劣弧圓柱面上向心圓周孔的加工

馬建斌 張 剛 戴廣永

劣弧圓柱面上向心圓周孔的加工

馬建斌 張 剛 戴廣永

（天津航天機(jī)電設(shè)備研究所，天津 300458）

航天小批量生產(chǎn)中劣弧圓柱面上向心圓周孔的生產(chǎn)加工存在準(zhǔn)備時(shí)間長，孔位精度不易保證，檢測(cè)結(jié)果隨機(jī)誤差大的問題。以角盒產(chǎn)品為例，分析了零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和加工難點(diǎn)，介紹了劣弧圓柱面鏜孔的裝夾定位方法和鏜孔刀位點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算方法，最后提出角盒產(chǎn)品劣弧圓柱面上孔位精度的檢驗(yàn)方法。采用誤差分析原理對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，孔位測(cè)量數(shù)據(jù)符合3σ準(zhǔn)則，使用該工藝方法加工的孔位精度能滿足零件設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。

劣??；圓柱面；向心圓周孔

1 引言

航空航天產(chǎn)品以單件和小批量生產(chǎn)為主，生產(chǎn)中經(jīng)常遇見一類在圓柱面上加工安裝接口孔的零件產(chǎn)品。如果在加工產(chǎn)品的外型輪廓后，使用專用的工裝裝夾工件繼續(xù)鏜孔，則要求工裝的設(shè)計(jì)和制造精度比產(chǎn)品精度更高，工裝的生產(chǎn)、精度檢測(cè)和在機(jī)床上裝配調(diào)整必然占據(jù)較長的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。

本文提出一種使用坐標(biāo)鏜床加工圓柱面孔系的加工方法，該方法在單件和小批量生產(chǎn)中能有效縮短該類型零件產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，加工精度能滿足零件的設(shè)計(jì)精度要求。

2 角盒零件的結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)

如圖1所示，角盒零件外形尺寸為230.71mm×60mm×65mm，壁厚最薄位置為2mm。在端面分布12-M5螺紋孔，在R185mm 的圓柱表面上，分布著12-5.5mm孔，位置精度為±0.5°。

角盒零件存在以下加工難點(diǎn)：

a. 材料為鋁合金2A14T6，屬于特硬鍛鋁，在薄壁及弱剛度位置容易變形[1]。

b. 12-5.5 mm孔為安裝接口，與端面12-M5螺紋孔存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，12-5.5mm孔位置影響兩個(gè)鉸鏈機(jī)構(gòu)和1個(gè)電機(jī)支架在端面上的安裝位置，因此，需要分清各工序之間的加工基準(zhǔn)并進(jìn)行基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，保證不同表面上的多個(gè)孔系之間的相對(duì)位置精度[2]。

c. 測(cè)量難度大，185mm的圓柱面軸線位置受到采點(diǎn)位置及圓柱面型面輪廓度誤差影響較大，測(cè)試的準(zhǔn)確度不高。

圖1 角盒零件設(shè)計(jì)圖

3 工藝過程設(shè)計(jì)

3.1 加工策略

為了消除加工硬化及材料內(nèi)部殘余應(yīng)力，加工過程分為粗加工和精加工兩個(gè)階段，中間安排一次人工去應(yīng)力退火工序，減小零件變形對(duì)加工精度的影響[3]。工藝路線為：粗加工、去應(yīng)力退火、精銑外形內(nèi)腔、鏜孔、去毛刺、攻螺紋[4]。本文主要研究圓柱面上5.5mm圓孔的加工。

3.2 劣弧圓柱面鏜孔過程控制及坐標(biāo)計(jì)算

3.2.1 裝夾及機(jī)床對(duì)刀

如圖2所示，找正裝夾，千分表固定于機(jī)床主軸，打表找正角盒底面與鏜床的軸平行，找正誤差小于2μm；壓板壓緊工件，控制壓板壓緊力，避免工件發(fā)生較大形變。

圖2 角盒鏜孔裝夾方式

回轉(zhuǎn)機(jī)床主軸，千分表掃描轉(zhuǎn)臺(tái)中心孔的輪廓[5]，保證千分表的擺動(dòng)小于2μm，讀取光學(xué)坐標(biāo)鏜床的坐標(biāo)值，記錄轉(zhuǎn)臺(tái)中心孔0（0，0）的值。

3.2.2 計(jì)算圓弧中點(diǎn)1坐標(biāo)

如圖3、圖4所示，尋邊器在靠近圓弧起始位置任找一點(diǎn)1(z1, y1)，向右平移尋邊器獲取對(duì)稱位置2(z1, y2)，計(jì)算求出中點(diǎn)坐標(biāo)3(z1, 0.5×y1+0.5×y2)。

沿著-方向移動(dòng)尋邊器，獲得1(1,0.5×y1+0.5×y2)。

圖3 A2孔加工過程坐標(biāo)計(jì)算圖

圖4 尋邊器獲取B1、B2位置坐標(biāo)值

3.2.3 工裝準(zhǔn)備

主軸移動(dòng)到換刀位置，更換5.5mm的鉆頭。轉(zhuǎn)臺(tái)整體翻轉(zhuǎn)90°，使主軸與31連線共線。旋轉(zhuǎn)分度盤15°（圖1所示30°的一半），使主軸與2孔的軸線平行。

