采用90°角度頭在緊湊腔中制造高精度孔的一種工藝方法

何多政， 郭輝， 許鋒國， 馬艷萍

（中航飛機起落架有限責任公司 燎原分公司，陜西漢中 723200）

0 引 言

后支架是某型飛機起落架上的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件，為深U形耳叉平板結(jié)構(gòu)，基體采用TC18鈦合金材料（Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe）。該材料屬于高強度、高韌性的α+β相鈦合金[1]，在退火狀態(tài)下強度可達1080 MPa，熱處理后抗拉強度為1300 MPa，截面淬透厚度在250 mm內(nèi)，近年廣泛運用于起落架承力結(jié)構(gòu)件。后支架的筋板φ19H8孔和腹板孔2-φ15H8 加 工后壓裝襯套，采用3 孔連接定位方式。外聯(lián)的功能結(jié)構(gòu)件如圖1所示，其中φ19H8與2-φ15H8 軸 線空間垂直，外聯(lián)件縱向長度大于500 mm，早期采用工件單獨加工組合裝配的工藝方法，卻受制于刀具懸伸太長，位置度及尺寸公差都很難保證，無法滿足產(chǎn)品的互換性要求。

圖1 后支架及外聯(lián)結(jié)構(gòu)

1 工藝難點分析

后支架工件最大長度為1222 mm，最大寬度為880 mm，最大輪廓高度為185.5 mm，筋板φ19H8孔位于減輕腔內(nèi)，孔中心沿高度方向無干涉距離18 mm，距腔底31 mm，如圖2所示。工件單獨加工后直接進行裝配，其工藝難度主要在于設(shè)備合理的選用、工藝方法的確定和小孔的制造方面。

圖2 后支架

1.1 設(shè)備制約

根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點和制造精度要求，兼顧機床重復定位精度和設(shè)備最大行程。根據(jù)公司現(xiàn)有設(shè)備能力，雖然后支架可在安裝90°角度頭的高明精機3軸立式加工中心（設(shè)備X、Y、Z行程分別為3230、1700、850 mm）上進行，但是角度頭鏜削精度低，不能滿足互換性位置精度高的孔加工質(zhì)量要求。

1.2 工藝限制

后支架腔底2-φ15H8小孔和筋板φ19H8孔受零件尺寸結(jié)構(gòu)及設(shè)備能力限制，腔底2-φ15H8小孔選用鏜刀加工，而筋板φ19H8孔選用鉆、擴、鉸的方式組合加工，不同部位刀具連接方法各異，如果90°角度頭限位塊和限向槽之間接觸間隙不能完全消除，就會影響φ19H8孔軸線與2-φ15H8孔中心連線的平行度。同時，加工工件筋板φ19H8孔的過程中，對刀不準和鉆削參數(shù)不當，都會給后續(xù)加工位置度公差和孔位尺寸增大難度。加工工藝不合理時，還容易造成工件導熱差、表面局部燒傷現(xiàn)象。

2 方案設(shè)計

2.1 后支架工藝流程

產(chǎn)品優(yōu)化后的工藝流程如圖3所示。1～4工序：熱前加工非配合面至成品狀態(tài)，配合面預留余量（腔底2-φ15H8小孔加工至φ12、筋板φ19H8孔未加工，筋板和2-φ15H8孔凸臺預留余量）。9～12工序：加工除2-φ15H8孔和φ19H8孔及端面以外的所有配合面尺寸。13工序：第一步，在立式加工中心上，先鏜2-φ15H8孔；第二步，銑2-φ15H8孔凸臺端面；第三步，銑筋板φ19H8孔端面；第四步，安裝角度頭，并根據(jù)孔方向初步確定刀軸方向；第五步，拉直角度頭基準面跳動在0.02 mm內(nèi)；第六步，鉆擴鉸φ19H8孔。17工序：對腔底2-φ15H8小孔和筋板φ19H8孔壓套。18工序：鉸筋板φ19H8壓套孔。20工序：第一步，根據(jù)外聯(lián)件協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，以筋板φ19H8壓套孔軸線為基準，在立式加工中心上，先鏜2-φ15H8壓套孔；第二步，銑2-φ15H8孔壓套后襯套端面；第三步，銑筋板φ19H8孔壓套后襯套端面。21工序：預裝掛架，檢查互換性。

