提高某折叠尾翼深孔加工精度的研究

邓旭红

摘 要： 如何保证深孔加工精度，是某折叠尾翼加工过程中的难题，提高深孔加工的精度，成为了提升该折叠尾翼质量的关键。本文通过对某折叠尾翼的结构特征及加工难点进行分析，从工艺路线、加工方法、设计专用工装和专用刀具等方面进行研究，解决了该折叠尾翼深孔加工中出现的孔不同轴、直线度差和表面粗糙度差的问题，为提高某折叠尾翼质量提供了保证。

关键词： 深孔加工；精度；专用工装；专用刀具

1 前言

随着军事技术快速发展，战场区域不断向外层空间扩展，空袭体系已由各种作战飞机为主要打击装备，扩展成以BM、CM、各种军事卫星以及无人机的空天打击体系。由于地面防空产品作为拦截来袭飞行器的重要力量，当前美国、俄罗斯等西方各军事强国均开始研制第四代防空产品，到目前为止已有多型号装备部队，如美国生产的PAC-3、俄罗斯C-300系列防空装备、以色列的“箭”式产品等武器系统[1]。新一代的地空产品在继续保留高精度、高效能的同时，进一步朝着高机动、高智能、多功能、通用化的方向发展。有很多这类产品都有折叠尾翼，提高折叠尾翼的质量，对提升这类产品的质量起到了重要作用。

2 产品结构及加工难点分析

2.1产品结构

某折叠尾翼结构简图，如图1所示，折叠尾翼主要由骨架、支臂、转轴、扭杆、弹簧、锁定销等组成，骨架是其主要零件。骨架上连接支臂、锁定销的孔的中心距、同轴度、直线度是直接影响到产品工作时锁定销能否进入骨架上的定位孔并达到规定深度，折叠尾翼能否顺利展开的关键。

某折叠尾翼主要组成部分“骨架”的结构特点是：翼面上有多个减轻框，型面大而薄，容易变形，最薄之处为2mm，长接近350mm，宽大约240mm，型面相对中心平面的对称度不超过0.2，深孔全长接近200mm，孔径尺寸为φ11mm和φ13mm，两孔的中心距为35±0.05mm，孔到根肋面的边距为55.5±0.05mm，槽口两端两段孔的同轴度不大于φ0.02，深孔相对定位基准的垂直度不大于0.04，深孔内表面的表面粗糙度为Ra1.6。

2.2 加工难点

通过对骨架结构尺寸的分析，骨架的加工主要有以下难点：

1）型面相对中心平面的对称度0.2，型面大而薄，加工中易变形。

2）φ11、φ13孔对槽口两侧面的垂直度0.04。

3）φ11、φ13孔前后两段的同轴度φ0.02，孔的距离公差为±0.05，深孔全长为200mm。

型面大而薄，加工中易变形的问题，通过改变零件的材料状态、刀具的几何参数、热处理的合理安排及加工方式等方法，型面的加工问题已得到解决。而直径为φ11、φ13全长为200mm深孔的加工是整个零件加工的关键，只要攻克骨架上φ11、φ13孔的加工问题，整个零件加工难题就可以迎刃而解。

3 解决途径与措施

3.1 确定工艺路线

深孔是指深径比大于5：1的孔[2]，骨架上φ11、φ13孔的全长为200mm，其深径比达到了18：1，属于典型的深孔加工。军工产品的生产特点为多品种、小批量、产品精度高，这些生产特点决定了生产以通用设备为主，采用通用设备和简便的工艺装备加工深孔是解决研制产品深孔加工的主要途径。

孔的加工常用工艺思路为钻孔→扩孔→铰孔，通过实践也证明这一思路的正确性，但是必须把每个步骤做精、做细。通过对工艺试件进行加工，加工出的零件孔的直径超上差0.05mm，两段孔的同轴度为0.06，直线度为0.15，孔边距公差超上差0.1mm，均没有达到设计要求，钻出来的孔偏，铰完后不同轴。无论是采用普通钻头、铰刀（刚性差），还是整体硬质合金钻头和铰刀，得到的都是同一个结果：只能保证孔径，而保证不了同轴度和直线度。