3.2.42孔位對(duì)正機(jī)床主軸并鏜孔

如圖3所示，利用AUTOCAD軟件1∶1制圖，以0為中心旋轉(zhuǎn)零件，使2孔軸線平行于主軸方向，測(cè)量旋轉(zhuǎn)以后圖中2′上邊緣點(diǎn)距離圖中13直線的距離2。向偏移工作臺(tái)距離2，使主軸對(duì)正2孔軸線鏜孔，控制走刀速度保證孔的尺寸精度。

3.3 其余孔位加工

以0為中心旋轉(zhuǎn)分度盤，使各孔的軸線方向與鏜床主軸方向一致，重復(fù)本文3.2.4節(jié)的步驟計(jì)算其余各孔偏移坐標(biāo)值，依次完成其余各孔的加工。

4 產(chǎn)品精度檢測(cè)

4.1 檢測(cè)方法

如圖5中所示，在三坐標(biāo)測(cè)量儀上，以185mm的圓弧采點(diǎn)，計(jì)算，擬合圓心位置，每次采點(diǎn)位置不同，第一次計(jì)算出的圓心位置為1，第二次為2，第三次為3，第四次計(jì)算出的圓心位置為4，對(duì)四次測(cè)量的圓心位置繪制最小包絡(luò)圓，以最小包絡(luò)圓的圓心位置作為185mm的圓弧平均圓心位置[6]。

在185mm和187mm的圓弧面中間平分圓柱面（圖示R186圓柱面）上，采樣計(jì)算各5.5mm孔的位置1，2……6，1，2……6分別與點(diǎn)的連線值即為各5.5mm孔的分布角位置，計(jì)算得出30°，60°，87°轉(zhuǎn)角的測(cè)量值，如表1所示。

圖5 角盒孔位檢測(cè)示意圖

表1 C1，C2……C6孔的角度測(cè)量結(jié)果

4.2 測(cè)量結(jié)果分析

圖6 殘余誤差散點(diǎn)圖

a. 將表1所示的殘余誤差υ1，υ2，υ3制作成圖6所示的散點(diǎn)圖，依據(jù)殘余誤差觀察法，得出測(cè)量出的數(shù)據(jù)無顯著的變化規(guī)律，沒有線性系統(tǒng)誤差或者周期性系統(tǒng)誤差，因此使用該方法測(cè)量的數(shù)據(jù)不存在系統(tǒng)誤差[7]。

b. 用3準(zhǔn)則判斷，所有測(cè)量數(shù)據(jù)的殘余誤差絕對(duì)值∣υ∣＜3，所以角度的測(cè)量數(shù)據(jù)不存在粗大誤差[8]。

c. 使用本加工和檢測(cè)方法，該工件的測(cè)量結(jié)果為30.058°±0.0198°，60.034°±0.0204°，87.050°±0.0213°的可能性達(dá)到99.73%[8]。

5 結(jié)束語

從工件找正對(duì)刀過程和檢測(cè)數(shù)據(jù)分析過程得出，借助坐標(biāo)換算法加工劣弧圓柱面的向心孔時(shí)，要求劣弧圓柱面結(jié)構(gòu)剛性好，圓柱面的形狀誤差足夠小，這是該加工方法正確使用的前提條件。

借助坐標(biāo)換算方法，加工出的劣弧圓柱面的向心孔位置度能滿足加工精度要求,能有效縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，在單件小批量生產(chǎn)中有顯著的生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)。

1 韓杰. 鈦合金相機(jī)結(jié)構(gòu)零件的精密加工[J]. 航天制造技術(shù)，2005(1)：43～46

2 尹成湖，周湛學(xué). 機(jī)械加工工藝簡(jiǎn)明速查手冊(cè)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015

3 王茂元. 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2010

4 王啟平. 機(jī)械制造工藝學(xué)[M].第5版. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2005

5 王建平，黃登紅. 數(shù)控加工中的對(duì)刀方法[J]. 工具技術(shù)，2005，39(2)：73～74

6 周湛學(xué)，趙小明. 機(jī)械零件加工精度測(cè)量及實(shí)例[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015

7 李云雁，胡傳榮. 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理[M].第2版. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008

8 廖念釗. 互換性與技術(shù)測(cè)量[M]. 第4版. 北京：中國計(jì)量出版社，2000

The Machining of Centripetal Circular Hole on Cylinder Surface with Inferior Arc

Ma Jianbin Zhang Gang Dai Guangyong

(Tianjin Institute of Aerospace Mechanical and Electrical Equipment, Tianjin 300458)

In the small batch aerospace production processing of centripetal circular holes on the inferior arc cylinder, there are many processing problems, such as long preparation time, difficult to guarantee the accuracy of hole position, and large random error of test results. Taking the angle box product as an example, the structural characteristics and machining difficulties of the parts are analyzed. The fixing and positioning method of the boring with the inferior arc cylindrical surface and the coordinate calculation method of the boring tool positiont are introduced. Finally, the inspection method of the hole position accuracy on the inferior arc cylinder surface of the angle box product is proposed. The principle of error analysis is used to analyze the test data. The measured data of hole position meets the criterion of 3 σ. The accuracy of hole position processed by this technology can meet the requirements of design index.

inferior arc；cylindrical surface；centripetal circular hole

馬建斌（1984），工程師，機(jī)械電子工程專業(yè)；研究方向：復(fù)雜結(jié)構(gòu)類、精密機(jī)構(gòu)件工藝設(shè)計(jì)。

2020-04-28