航空液压壳体零件的数控加工工艺研究

崔方圆　高晓丁

摘 要：针对航空液压壳体零件结构复杂、孔系众多、孔系相交关系复杂、加工精度要求高的特点，提出了一种基于新型高精度数控设备即五轴加工中心的高效加工方法和加工工艺。该方法不仅优化了现行加工工艺，而且有效的解决了该类典型异型多面体在加工过程中容易出现的定位误差积累的问题。工艺试验证明，这一技术将产品的加工效率提高了30%以上，有效的保证了孔系之间的位置精度要求，解决了该类零件的高效精密加工问题。

关键词：壳体 孔系 加工工艺 高效精密加工

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）07（a）-0108-02

航空液压壳体零件作为航空液压设备中的关键零件，对机载系统的质量和性能起着举足轻重的作用。为了满足零件自身的功能要求，液压壳体类零件的外形设计非常复杂。这类零件通常既有平面又有孔系，各孔系在空间方向交错贯通，组成孔系的各孔本身有形状精度要求，同轴孔系和相邻孔系之间及孔系与安装基准面之间又有位置精度要求。加工的部位多，加工工艺复杂。目前在普通机床上按传统方式加工航空液压壳体零件，一次定位装夹，仅可以加工一个型面或一个孔系，而且重复定位误差大，生产周期长和效率低，很难保证产品质量的一致性[1-3]。因此，急需一种更为先进的加工方法，满足产品高质量、高精度的要求。

该文从航空液压壳体的结构特点、工艺分析和加工难点着手，阐述了通过采用优化后加工工艺技术保证了液压壳体加工质量，数控加工工艺方法的提高了加工效率。并通过工艺试验，验证了新工艺的可行性，实现了该壳体零件的高效率、高质量加工。

1 航空液压壳体零件介绍及加工工艺分析

1.1 结构特点

航空液压壳体是一种形状复杂，多种结构集于一体的产品。每个面的形状都较为复杂，且每个型面都有关联尺寸，是典型的异型多面体。产品上每个形状都有自身特有的作用。此类产品的各个结构相互作用、相互影响，而且由于其工作条件较为恶劣，对产品本身的精度和质量都提出了很高的要求。异型多面体的加工质量直接影响其工作性能，并可能影响整机性能[4-5]。产品的结构及主要技术要求如图1所示。

1.2 工艺分析

该航空液压壳体的材料采用2618A（专用牌号铝合金），毛坯为锻件，为小批量生产类型产品。由图1中可知该零件加工精度要求较高的项目有以下几方面。

（1）基准孔系：基准孔Bφ37H8表面粗糙度Ra0.4 μm，φ18.8H8对孔φ37H8同轴度φ0.020及表面粗糙度Ra0.4 μm；端面对φ37H8的垂直度0.010；φ23Js7环槽对φ18.8H8的同轴度φ0.040；

（2）耳部孔系：φ12.8H7，φ6H8和φ（8.1±0.03）；3孔中心距分别为15±0.02；25±0.03； φ8.1孔对φ12.8H7孔的平行度0.020； φ6H8孔对两孔的对称度0.050；φ12.8H7孔对基准孔Bφ37H8的垂直度φ0.020；

（3）柱塞孔系：φ14H8孔对基准孔Bφ37H8的垂直度φ0.020；表面粗糙度Ra0.8μm的φ8H8孔对φ14H8孔的同轴度φ0.020， 表面粗糙度Ra0.8 μm的φ18环槽对φ14H8孔的同轴度为φ0.040。

1.3 加工难点

由图1可以看出该航空液压壳体零件孔系相交关系复杂。经过分析得知该零件在机械加工中存在以下几个加工难点。

（1）各个孔之间的形位尺寸公差小，表面粗糙度值小，加工难度大；

（2）因加工的孔、槽、台阶型面多、精度高，故工装系数大；

（3）基准孔B加工余量大，工艺刚性差，属于薄壁加工，在加工时容易产生切削变形。

如上所述，如果在普通机床上按传统方式加工航空液压类壳体零件，一次定位装夹，仅可以加工一个型面或一个孔系，很容易引起定位误差的积累，所以应将部分工作通过高精度的数控设备来完成。

