一种铝合金舵面加工技术的研究.docx

? ? 一种铝合金舵面加工技术的研究 ? ? 胡成昕 （黑龙江省机械科学研究院，哈尔滨 150040） 0 引言 某种型号的飞行器由很多零部件组成，舵面零件是其中重要组成部分之一，舵面零件在飞行器飞行过程中起到极为关键的作用，由于其表面光洁度要求较高，材质比钢件软，不宜装夹，加工余量较大，很容易变形，所以加工质量难以控制，生产效率比较低[1]。针对以上问题，本文在工装夹具、刀具、加工方法等方面进行研究，使该难题得到了很好的解决，保证了舵面零件的精度、质量及生产效率，完成了该类零件的科研攻关，取得了不错的加工效果[2]。 1 结构及加工分析 某型号舵面零件结构如图1所示，结构特点及加工难点如下：材质为铝合金，材质相对较软，表面完整性要求高，不允许有任何划痕；总长度大于300 mm，不易装夹，加工过程中极易发生振动，影响加工精度，易产生振纹；整体斜面加工量较多，去除余量不均匀且切削余量较大，易产生变形。 图1 某型号舵面结构示意图 2 工艺方案 根据零件结构特点，设计出加工工艺流程，如图2所示。 图2 工艺流程 按照该加工工艺流程，本文提出一种飞行器舵面的加工方法，能加工出材质相对较软、尺寸较长的舵面，且保证较低的表面粗糙度，无振纹，尺寸精度符合设计要求，适于此类飞行器舵面零件的加工制造[3]。 其主要技术关键点如下：1）备料。根据舵面零件的外廓尺寸，准备厚度适宜的矩形铝合金板原料。2）粗铣长边。利用数控铣床粗铣原料长边轮廓，根据舵面外形的两长边尺寸，保留足够加工余量。4）粗铣短边。利用数控铣床粗铣原料短边轮廓，根据舵面外形两短边尺寸，保留足够的加工余量。5）铣平面。根据舵面厚度最大值，去除两侧余量，为精加工做好准备。6）自然时效。恒温静止自然放置48 h，使应力得到充分释放。7）铣边槽。根据舵面结构特征，在舵面长度方向两侧，留出装夹工艺台，需保证工艺台尺寸公差。8）粗铣长斜面。将上序精铣后的工艺台作为装夹定位处，在数控铣床上，粗铣出长斜面，并为精铣留有加工余量。9）粗铣短斜面。将上序精铣后的工艺台作为装夹定位处，在数控铣床上，粗铣出短斜面，并为精铣留出加工余量。10）自然时效。恒温静止自然放置48 h，使应力得到充分释放。11）精铣轮廓。同样以工艺台作为定位夹紧，采用五轴数控加工中心精铣舵面轮廓线，最后切割工艺台，得到符合技术要求的零件。12）终检。检测零件各个尺寸，确保零件合格。 2.1 刀具选择 刀具选择的准则，必须要保证被加工零件表面尺寸要求与刀具尺寸相适应。该型号舵面斜平面较多，所以在确保不过切的情况下，优先选用的都应该是平头铣刀，该类铣刀适合粗加工或者精加工平面[4]。鉴于以上原则，加工该类型舵面时采用φ16平头铣刀，为了增加铣刀使用寿命，刀刃带有R角。根据零件结构设有倒圆处，因其为弧面，通常采用球头铣刀可精确加工弧面，该型号舵面采用φ8球头铣刀进行圆角铣削[5]。 2.2 精铣轮廓工装设计 工装的设计在零件加工中有着重要的作用，其设计合理性、装夹方法、夹紧力及方向选择都对零件的加工精度起着至关重要的作用。零件的加工变形很大程度上取决于工装夹具的设计，首先要选取定位基准，定位基准需与零件设计基准一致，定位面需要经过精加工[6]。其次，夹紧位置的选择需要准确无误，在保证足够夹紧力的同时，不能出现零件变形和加工刀具的窜动，针对该型号舵面在零件长度方向两侧留有工艺台，其主要作用是在零件精铣轮廓时为工装夹具做夹紧定位使用，同时需注意压板不要超过工艺台的宽度。最后，由于该型号舵面材料为铝合金，硬度相对较低，且长度大于300 mm，在加工过程中精铣斜面轮廓时零件会产生形变，致使加工超差，因此在零件背部要设置支撑结构，确保零件不会因刀具切削时沿Z轴负方向力产生形变，同时因为平底铣刀在切削走刀过程中，铣刀抬刀时由于切屑原因产生沿Z轴正方向作用力，使零件产生沿Z轴正方向形变，也会影响加工精度，因此在零件加工时背部支撑结构与零件接触处按压工业橡皮泥，根据实际加工情况来设定橡皮泥的多少[7]。针对该型号舵面特征设计了图3所示的组合工装，该组合工装在实际加工制造过程中起到很好的夹紧、定位、消除零件变形的作用[8]。 图3 组合工装 2.3 具体实施 加工关键技术点如下所述。 1）备料。根据舵面零件的外廓尺寸，选取适宜尺寸的原料。此零件为铝合金材料，因此采用留有加工余量的铝合金板材。 2）粗铣长边。利用数控铣床粗铣原料长边轮廓，根据走刀方向利用定位块做好定位，根据舵面外形两长边尺寸，单边预留2 mm尺寸，为精铣轮廓圆角留有足够加工余量，如图4所示。 图4 粗铣长边 3）粗铣短边。利用数控铣床粗铣原料短边轮廓，由零件结构可知舵面外形两短边为平行平面，故舵面外形两短边尺寸只需留有加工余量、切断刀余量及工艺台尺寸即可。需要注意的是，铣削两短边