航空（kōng）液壓殼體深孔加工工藝研究
2017-7-17 來源（yuán）：中（zhōng）航工業金城南（nán）京機電液壓工（gōng）程研究（jiū）中心 作者：李富長，孫曉陽
摘 要：航（háng）空液壓產品（pǐn）中的殼體類零件的主閥套孔具有大長徑比的特點，該類零件（jiàn）材料主要（yào）是（shì）高強度鋁合金，內（nèi）孔加工屬於比（bǐ）較典（diǎn）型的深孔加工，其尺寸公差、幾何公差等要求嚴格，表麵粗糙度值低，對加工刀具的結構有較多（duō）限製，這給零件（jiàn）的精加工帶來很大的困難。通過研究殼體（tǐ）深孔加工的工藝路線安排、加工工藝參數及加工刀具選取等，經過鏜削、研磨和珩磨等各種加工方式的多次試驗，最（zuì）終選擇用鉸削加工來保證殼體深孔加工精度要求，解決了十餘種軍工重點型號大（dà）尺寸液壓殼體（tǐ）零件的加工瓶頸，對於同類殼體深孔加工具有借鑒意義。
關（guān）鍵詞：殼體（tǐ）；深孔；鉸刀
一般把孔 的 深 度（dù） 和 直 徑 之 比 ＞５ 的 孔 稱 為 深孔。在深孔切削過程中，因為刀具在工件內部（bù）切削，刀具和切削情（qíng）況均無法（fǎ）觀 察到（dào），且刀具細長，剛 度差，冷卻困難，排屑不暢，所以深孔切削加工是一種難度較大的加（jiā）工技術。深孔加工的關鍵技術是（shì）刀具參（cān）數的（de）選取和加工（gōng）餘量的控製.
航空液壓產品中的殼體類（lèi）零件的主閥套孔的（de）孔徑為（wéi）１８～４０ｍｍ，長徑比約為（wéi）８～１５。該類零（líng）件材料主要是高（gāo）強度鋁合金，內孔加工屬於比較典型的深（shēn）孔加工（gōng），其尺寸（cùn）公差、幾何（hé）公差等要求嚴格，表麵粗糙度要（yào）求低，對加工刀具的結構（gòu）有較多限製，這給零件的精加工帶來很大（dà）的困難。
１、液壓殼體零件
液壓殼體零件結構圖如圖１所示，其內部閥套孔（kǒng）２９＋０．０２５ ０、２７＋０．０２５ ０ｍｍ 的內孔（kǒng）表麵粗糙度要求（qiú）為Ｒａ０．４μｍ，圓柱度允差為０．００８ｍｍ。該零件材料（liào）為鍛鋁合金。
２、工藝路線
該零件在臥式加工中心（機床型號 ＤＩＸＩ－２００）上加（jiā）工（gōng），操作係統為 ＦＡＮＵＣ１５ 係統（該方（fāng）法中宏程序部分在ＦＡＮＵＣ－０ｉ係統上通用）。經過（guò）鏜削（xuē）、研磨和（hé）珩磨等各種加工方式的多次試驗，最終選（xuǎn）擇用鉸削加（jiā）工來保證零（líng）件各內孔的（de）幾何公差要（yào）求。零（líng）件在本工序加工前狀態為所（suǒ）有需加工內孔直徑方向預留２ｍｍ 餘量［１－２］。
以圖１中２９＋０．０２５ ０ｍｍ 孔為例，加工工藝（yì）路線如下（xià）：１）兩端分別銑削加工２８＋０．５ ０ｍｍ 深（shēn） ２０ ｍｍ引導孔；２）用２８ｍｍ 平底加長擴孔銑（xǐ）刀從兩端分別加工內孔至（zhì）２８ｍｍ；３）從兩端分別鏜削至２８．８ｍｍ；４）從兩端分別鏜削至２８．９２ｍｍ；５）在一端鏜削加工２９ ０－０．０１ｍｍ 深５０ｍｍ 引（yǐn）導（dǎo）孔；６）從２９ ０－０．０１ｍｍ 深５０ｍｍ 引導孔處一次鉸削（xuē）至圖樣要求。其中，第５步是關鍵，對解決孔口喇叭狀及（jí）孔的直線度有益。大長徑比內（nèi）孔鉸削，鉸刀刀（dāo）杆必然較細，剛性差，應選擇較低的切削速度。經（jīng）多次試驗，取主軸轉速為６０ｒ／ｍｉｎ，進給量（liàng）為 ３０ ｍｍ／ｍｉｎ（約每（měi）轉（zhuǎn）每齒進給０．０５ｍｍ）
圖１ 液壓殼體（tǐ）零件圖
３、鉸刀幾（jǐ）何參數的選擇與修研
３．１ 鉸刀幾何參數的選擇
鉸（jiǎo）刀一般選擇６～８個切削刃（見圖２），柄（bǐng）部為莫氏４＃ 錐（zhuī）帶拉釘結構。當孔深與直徑的長徑（jìng）比＞１０時，應增（zēng）大鉸刀倒錐參數，具體數值為直徑方向約５０ｍｍ 處０．０４ｍｍ 倒錐。
圖２ 鉸刀示意圖
