另類刀具在航天產品中的設計與應用-刀具（jù）網-數控機床市場網

您現在的位置：刀具網> 技術前（qián）沿>另類刀具在航天產品中的設計與應用

另類刀具在航天產品中的設計與應用（yòng）

2014-6-11 來源：數控機床市場網作者：貴州航天烏（wū）江機電設備公司張玉峰

摘要：隨著計算機技術的飛速（sù）發（fā）展，數（shù）控（kòng）機床在我國機械加工行業（yè）中得到（dào）越來越廣泛的應（yīng）用。它不僅解決（jué）了普通機床難以解決的許多加工難題，而且提（tí）高了加工精度和生產效率，同時也對（duì）加工工藝和刀具設計提出了許多新的、更高的要求（qiú）。為（wéi）使這（zhè）些先進的設備（bèi）更好（hǎo）地發揮作用，必須解決這（zhè）些問題。本文通過對幾種航天產品中（zhōng）典型零件（jiàn）的加工及刀具結構的設，總結出了加工刀具的應用。

關鍵詞：刀具設計航天產品

1 引言

航天製造業是軍工製造業（yè）最為重要的組成（chéng）部（bù）分，其技術水平和生產能（néng）力是國家製造業實力（lì）和國防科技工業現代（dài）化水平的綜（zōng）合體現，在國民經濟和國（guó）防現代化中有著舉足輕重、不可（kě）替代（dài）的地位和作用。由於航（háng）天產品對結構設計、功能和性能（néng）、服役環境、產品質量與可靠性等方（fāng）麵都有很高甚至是苛刻的要求，大量新材料、新結構首先在航天（tiān）產品中得到應用；國防需要以及市場競爭要求航天產品的研製周（zhōu）期和生產周期大大縮短；此外，要求最終產品（pǐn）的全生命周期使用成本（běn）不斷降低。航天產（chǎn）品對製（zhì）造技（jì）術（shù）提出了更高的要求，國內外的航天製造（zào）業都廣泛地采用先進（jìn）製造（zào）技術（shù）。現代數控技術與裝備（bèi）是先進製造技術中的重要組成，在（zài）航天產品製造中已成為決定性的關鍵技術之一。

2 幾種典型零件的加工及刀具設計（jì）

2.1 連杆的加工

圖1 為我公司加工某航天產品中（zhōng）連杆設計圖（tú），零件的（de）材料為ZL101A，在加工過程中存在以（yǐ）下主要加工難點：

孔

加工精度要求高，並且靠近內側（cè）台階孔加（jiā）工難度較大。

各孔（kǒng）之間的形位公（gōng）差（chà）要（yào）求高，難以保（bǎo）證。

2.1.1 連杆主要加工難點的分析

由於（yú）沒有合適的標準刀具，采用手工磨製硬（yìng）質合金刀具或普通鏜刀（dāo）杆加工時，精（jīng）加工反台（tái）階孔時，由於孔

的精度要求高（gāo），同時受中間φ9孔的限製，刀體寬度受到了限製，經計算，反台階孔

內側到φ9孔（kǒng）處尺寸為2mm，刀杆直徑必須小於9mm，因而（ér）刀（dāo）體強度低，剛性差，在（zài）刃磨（mó）時刀尖精度難以控製，在進行首（shǒu）件加工時需反複（fù）調整刀具尺寸參數，而且加工過程不可靠，操作難度（dù）大，加（jiā）工效（xiào）率低。

2.1.2 連杆加工刀具結構設計

2.1.2.1 確定刀具結構

為解決精加工刀具（jù）精度，所設計的刀具必（bì）須能夠進行微調，並（bìng）且微調精度須控製在0.01以內，利用公司現有刀具進行改製。

2.1.2.2 刀體及鏜頭的選取

為了合理利用刀具並充分考慮刀（dāo）具的精度，刀體及鏜（táng）頭選用瑞（ruì）典山高刀具中EM 型 - DIN 69871-AD 刀（dāo）柄（圖2），A72002 - 精鏜（táng）頭，軸向型，細長（圖3），帶（dài）微調（增量0.01 mm，微調 2.5 μm，直徑方向（xiàng）上）。