机床的精度能夠保证孔距精度要求，而加工结果不满足设计要求，主要是由于孔的深度与孔径比例较大，钻头细长、刚性差，因此在钻孔时钻头容易偏斜，产生振动，导致钻出的孔表面粗糙度和尺寸精度不易保证[3]。同时钻头工作环境恶劣，切削热量不易排出，而且排屑困难，使得刀具磨损加剧[4]。要想达到设计要求的精度，就必须提高铰孔前半精加工（扩孔）后底孔的精度，通过扩孔工序来修正孔的位置度和同轴度，如果铰孔前的底孔不正、不直、不同轴，用再好的铰刀也达不到最终要求，因此把半精加工作为后续加工的突破口。

3.2 设计专用刀具和工装

通过分析，设计了适合骨架深孔加工的专用刀具和工装：φ10的台阶钻、φ10.5和φ10.85的专用扩孔钻、φ11的专用组合铰刀及用于装夹、定位和导向的专用工装，刀具材料选用整体硬质合金以提高刀具的刚性。由于台阶钻排屑好，能够保证底孔偏斜不大，分为两次扩孔对孔型进行修正，并在扩孔时增加导向板防止钻头偏斜，把孔轴的偏斜降到最低的程度，为后续铰孔提供合格的预孔，采用组合式铰刀，用一把铰刀将两段孔同时铰出，保证两段孔的同轴度和直线度。

3.3 改进加工方法

在加工中，为了避免其他机加工序对深孔加工的形位精度造成影响，将骨架上的深孔加工安排在最后一道工序进行。在钻孔前，对定位的骨架根肋面及支臂安装槽口进行精加工，保证装夹定位基准的精度，同时可减少装夹变形。由于刀具较长，采用卧式加工刀具自重会导致刀具端部向下倾斜，容易造成孔直线度和边距不合格，为排除刀具自身的影响，采用立式加工。

用组合夹具搭了一个类似于角铁的钻孔工装，将零件竖起来装夹加工，工装简图如图2所示。

在工装的侧面用两个定位板在根肋面建立一个定位基准面，用两个拉紧螺钉将根肋面紧紧的贴合在定位板上，保证钻孔时边距尺寸，在骨架的厚度方向平面上用两个辅助压板将骨架压紧与基础板贴平，保证孔在型面的对称中心上。为防止钻头方向偏，进行扩孔时在槽口部位增加一个导向板。装夹零件时，为防止装夹变形，应用塞尺检查工装定位面与零件之间的间隙不得大于0.02，否则垫铜皮后再压紧零件。

钻孔时，先用键槽铣刀在钻尖接触的位置铣出小平面，再钻中心孔，最后用加长钻头钻出φ10底孔。加长钻头设计成台阶钻，其结构简图见图3，钻头的总长略长于孔的深度2mm，钻头前部角度为112°，外圆为φ7，台阶部分角度为118°，外圆为φ10。

钻出底孔后，用专用扩孔钻分两次对底孔进行修正并用导向板辅助导向，能够获得较高的位置精度与直线度和同轴度，在扩完孔的位置上用专用的组合铰刀顺其孔位一次性铰出两段孔。最后，加工出来深孔能满足设计要求。

4 结束语

通过对某折叠尾翼的结构特征及加工难点进行分析，从工艺路线和加工方法等方面进行研究，提出了设计专用刀具和专用工装的方法，分多次扩孔保证孔的同轴度和直线度，并用导向板导向，防止钻头偏斜，最后用专用组合铰刀一次铰孔，保证孔的加工要求，并通过实际加工进行验证，解决了折叠尾翼骨架的深孔加工问题，提升了折叠尾翼加工质量。同时，也为该类深孔加工问题提供了解决思路。

参考文献

[1] 李劭珩.世界航空航天制造技术特点与发展[J].中国科技投资。2017.（3）

[2] 王先逵. 机械加工工艺手册[M]. 北京：机械工业出版社.2007.

[2] 陆建中.金属切削原理与刀具（第5版）[M].北京：机械工业出版社，2011.

[3] 郑修本. 机械制造工艺学[M]. 北京：机械工业出版社.2011.