航空液壓殼體零件的數控加工工藝研究

崔方圓　高曉丁

摘 要：針對航空液壓殼體零件結構復雜、孔系眾多、孔系相交關系復雜、加工精度要求高的特點，提出了一種基于新型高精度數控設備即五軸加工中心的高效加工方法和加工工藝。該方法不僅優化了現行加工工藝，而且有效的解決了該類典型異型多面體在加工過程中容易出現的定位誤差積累的問題。工藝試驗證明，這一技術將產品的加工效率提高了30%以上，有效的保證了孔系之間的位置精度要求，解決了該類零件的高效精密加工問題。

關鍵詞：殼體 孔系 加工工藝 高效精密加工

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）07（a）-0108-02

航空液壓殼體零件作為航空液壓設備中的關鍵零件，對機載系統的質量和性能起著舉足輕重的作用。為了滿足零件自身的功能要求，液壓殼體類零件的外形設計非常復雜。這類零件通常既有平面又有孔系，各孔系在空間方向交錯貫通，組成孔系的各孔本身有形狀精度要求，同軸孔系和相鄰孔系之間及孔系與安裝基準面之間又有位置精度要求。加工的部位多，加工工藝復雜。目前在普通機床上按傳統方式加工航空液壓殼體零件，一次定位裝夾，僅可以加工一個型面或一個孔系，而且重復定位誤差大，生產周期長和效率低，很難保證產品質量的一致性[1-3]。因此，急需一種更為先進的加工方法，滿足產品高質量、高精度的要求。

該文從航空液壓殼體的結構特點、工藝分析和加工難點著手，闡述了通過采用優化后加工工藝技術保證了液壓殼體加工質量，數控加工工藝方法的提高了加工效率。并通過工藝試驗，驗證了新工藝的可行性，實現了該殼體零件的高效率、高質量加工。

1 航空液壓殼體零件介紹及加工工藝分析

1.1 結構特點

航空液壓殼體是一種形狀復雜，多種結構集于一體的產品。每個面的形狀都較為復雜，且每個型面都有關聯尺寸，是典型的異型多面體。產品上每個形狀都有自身特有的作用。此類產品的各個結構相互作用、相互影響，而且由于其工作條件較為惡劣，對產品本身的精度和質量都提出了很高的要求。異型多面體的加工質量直接影響其工作性能，并可能影響整機性能[4-5]。產品的結構及主要技術要求如圖1所示。

1.2 工藝分析

該航空液壓殼體的材料采用2618A（專用牌號鋁合金），毛坯為鍛件，為小批量生產類型產品。由圖1中可知該零件加工精度要求較高的項目有以下幾方面。

（1）基準孔系：基準孔Bφ37H8表面粗糙度Ra0.4 μm，φ18.8H8對孔φ37H8同軸度φ0.020及表面粗糙度Ra0.4 μm；端面對φ37H8的垂直度0.010；φ23Js7環槽對φ18.8H8的同軸度φ0.040；

（2）耳部孔系：φ12.8H7，φ6H8和φ（8.1±0.03）；3孔中心距分別為15±0.02；25±0.03； φ8.1孔對φ12.8H7孔的平行度0.020； φ6H8孔對兩孔的對稱度0.050；φ12.8H7孔對基準孔Bφ37H8的垂直度φ0.020；

（3）柱塞孔系：φ14H8孔對基準孔Bφ37H8的垂直度φ0.020；表面粗糙度Ra0.8μm的φ8H8孔對φ14H8孔的同軸度φ0.020， 表面粗糙度Ra0.8 μm的φ18環槽對φ14H8孔的同軸度為φ0.040。

1.3 加工難點

由圖1可以看出該航空液壓殼體零件孔系相交關系復雜。經過分析得知該零件在機械加工中存在以下幾個加工難點。

（1）各個孔之間的形位尺寸公差小，表面粗糙度值小，加工難度大；

（2）因加工的孔、槽、臺階型面多、精度高，故工裝系數大；

（3）基準孔B加工余量大，工藝剛性差，屬于薄壁加工，在加工時容易產生切削變形。

如上所述，如果在普通機床上按傳統方式加工航空液壓類殼體零件，一次定位裝夾，僅可以加工一個型面或一個孔系，很容易引起定位誤差的積累，所以應將部分工作通過高精度的數控設備來完成。

