專用夾具，如圖4、圖5所示。該專用夾具具有以下優(yōu)點：

1）穩(wěn)定地保證工件的加工精度。用夾具裝夾工件時，工件相對于刀具及機床的位置精度由夾具保證，不受工人技術水平的影響，使一批工件的加工精度保持一致。

2）擴大機床的使用范圍。在通用機床上采用專用夾具可以擴大機床的工藝范圍，充分發(fā)揮機床的潛力。

3）提高勞動生產(chǎn)率。使用夾具裝夾工件方便、快捷，減少輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率。在夾具中裝夾后提高了工件的剛性。

4）降低成本。在批量生產(chǎn)使用夾具后，可以使用技術等級較低的工人，且廢品率下降，顯著降低了生產(chǎn)成本。

圖4 專用夾具示意

圖5 專用夾具實物

該專用夾具由夾具體和過渡定位板組合而成，零件連接定位在過渡板上，過渡板連帶零件可以在夾具體上實現(xiàn)90°和180°旋轉，實現(xiàn)高精度的定位（重復定位精度控制在0.002mm），這樣的夾具促使機箱的裝夾方式也發(fā)生了較大改變，使得我們又從該機箱的鑄造毛坯下手，在如圖6所示相應位置增加了工藝凸臺。把壓板的施壓點改在工藝凸臺的相應位置上，再進行施壓，這樣就消除了通過夾壓產(chǎn)生的變形，使機箱接近于在自然狀態(tài)下進行加工，如圖7所示。然后在4個工藝凸臺上加工出4個φ6H7定位孔，通過定位孔與夾具過渡板上的φ6mm脹銷定位夾緊，如圖8所示。通過脹銷定位，只需將零件放在過渡板上即可實現(xiàn)一次找正夾具，而不需要重復找正，直接進行鏜削加工。工藝改進后對某一批次零件進行鏜削加工的檢測數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表2。

根據(jù)位置度公式計算位置度數(shù)值，從表2可看出全部符合公差要求。

4. 解決位置尺寸后期超差問題

在工藝方面，采用粗、精加分開，切削用量合理化，加上自然時效24h消除殘留在箱體的應力，大大提高了零件尺寸的穩(wěn)定性，再也不會出現(xiàn)加工合格后因零件發(fā)生變形而又導致尺寸不合格的現(xiàn)象。

圖6 增加工藝凸臺

圖7 增加工藝凸臺后的夾緊點位置

圖8 定位孔

表2 工藝改進后孔系數(shù)據(jù)統(tǒng)計 （單位：mm）

5. 結語

經(jīng)批量加工和成品檢驗，工藝改進后的機箱安裝孔系，加工位置精度完全符合設計要求。專用夾具的使用，不僅保證了零件的加工質量，擴大了機床加工范圍，還降低了操作者的勞動強度和操作技能要求，能夠實現(xiàn)三班制生產(chǎn)，大幅提高加工效率和產(chǎn)品合格率。專用夾具可推廣應用到類似加工領域，在熔模精密鑄造箱體零件加工方面積累了寶貴的經(jīng)驗。