复杂舱体零件加工工艺探讨

伍浩　杨芳　彭湘

摘 要：为了有效解决形状复杂的铝合金舱体零件加工工艺中存在的问题，基于数控设备的特点，分析、研究、设计了零件数控加工工艺，并设计、制造了简易工装。针对加工过程中出现的问题，制定了一系列的解决措施，以期在一次装夹中完成该零件多项要素的复合、精密加工。

关键词：铝合金舱体；工艺方案；装夹方式；材料

中图分类号：TH162 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.160

1 工件分析

舱体零件的材料为铸造铝件ZL114A，圆周和两端端面分布着多个半圆槽、沉孔、凸台和异形槽等结构复杂的要素，其外形尺寸为Φ390 mm×1 270 mm。尺寸大的零件比尺寸小而结构紧凑的更难控制加工精度。相对精度较高的要素分布在零件起连接作用的两端，比如左右端面Φ3900-0.2外圆相对Φ350 0-0.057止口处基准同轴度不大于0.1 mm，两侧Φ350 0-0.057止口外圆相互同轴度不大于0.02 mm，止口外圆Φ3500-0.057相对左右两侧端面自身的垂直度为0.01 mm，Φ3500-0.057止口外圆处端面的平面度为0.05 mm，左右两端止口处端面的平面度为0.1 mm。

由文中所列数据可知，舱体零件结构比较复杂，对制造精度的要求很高，这些都是制约产品制造加工的因素。对于工艺设计，要考虑工序集中的问题，减少多次装夹产生的误差；对于精度高的要素，要分析其装夹方式，防止装夹变形。

2 工艺方案

在研制、生产舱体零件的过程中，如何保证产品质量，保证制造、生产进度，节约成本是工艺制造技术面临的一大课题，对结构复杂、精度要求高的零件更是如此。

2.1 确定加工工艺方案

在零件上，比较精密的表面加工通常都是要经过粗加工、半精加工、精加工逐步形成精密加工的。对于这些表面，仅根据质量要求选择相应的加工方法是不正确的，应有效确认从毛坯到最终成形的加工方案。在确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和粗糙度初步确定能够达到这些要求的加工方法。为了保证制造精度，特拟定了复杂舱体零件的加工工艺方案，即划线→粗铣基准→粗车外圆→镗孔→粗铣圆周诸要素→线切割→高低温稳定处理→精车基准→精车外圆→精铣圆周诸要素→钳工、攻丝→精车止口→检验。

2.2 根据设备情况设计加工方法

在粗铣圆周外形轮廓工序中，先前的工艺设计需要在卧式加工中心竖直装夹，而Y轴上下行程为800 mm，加工范围超过了行程范围， 加工过程不能一次连贯完成，需掉头2次分段装夹。这样做，势必会出现接刀痕，而接刀痕的尺寸取决于零件两端定位孔和定位面的准确度。在粗铣基准工序中，受设备行程的限制，两侧端面和内圆定位粗基准被安排在大型普通镗床上完成。因为普通机床比数控机床的精度差，所以，两侧端面的平行度和孔同轴度偏离较大，对粗铣圆周加工工序造成了一定的影响。

为了满足零件圆周加工的要求，结合设备的加工行程特点，可将粗铣圆周诸要素和精铣圆周诸要素工序都变更到带有A轴功能的GX1600立式加工中心上一次装夹完成。装夹时，可采用数控分度头和尾顶的方式。在此过程中，所用设备的规格如下：

GX1600加工中心设备：X行程为1 600 mm，Y行程为700 mm，Z行程为650 mm。

工作台尺寸：1 700 mm×700 mm。

电脑数控分度盘：型号为MRNC-400，中心高度为255 mm，中心孔的直径为40 mm。

从设备行程上观察满足舱体长度所需的加工行程，如果零件要装夹在A轴转台上，就要采取尾顶针一夹一顶的方式，但是，这样附件和零件的长度加起来就超出了工作台的长度。因此，需要加装2块等高垫板延长工作台面长度，以解决安装长度受限的问题。垫板是依靠螺栓固定在工作台上的，安装时略伸出两端工作台面，在尾顶与数控转台之间留出可以安装工件和法兰盘的位置。同时，将尾顶和数控转台置于2个平行等高的垫板上，并将其固定，使两者的中心高相同。

采用这种改进方式，不仅减小了卧式加工中心上2次掉头装夹产生的定位误差，而且加工过程中并没有出现接刀痕，同时，还缩短了多次装夹的辅助时间，降低了劳动强度，提高了生产效率。

2.3 杜绝装夹变形，更改装夹方式

零件生产的关键在于精车止口工序。当零件被安排在CAK6130斜床身的数控车床上时，一端用法兰盘内孔和端面定位，端面使用两短销孔定向，形成了一面两孔的定位方式；另一端用尾座顶针顶住与零件内孔相配合的堵头。由定位原则可知，一面两销属于完全定位，而顶尖重复限制工件的自由度被称为“过定位”。过定位对工件的定位精度有直接的影响，一般情况下，如果要消除过定位，尾座中心线和主轴中心线会因为调整问题而发生一定的偏移，导致车削时轴向产生锥度。因此，只有在工件的定位基准、夹具定位元件精度很高时，方可允许过定位的存在。在加工过程中发现，工件两端Φ3500-0.057止口的同轴度受其影响，出现了0.4 mm的偏差，端面止口形位公差超出了要求范围，导致零件扭曲变形。

鉴于上述情况，在改进工艺的过程中，将发兰盘一端Φ330 孔作为基准定位，通过压板装夹从零件内部扣住工件圆周的两侧窗口边。同时，要校准Φ3900-0.2外圆，利用螺栓压紧工件，压紧力要大于工件自重与切削力之和。装夹导致尾顶一端的过定位方式被消除，螺栓和压板只起到了夹紧的作用，而远离主轴的一端处于相对自由的状态。

在加工过程中，两端止口Φ3500-0.05要一次性加工完成；在切削过程中，要减少切削用量，降低切削力。经过相关部门工作人员的验证，与尾顶装夹效果相比，形位误差明显减小，进一步提高了产品质量。

3 结束语

通过设计产品的加工工艺，结合分厂现有的加工条件，合理改进工艺工装和装夹方式，解决了产品加工过程中遇到的难题，提高了零件的形位公差，保证了产品的质量。

〔编辑：白洁〕