2 工藝設計與優化

2.1 機床選擇

為了進一步提高產品的性能、質量及生產效率，結合零件的特點，決定采用五軸加工中心這種新型的數控設備。五軸加工中心的具體機床模型布局形式見下圖2。在該布局結構中，主軸箱在立柱上實現Z移動，其上的刀軸可以實現B軸轉動，而立柱完成X向移動，工作臺完成Y向移動，其上的轉臺實現C軸轉動。

該殼體零件以底面為基準、一次定位裝夾便可完成三個空間垂直孔系的加工。在圖2主軸直立時即可完成基準孔系的全部加工，然后主軸需要繞Y軸旋轉180°再加工耳部孔系，最后柱塞孔系的加工只需工作臺再繞Z軸旋轉90°即可。

2.2 優化加工工藝方法

（1）基準孔系：φ37H8孔為已鑄出的毛坯孔，為了達到IT8級精度和Ra0.4μm表面粗糙度要求，需經過三次鏜銷，即采用粗鏜----半精鏜----精鏜方案；φ18.8H8孔和φ23Js7環槽雖也為毛坯孔，但由于孔徑較小，采用擴孔----鉸孔的加工方案；

（2）耳部孔系：φ12.8M7孔，φ6H8孔和φ8.1±0.03孔比較小且孔之間由于具有較高的位置精度，需要先安排銑平端面和打中心孔工步，所以采用銑平面----鉆中心孔----鉆孔----鏜孔----鉸孔的加工方案；

（3）柱塞孔系：φ14H8孔，φ8H8孔和φ18環槽的表面粗糙度為Ra0.8 μm且各孔之間有較高的同軸度要求，所以也采用銑平面----鉆中心孔----鉆孔----擴孔----鉸孔的加工方案；

2.3 主要工藝流程

2.4 工藝難點的技術要求

（1）φ37H8和φ18.8H8兩孔的壁厚較薄，為了減少切削力對工件的影響，在粗加工后應采用低溫回火去除加工殘余應力，以減小零件的變形；（2）由于毛坯的材料為鋁合金，在高速加工時，容易產生大的切削熱，要合理的選用冷卻液進行降溫，避免或減少由于切削熱所引起的變形而產生的加工誤差；（3）由于柱塞孔系孔中的孔比較深，在選用刀具刀桿時可以通過縮短刀桿長度和增加刀桿直徑來改善刀桿的受力狀況、增強刀具的剛度，從而減少加工過程中的振動，保證達到加工表面粗糙度的要求。

3 工藝試驗

工藝試驗完成后，對航空液壓殼體進行前三件的首件鑒定。從檢測結果看，數控加工后的產品滿足設計圖樣的各項指標要求。優化的加工工藝可以有效的保證零件孔系之間的空間位置精度。采用工序集中的原則，一次定位的方法，有效的避免了定位誤差的積累，對提高三個孔系之間的垂直度效果明顯，大大降低了廢品率，即采用這種新的工藝方法是可行的。

4 結語

優化了現行的機械加工工藝，采用五軸加工中心實現了一次裝夾便完成異形面多方位加工。采用多軸加工中心加工異形面，利用旋轉軸直接旋轉工件，不僅降低夾具數量，而且省去了大量的矯正時間。

工藝試驗結果表明采用優化的加工工藝不僅大大提高了功效而且保證了加工精度，、大大降低了廢品率，對改進現有的復雜殼體數控加工工藝也提供了理論依據。

參考文獻

[1] 戈和偉.航空液壓殼體類零件數字化高效加工[J].航空制造技術，2009（14）：100-101.

[2] 戈和偉.基于數控技術的多孔類復雜殼體高精密加工方法研究[EB/OL].. http：//www.c-cnc.com/news/newsfile/2011/6/4/1642191.shtml（2011-06-04）.

[3] 于桂欣，郭紅海.數控加工技術在航空液壓殼體零件加工中的應用[J].機床與液壓，2012，40（17）：138-140.

[4] 趙廣軍，王連義，李方軍，等.某產品深孔殼體加工工藝技術改進[J].精密成形工程，2014，6（1）：43-48.

[5] 陳建寧，何超，袁江.復雜形狀殼體數控加工研究[J].火箭推進，2010，36（4）：49-52.