2.1.2.3刀杆的設計

為了確保刀杆的（de）鋼度及精度，現采用φ10或φ12進口硬質合金立銑刀報廢刀具進行改（gǎi）製，改製結構如圖4所示。

2.1.2.4刀片的（de）設計

為了使產品質量穩（wěn）定，在（zài）加工過程中盡可（kě）能的（de）少調整，提高（gāo）加工工藝性，其刀片結（jié）構（gòu）及尺寸如圖（tú）5所示。

此刀片用白鋼刀進行製作，采用線切割機床（chuáng）切成3×3×8後，對刀片（piàn）進行刃磨，刃口鋒利，在加工時需加工正麵孔和反麵台階孔，因此（cǐ）須刃磨上下刃口。

2.1.3刀具的安裝及使（shǐ）用

刀具安裝形式如圖6所示，刀具使用時，在鏜A處（見（jiàn）圖7）孔時，進行（háng）對刀，首先進行粗鏜，用內徑千分表量出實際（jì）加工孔（kǒng）徑後，調整精鏜頭處刻（kè）度（dù）2來滿足加工精度要求，加工完A處孔後，加工（gōng）B處孔（kǒng）時，停止（zhǐ）主軸轉（zhuǎn）動，將刀（dāo）杆通過φ9孔，偏移合適坐標，將刀具移到加（jiā）工孔位置，啟動主（zhǔ）軸，用加工程序控製加工B處孔尺寸（cùn）。

2.2 套筒的加工

圖8 是我公司（sī）加工（gōng）某航天產品（pǐn）中的套筒零件，零（líng）件材料為30CrMnSiA高強度鋼（gāng）。

2.2.1套筒的加工主要工藝性（xìng）分析

由圖8可知，套筒是深孔類零件的加工（gōng），深孔是指深徑比大於5:1的孔（kǒng），當生產批量較大時，可以通過選擇相應的設備和工藝裝備來解決深孔加工問（wèn）題，這些設（shè）備為專用設備，在（zài）航（háng）天（tiān）產品生產中，由於航天產品具有特殊性，其生（shēng）產特點為多品種（zhǒng）、小批量、產品精度高。這些生產特點（diǎn）決定了航（háng）天產品（pǐn）的生產以通用設備為主，並且受（shòu）生產周期和加工成（chéng）本的限製，深孔加工往往成了加工生產中的（de）瓶頸問題。近年（nián）來（lái），我公司航天產品研製較多，在生產過程中遇到不少深孔加工問題，在加工過程（chéng）中經過多次（cì）摸索，通過製（zhì）作浮動拉鉸刀刀具來解決深（shēn）孔加工（gōng）精度。

2.2.2 套筒加工（gōng）的刀具設計

2.2.2.1 浮動（dòng）拉鉸刀（dāo）結構（gòu）

浮（fú）動拉鉸刀如圖9所示。該刀具結構類似（sì）於浮動鉸刀，但導向麵位（wèi）於切削刃（rèn）後部。

2.2.2.2 浮動拉鉸刀裝置結構

浮動拉鉸刀刀柄1與（yǔ）開口彈簧（huáng）夾頭3相連，裝入莫氏錐體（tǐ）4中（zhōng）通過鎖緊（jǐn）螺母2進行鎖緊連接，其結構如圖10所示。

2.2.2.3 刀具安裝使用

該刀具裝在車床上使用，將浮動拉鉸刀1刀（dāo）柄部份穿（chuān）過工件內孔，然後將（jiāng）工件與刀具一起裝（zhuāng）在卡盤上，將莫氏錐體4放（fàng）入尾（wěi）座中，將開口彈簧夾（jiá）頭3放置在鎖緊螺母裏，把鎖（suǒ）緊螺母輕輕擰入莫氏錐體4上，並根據工件的長度來調整尾座與卡盤（pán）間的距離，再擰（nǐng）緊鎖緊螺母，用（yòng）尾座拉動浮動拉鉸刀進行加工零件。