圖3 后支架工藝流程

2.2 程序編制

根據(jù)機床數(shù)控系統(tǒng)FANUC指令集，配置UG鉆鏜鉸后處理文件，規(guī)范數(shù)控程序輸出結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)，以刀軸為矢量編程。以孔軸線與機床X或Y軸平行確定編程刀軸矢量，孔的圓心點為定位原點，選定孔頂面位置和底面位置設(shè)置加工深度至穿過孔底面（Though Bottom Surface），確定安全退刀位置，利用荷馬公司的90°角度頭T90-2.5（刀具中心距角度頭殼體下端輪廓為25 mm），選用3軸加工模式進行后置處理，最終結(jié)果如圖4所示。

圖4 φ19H8孔加工

3 方案改進及驗證

首件加工后檢查掛架裝配狀態(tài)，采用螺栓檢查孔的同軸度，螺栓無法順利通過φ19H8（壓套后成品尺寸為φ16H8）孔。經(jīng)對產(chǎn)品實物測量:φ19H8孔與掛架φ16H8孔的中心軸線偏離0.1 mm。根據(jù)手工鉸孔特性知，手工鉸制對筋板壓的成品套φ16H8孔的軸線基本不產(chǎn)生影響。造成軸線偏差的主要原因是：加工過程的工藝方法不完善，受角度頭連接的限向塊間隙影響，導致產(chǎn)品壓套后φ16H8孔軸線與2-φ15H8孔中心連線不平行。因此，改善環(huán)節(jié)可從工藝過程控制和刀具定位方式兩大方面開展。

3.1 工藝過程優(yōu)化

后支架及其組件的加工選用三軸門式加工中心KMC，拉直夾具定位基準全長面跳動不大于0.03 mm，找平工件表面，安裝90°角度頭。為消除角度頭安裝間隙問題，在限向槽的側(cè)面設(shè)計一個頂絲孔，當角度頭安裝完畢后（如圖5），旋合頂絲與定位銷保持緊密貼合狀態(tài)（消除擺動間隙）。

圖5 角度頭結(jié)構(gòu)及其安裝

3.2 刀具定位方式改進

針對加工過程中位置尺寸超差的問題，設(shè)計了帶前、后導向套的專用夾具。以腔底已加工2-φ15H8孔和端面定位，刀具在統(tǒng)一導向定位狀態(tài)下，可消除對刀誤差和加工過程中的刀具偏擺影響，保證孔位（78±0.2）mm和28.5 mm（在夾具設(shè)計時公差按±0.02 mm控制）。具體操作過程是：在加工前，安裝夾具在定位基準上，將夾具的導向套套在鉆頭上，調(diào)節(jié)角度頭刀具，緩慢進入夾具后導向套安裝孔，手動旋合導向套，直至內(nèi)夾具孔內(nèi)旋合過程無緊澀感，后續(xù)擴鉸孔按照是否旋合至緊澀狀態(tài)，來判定刀具的安裝狀態(tài)是否符合加工要求。

3.3 互換性狀態(tài)協(xié)調(diào)

針對后支架與外聯(lián)件的安裝技術(shù)要求，為保證異地協(xié)作配套的互換性。在配套加工時，按給定尺寸的上限協(xié)調(diào)，并控制相應的直線度。

圖6 導向套加工

3.4 切削參數(shù)確定及方案驗證

后續(xù)采用同狀態(tài)的TC18鈦合金10組試件進行切削性能對比驗證：φ19H8孔所用刀具按表1切削參數(shù)加工，不但提高了產(chǎn)品的加工效率，還能避免燒傷及應力引發(fā)的微裂紋現(xiàn)象。按照優(yōu)化后的切削參數(shù)，外聯(lián)件安裝順利，滿足設(shè)計性能指標。

表1 加工φ19H8孔各刀具切削參數(shù)

為進一步提升產(chǎn)品質(zhì)量，在加工過程中需注意以下事項：首先，在加工前選擇鋒利的刀具，檢查刃口完整性，測量合金鉸刀是否為φ19H7；其次，以夾具后導向套為引導，檢測導向套在安裝孔的緊澀程度；最后，在鉸削過程中，需充分冷卻。

4 結(jié) 論

后支架作為某型飛機起落架上重要結(jié)構(gòu)件，主要零件材料為TC18鈦合金，為滿足異地協(xié)同制造的互換性裝配要求，采用工藝過程、刀具定位方式的優(yōu)化、產(chǎn)品配套狀態(tài)的協(xié)調(diào)，確定了φ19H8孔的加工方案。以問題為導向，分析解決了孔軸線與2-φ15H8中心連線的不平行、尺寸不協(xié)調(diào)的問題，為類似后支架工件的異地協(xié)同、互換裝配提供了一種工藝設(shè)計方案。