2 工艺设计与优化

2.1 机床选择

为了进一步提高产品的性能、质量及生产效率，结合零件的特点，决定采用五轴加工中心这种新型的数控设备。五轴加工中心的具体机床模型布局形式见下图2。在该布局结构中，主轴箱在立柱上实现Z移动，其上的刀轴可以实现B轴转动，而立柱完成X向移动，工作台完成Y向移动，其上的转台实现C轴转动。

该壳体零件以底面为基准、一次定位装夹便可完成三个空间垂直孔系的加工。在图2主轴直立时即可完成基准孔系的全部加工，然后主轴需要绕Y轴旋转180°再加工耳部孔系，最后柱塞孔系的加工只需工作台再绕Z轴旋转90°即可。

2.2 优化加工工艺方法

（1）基准孔系：φ37H8孔为已铸出的毛坯孔，为了达到IT8级精度和Ra0.4μm表面粗糙度要求，需经过三次镗销，即采用粗镗----半精镗----精镗方案；φ18.8H8孔和φ23Js7环槽虽也为毛坯孔，但由于孔径较小，采用扩孔----铰孔的加工方案；

（2）耳部孔系：φ12.8M7孔，φ6H8孔和φ8.1±0.03孔比较小且孔之间由于具有较高的位置精度，需要先安排铣平端面和打中心孔工步，所以采用铣平面----钻中心孔----钻孔----镗孔----铰孔的加工方案；

（3）柱塞孔系：φ14H8孔，φ8H8孔和φ18环槽的表面粗糙度为Ra0.8 μm且各孔之间有较高的同轴度要求，所以也采用铣平面----钻中心孔----钻孔----扩孔----铰孔的加工方案；

2.3 主要工艺流程

2.4 工艺难点的技术要求

（1）φ37H8和φ18.8H8两孔的壁厚较薄，为了减少切削力对工件的影响，在粗加工后应采用低温回火去除加工残余应力，以减小零件的变形；（2）由于毛坯的材料为铝合金，在高速加工时，容易产生大的切削热，要合理的选用冷却液进行降温，避免或减少由于切削热所引起的变形而产生的加工误差；（3）由于柱塞孔系孔中的孔比较深，在选用刀具刀杆时可以通过缩短刀杆长度和增加刀杆直径来改善刀杆的受力状况、增强刀具的刚度，从而减少加工过程中的振动，保证达到加工表面粗糙度的要求。

3 工艺试验

工艺试验完成后，对航空液压壳体进行前三件的首件鉴定。从检测结果看，数控加工后的产品满足设计图样的各项指标要求。优化的加工工艺可以有效的保证零件孔系之间的空间位置精度。采用工序集中的原则，一次定位的方法，有效的避免了定位误差的积累，对提高三个孔系之间的垂直度效果明显，大大降低了废品率，即采用这种新的工艺方法是可行的。

4 结语

优化了现行的机械加工工艺，采用五轴加工中心实现了一次装夹便完成异形面多方位加工。采用多轴加工中心加工异形面，利用旋转轴直接旋转工件，不仅降低夹具数量，而且省去了大量的矫正时间。

工艺试验结果表明采用优化的加工工艺不仅大大提高了功效而且保证了加工精度，、大大降低了废品率，对改进现有的复杂壳体数控加工工艺也提供了理论依据。

参考文献

[1] 戈和伟.航空液压壳体类零件数字化高效加工[J].航空制造技术，2009（14）：100-101.

[2] 戈和伟.基于数控技术的多孔类复杂壳体高精密加工方法研究[EB/OL].. http：//www.c-cnc.com/news/newsfile/2011/6/4/1642191.shtml（2011-06-04）.

[3] 于桂欣，郭红海.数控加工技术在航空液压壳体零件加工中的应用[J].机床与液压，2012，40（17）：138-140.

[4] 赵广军，王连义，李方军，等.某产品深孔壳体加工工艺技术改进[J].精密成形工程，2014，6（1）：43-48.

[5] 陈建宁，何超，袁江.复杂形状壳体数控加工研究[J].火箭推进，2010，36（4）：49-52.