以圖１中２９＋０．０２５ ０ｍｍ 孔加工為例。在臥式（shì）加工中（zhōng），當鉸刀快出（chū）頭時，冷卻液已無法進入加（jiā）工的內孔，鉸刀排（pái）屑槽內切屑也達到了最多的狀態，鉸刀因（yīn）冷（lěng）卻（què）效果差與孔壁摩（mó）擦（cā）加劇，鉸刀（dāo）發熱膨脹。當鉸刀刀柄剛度不足時，會出現機床主軸勻速轉（zhuǎn）動而鉸刀刀刃間斷轉動的現象，反映在零件（jiàn）上是內孔出口端孔口呈現規則的花瓣型。鉸刀與孔（kǒng）壁摩擦力的大小也與鉸刀刃帶的（de）寬窄及鋒利程度有關。刃帶的寬窄應（yīng）取０．１５～０．２ｍｍ，並在刀具圖樣上明確要求。
３．２ 鉸刀直徑的修研
分體式鉸（jiǎo）刀研磨器是由２個（gè）研磨塊組合後放入殼體內（見圖３）。修研時，將鉸刀插入，當鉸刀轉動時從兩端施（shī）加壓力並沿（yán）鉸刀（dāo）軸線往（wǎng）複移（yí）動，可方便地控製鉸刀直徑。
鉸刀直徑的修研也可采用開口研磨套［３］。開口研磨套開口方向為：１）直開口適用於左旋和（hé）右旋鉸刀；２）右旋開口適用（yòng）於左旋和直齒鉸刀；３）左旋開口適用於右旋和直齒（chǐ）鉸刀。
鉸刀（dāo）直徑的（de）修研是深孔加（jiā）工中關鍵的一步，鉸刀直徑按所加（jiā）工零件內孔直徑上偏差製作。經過修
圖３ 分體式鉸刀研磨器示意圖
研的鉸刀鉸孔後，零件表麵粗糙（cāo）度（dù）值可達 Ｒａ０．１～Ｒａ０．２μｍ。鉸刀倒錐也應進行手工修整。當鉸刀出現縮孔現象（xiàng）（縮孔現象指的是鉸孔（kǒng）完成後，孔的直徑小於鉸刀直徑（jìng））時，微（wēi）量的縮孔對加工表（biǎo）麵質量是有好處的，但（dàn）會增大刀具（jù）扭矩，當縮孔＞０．０１５ ｍｍ時，應更換鉸刀。
４、零件工作坐標係設置與係統（tǒng）變量的合理使用（yòng）
由於加工所用機床為臥式四軸加工中心，故圖１所示（shì）加工內孔很容易在一次裝夾中通過機床轉（zhuǎn）台回（huí）轉（zhuǎn）全部完成，而此類零件的加工往往需要３個工作坐標係。假設１個（gè）為（wéi）角向基準設為 Ｇ５６，另２個（gè）分別為兩端（duān）加工的坐標係 Ｇ５４ 和 Ｇ５５。這 ３ 個工作坐標係之間的關係為：Ｇ５４、Ｇ５５ 本身相差（chà） １８０°，Ｇ５４、Ｇ５５又分別與 Ｇ５６相差±９０°，Ｇ５４、Ｇ５５的Ｙ坐標相（xiàng）同，而 Ｘ 坐標數值相（xiàng）同、正負號相反。利用宏程序係（xì）統變（biàn）量更改（gǎi）工作坐標係。當探頭校正 Ｇ５６角向基準及 Ｇ５４ Ｘ 基準後，運行如下宏程序段：
＃５２４１＝－＃５２２１ Ｇ５５坐標係的 Ｘ 值等於 Ｇ５４坐標係的－Ｘ 值
＃５２２４＝＃５２６４－９０ Ｇ５４坐標 係 的 角 度（dù） 值 等 於 Ｇ５６角（jiǎo）度基準－９０°
＃５２４４＝＃５２６４＋９０ Ｇ５５坐 標 係 的 角 度 值 等 於 Ｇ５６角度基準＋９０°
由上述程序段可知，工件加工所需的各（gè）個工（gōng）作坐標係可（kě）全部利用宏程序完成輸入，不需要任何人為輸入，完（wán）全避免了人為出錯的可能［４－５］。
５、結語
長徑（jìng）比（bǐ）的深孔加工，一直是機械加工的一個難題，特別是本文中（zhōng）各個台階孔有同軸度、圓柱（zhù）度等幾何公差要（yào）求（qiú）時。對於加工程（chéng）序編製，不能僅考慮程序正確與否，還應盡（jìn）可能降低操（cāo）作者難度及（jí）人為出錯的概率。當深孔加工時，僅靠刀具參數或加工程序等某一項改進（jìn）很難達到理（lǐ）想效果。合理的加工方法應綜合考慮加工步驟、刀具幾何（hé）參數、刀具切削參（cān）數和加工程序的優化等。
經過鏜削、研磨和珩磨等（děng）各種加工方式的（de）多次試驗，最終（zhōng）選擇用鉸削加工（gōng），來保證了零件各內孔的尺寸要求，解決了十餘（yú）種軍工重點型號大尺寸液壓殼（ké）體零（líng）件的加工瓶頸（jǐng）。
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