内支架零件加工工艺方法研究

2014-07-01王军郎

机械工程师 2014年4期

关键词：形位精车公差

王军郎

（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）

内支架零件加工工艺方法研究

王军郎

（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）

文中综合考虑影响加工精度的各种因素，安排合理的工艺路线，根据零件结构特点，针对加工难点采取了相应的工艺措施，摸索出一种难加工材料、精度较高零件加工的方法，为相似零件的加工提供了借鉴。

精度；椭圆；工艺措施；定位基准

0 引言

万向支架类零件在精密机械领域具有广泛用途，首先作为结构件，要为下一级结构提供精密的装配定位精度；其次作为运转功能件，要具备较高的自身精度确保运转稳定可靠；再者受结构空间限制，零件结构要紧凑。因此，这类零件具有结构复杂，尺寸和形位公差严，加工难度高的特点。

1 零件结构特点

如图1所示，内支架是典型的万向支架类零件。内支架零件材料牌号为15-5PH的沉淀硬化型不锈钢。零件的结构、主要加工要素如图1所示。从93±0.3方向看该零件两端为回转结构，由于要实现精确的回转功能，φ8.5-0.005-0.011mm、φ7.50-0.009mm、φ29.5-0.011-0.016mm、φ19.5+0.011+0.003mm 4个轴（孔）提出了严格的尺寸公差和形位公差要求；该零件中间为精密仪器安装平台，对孔φ48.4+0.0390mm尺寸公差和形位公差要求严格，且孔为非整圆结构。

2 加工难点与问题分析

图1 内支架零件图

在工艺准备和小批量生产中发现，由于零件精度和结构方面限制，零件在加工中部分尺寸难以保证精度要求；同时，由于结构的不规则，个别尺寸在加工过程中受应力影响大，尺寸难以控制。经过分析20±0.05mm尺寸为去余量加工时要保证的尺寸，由普通铣床加工，受铣床精度限制，保证该尺寸公差困难，同时2.2+0.10尺寸基准在20±0.05mm约束的面上，铣削加工一致性差，后续2.2+0.10保证困难；外圆 φ8.5-0.005-0.011mm、φ7.50-0.009mm、φ29.5-0.011-0.016mm精度高又有同轴度、圆柱度要求，很难保证精度；内孔φ48.4+0.0390mm精度高,壁厚不均，同时该孔不是完整孔，应力集中，易出现椭圆；孔φ19.5+0.011+0.003精度高,如果安排车削加工中一次加工到位，后续的铣削、钻孔、镗孔造成零件结构的变化，应力集中，该孔易出现椭圆；底面内侧槽子尺寸20±0.26 mm与相贯面的圆弧过渡R3 mm，若要采用数铣加工，使用φ6 mm铣刀铣削，铣刀切削长度有限，加工过程需两面对接加工，受刀杆强度不足影响，加工中会存在让刀，接刀面会出现1 mm左右台阶，不满足零件加工要求。

3 针对加工难点采取的工艺措施

综上所述，该零件最大特点是结构复杂、尺寸公差和形位公差严，加工要素实现难度大；产品加工过程中应力释放，会造成已加工内容变形或者超差。

零件原材料使用毛坯直径为φ65 mm，牌号为15-5PH的沉淀硬化型不锈钢，加工状态为固溶加时效，零件硬度28～35HRC。该种材料稳定，可加工性较好。

经过分析，基于零件结构和原材料加工性能，在工艺安排上对关键要素采用“粗加工→半精加工→精加工”的措施。

具体工艺路线为：5车（粗车外形）→10热处理→15数车（精车φ56mm、粗车φ8.5mm）→20数车（粗车φ29.5 mm、φ19.5 mm）→25铣工（粗铣20±0.05 mm）→30数铣（粗铣φ48.4 mm）→35线切割（切尺寸1.9和R3）→40车（研磨顶尖孔）→45磨工（半精加工φ29.5 mm，磨A面）→50数铣（精镗φ48.4 mm，加工20±0.05 mm、2.2 mm）→55精车（φ8.5mm、φ7.5mm）→60数铣（加工B面、C面）→65钳工→70精车（研磨顶尖孔）→75磨工（精磨φ8.5 mm、φ7.5 mm、φ29.5 mm）→80车（粗镗孔φ19.5 mm）→85磨工（精磨孔φ19.5 mm）→90检验→95表面处理。

1）针对20±0.05 mm，采用粗、精两道工序加工，25铣工工序为精加工留单边0.3 mm余量，50工序精铣到尺寸，同时加工尺寸2.2+0.10。加工中采用φ60大面和φ29.5外圆定位，使用三面刃铣刀端齿加工，尺寸控制到0.02 mm以内，同时2.2+0.10一并加工，尺寸公差控制准确，保证两个尺寸要素；

2）对外圆 φ7.50-0.009mm、φ8.5-0.005-0.011mm、φ29.5-0.011-0.016mm、φ19.5+0.011+0.003mm 4个尺寸和形位公差精度高的加工要素，在工艺安排上均安排“粗车→精车（磨）→精磨“的工艺措施。φ7.5 mm、φ8.5 mm尺寸分别在15工序和55工序安排粗精车，φ29.5-0.011-0.016mm尺寸在20工序安排粗车，在45工序安排粗磨，φ7.5 mm、φ8.5 mm、φ29.5 mm 3个尺寸在75工序安排精磨，通过顶尖顶零件两端中心孔，调头磨削的方法，控制3个尺寸精度和圆柱度要求，同时控制3个要素的同轴度在0.01 mm以内。φ19.5+0.011+0.003mm在20工序粗车，80工序精镗孔，85工序精磨孔到尺寸，加工中精磨内孔时找正φ29.5-0.011-0.016mm在0.01mm以内，精磨到尺寸，保证0.004 mm圆柱度要求，同时通过找正φ29.5-0.011-0.016mm在0.01 mm，使得φ7.50-0.009mm、φ8.5-0.005-0.011mm、φ29.5-0.011-0.016mm、φ19.5+0.011+0.003mm 4个尺寸之间同轴度要求得到保证。

3）针对20±0.26 mm尺寸与相贯面的R3 mm圆弧过渡问题，在30工序安排线切割加工保证1.9 mm尺寸和R3 mm；由于定位准确，R3过渡平顺，避免了数铣加工存在接刀痕问题。

4）对φ48.4+0.0390mm孔采用粗、精加工的方法。在30工序进行粗铣，为精铣留0.5mm余量，线切割工序之后安排精镗（50工序）。50工序前去除余量和35工序线切割破坏孔 φ48.4+0.0390mm完整性造成的应力在50工序前已充分释放，在50工序安排精镗将应力造成的φ48.4+0.0390mm椭圆得到矫正。需要注意的是加工工程中要依次松装夹的压板，减小孔精镗中的变形。