2.3 殼體中小孔的加工

在航（háng）天產品（pǐn），由於裝（zhuāng）配和性能的需要，在（zài）很多殼體的加工過程中均會遇到一些孔徑小精度高的孔（kǒng）係零件，圖13、14是我（wǒ）公司加工（gōng）某航天產品（pǐn）伺服機構中外殼體，圖中各孔的孔徑較小（xiǎo）、精度要求高，在產品前期研（yán）製過程中，生產數量少（shǎo），由於產品未進入定型狀態，設計方（fāng）案隨時都會發生更（gèng）改，通過（guò）生產過（guò）程的模索，為了保證研製加工周期並確保產品（pǐn）加工精度，針對該產品設計了浮動（dòng）鏜刀來滿足加工需求。

2.3.1 殼體（tǐ）零件工藝性分析

從圖13、14可知，殼體中小孔數量較多，孔徑精（jīng）度要求（qiú）高，孔的形位公差要求高，由於（yú）該殼體為非定型產品，為便於今後設（shè）計改進後刀具還能（néng）繼續使用，對通孔和盲孔分別設計（jì）鏜刀刀具，由於孔徑精度要求，鏜刀（dāo）設計成帶微調裝（zhuāng）置（zhì）的鏜刀，為了充分利用現有資源（yuán），刀體及鏜頭選用瑞（ruì）典山（shān）高刀具中EM 型 - DIN 69871-AD 刀柄（圖2），A72002 - 精鏜（táng）頭，軸向型，細長（圖3），帶微調（增量0.01 mm，微調 2.5 μm，直徑方向上）。

2.3.2 殼體中φ3~φ6通孔（kǒng）刀具結構

殼體中φ3~φ6通孔刀具結構（gòu）如圖15所示，在加工過程中刀杆部分為多（duō）種（zhǒng）規格，根據孔（kǒng）徑不同範圍進行更換不同規格的刀片和刀杆，也可根（gēn）據孔徑範圍對刀片進行調整來（lái）滿足加工需（xū）要。

2.3.3 殼體中盲孔刀具結構

殼體盲孔加工刀具結構如 16所示，在加工過程中刀杆部分為多種（zhǒng）規格，根據孔徑不同範圍進行更換不同規（guī）格的刀片和刀杆（gǎn）。

1-刀片 2-頂杆 3-刀杆（gǎn） 4-精鏜頭 5-刻度盤 6-刀體

3 結束語

在航天產（chǎn）品加工過程（chéng）中（zhōng），由（yóu）於航天產品精度要求高、批量小、更新換（huàn）代周期短的特點，在精密數控加（jiā）工時對（duì）刀具的選取應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用（yòng）量以及其它相關（guān）因素正確選用（yòng）刀具及刀柄。刀具選擇總的原則（zé）是：安裝調整方便，剛性好，耐用度和（hé）精度高。在（zài）滿足加工要求的前提下，盡量選（xuǎn）擇較短的刀柄，以（yǐ）提（tí）高刀（dāo）具加工的剛性。選取刀具時（shí），要使刀具的尺寸與（yǔ）被加工工件的表麵尺寸相適應。生產（chǎn）中，平麵零件周邊輪（lún）廓的加工，常采用立銑刀（dāo）；銑削平麵時，應選硬質合金刀片銑（xǐ）刀；加工凸台、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表麵或粗加工孔時，可選取鑲硬（yìng）質合金刀片的玉米銑刀（dāo）；對一些立體（tǐ）型麵和變斜角輪廓外形的加工（gōng），常采用球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。但是在某些特殊零（líng）件的試製、小批量加工時，應根（gēn）據實際（jì）情況進行一些刀具的設計。

4 後記（貴州航天烏江機電設備有限責任公司精密加工設備介紹）

貴州航（háng）天烏江機電設備有限（xiàn）責任公司（sī）精密工段成立（lì）於（yú）2004年10月，該工段主要承擔軍（jun1）配件（jiàn）的零部件、精（jīng）密零件的加（jiā）工生產，是公司加工、管理一（yī）流的工段，並且在2005年年底實現了機床與計算機聯網，實現了遠程控製及在線加工，目前精密工段加工設備有進口加工中（zhōng）心DMG設備5台，國產四軸加工中心1台、國產加（jiā）工中心2台、國產數控銑床3台、國產數控車床6台，主要設備圖（tú）片如下：