航空液压壳体深孔加工工艺研究

李富长，孙晓阳

(中航工业金城南京机电液压工程研究中心，江苏 南京 211106)



航空液压壳体深孔加工工艺研究

李富长，孙晓阳

(中航工业金城南京机电液压工程研究中心，江苏 南京 211106)

航空液压产品中的壳体类零件的主阀套孔具有大长径比的特点，该类零件材料主要是高强度铝合金，内孔加工属于比较典型的深孔加工，其尺寸公差、几何公差等要求严格，表面粗糙度值低，对加工刀具的结构有较多限制，这给零件的精加工带来很大的困难。通过研究壳体深孔加工的工艺路线安排、加工工艺参数及加工刀具选取等，经过镗削、研磨和珩磨等各种加工方式的多次试验，最终选择用铰削加工来保证壳体深孔加工精度要求，解决了十余种军工重点型号大尺寸液压壳体零件的加工瓶颈，对于同类壳体深孔加工具有借鉴意义。

壳体；深孔；铰刀

一般把孔的深度和直径之比>5的孔称为深孔。在深孔切削过程中，因为刀具在工件内部切削，刀具和切削情况均无法观察到，且刀具细长，刚度差，冷却困难，排屑不畅，所以深孔切削加工是一种难度较大的加工技术。深孔加工的关键技术是刀具参数的选取和加工余量的控制。

航空液压产品中的壳体类零件的主阀套孔的孔径为18～40 mm,长径比约为8～15。该类零件材料主要是高强度铝合金，内孔加工属于比较典型的深孔加工，其尺寸公差、几何公差等要求严格，表面粗糙度要求低，对加工刀具的结构有较多限制，这给零件的精加工带来很大的困难。

1 液压壳体零件

2 工艺路线

该零件在卧式加工中心(机床型号DIXI-200)上加工，操作系统为FANUC15系统(该方法中宏程序部分在FANUC-0i系统上通用)。经过镗削、研磨和珩磨等各种加工方式的多次试验，最终选择用铰削加工来保证零件各内孔的几何公差要求。零件在本工序加工前状态为所有需加工内孔直径方向预留2 mm余量[1-2]。

图1 液压壳体零件图

3 铰刀几何参数的选择与修研

3.1 铰刀几何参数的选择

铰刀一般选择6～8个切削刃(见图2)，柄部为莫氏4#锥带拉钉结构。当孔深与直径的长径比>10时，应增大铰刀倒锥参数，具体数值为直径方向约50 mm处0.04 mm倒锥。

图2 铰刀示意图

3.2 铰刀直径的修研

分体式铰刀研磨器是由2个研磨块组合后放入壳体内(见图3)。修研时，将铰刀插入，当铰刀转动时从两端施加压力并沿铰刀轴线往复移动，可方便地控制铰刀直径。

图3 分体式铰刀研磨器示意图

铰刀直径的修研也可采用开口研磨套[3]。开口研磨套开口方向为：1)直开口适用于左旋和右旋铰刀；2)右旋开口适用于左旋和直齿铰刀；3)左旋开口适用于右旋和直齿铰刀。

铰刀直径的修研是深孔加工中关键的一步，铰刀直径按所加工零件内孔直径上偏差制作。经过修研的铰刀铰孔后，零件表面粗糙度值可达Ra0.1～Ra0.2 μm。铰刀倒锥也应进行手工修整。当铰刀出现缩孔现象(缩孔现象指的是铰孔完成后，孔的直径小于铰刀直径)时，微量的缩孔对加工表面质量是有好处的，但会增大刀具扭矩，当缩孔>0.015 mm时，应更换铰刀。

4 零件工作坐标系设置与系统变量的合理使用

由于加工所用机床为卧式四轴加工中心，故图1所示加工内孔很容易在一次装夹中通过机床转台回转全部完成，而此类零件的加工往往需要3个工作坐标系。假设1个为角向基准设为G56，另2个分别为两端加工的坐标系G54和G55。这3个工作坐标系之间的关系为：G54、G55本身相差180°，G54、G55又分别与G56相差±90°，G54、G55的Y坐标相同，而X坐标数值相同、正负号相反。利用宏程序系统变量更改工作坐标系。当探头校正G56角向基准及G54X基准后，运行如下宏程序段：

#5241=-#5221 G55坐标系的X值等于G54坐标系的-X值

#5224=#5264-90 G54坐标系的角度值等于G56角度基准-90°

#5244=#5264+90 G55坐标系的角度值等于G56角度基准+90°

由上述程序段可知，工件加工所需的各个工作坐标系可全部利用宏程序完成输入，不需要任何人为输入，完全避免了人为出错的可能[4-5]。

5 结语

大长径比的深孔加工，一直是机械加工的一个难题，特别是本文中各个台阶孔有同轴度、圆柱度等几何公差要求时。对于加工程序编制，不能仅考虑程序正确与否，还应尽可能降低操作者难度及人为出错的概率。当深孔加工时，仅靠刀具参数或加工程序等某一项改进很难达到理想效果。合理的加工方法应综合考虑加工步骤、刀具几何参数、刀具切削参数和加工程序的优化等。

经过镗削、研磨和珩磨等各种加工方式的多次试验，最终选择用铰削加工，来保证了零件各内孔的尺寸要求，解决了十余种军工重点型号大尺寸液压壳体零件的加工瓶颈。

[1] 邢鸿雁，陈蓉林.机械制造难加工技术[M].北京：机械工业出版社，2014.

[2] 李玉琳. 液压元件与系统设计[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，1991.

[3] 金属加工杂志社，哈尔滨理工大学.数控刀具选用指南[M].北京：机械工业出版社，2014.

[4] 雷天觉. 新编液压工程手册[M]. 北京：北京理工大学出版社，1998.

[5] 吴敏镜. “毛刺工程”的产生和展望[J]. 新技术新工艺, 2000(7)：19-20.

责任编辑 郑练

Processing Technology Research on Deep Hole in Aviation Hydraulic Shell

LI Fuchang, SUN Xiaoyang

(Nanjing Engineering Institute of Aircraft System, Jincheng, AVIC, Nanjing 211106, China)

Aviation hydraulic products in the shell parts of the main valve sleeve hole have the characteristic of large length to diameter ratio. The main parts material is high strength aluminum alloy, and the inner hole machining belongs to the typical deep hole processing. Because of the strict size and form tolerance, the surface roughness value is low, and the structure of cutting tool has more restriction while often bring great difficulty in parts of the finishing. After all kinds of boring, grinding, honing, and so on, all kinds of processing methods of test have been done for many times, choose ream machining deep hole machining accuracy requirement. Ensure that the shell can solve more than ten kinds of military industry focuing on models of large size hydraulic shell parts processing bottleneck, and it has the significant reference for similar deep holes processing shell.

shell, deep hole, reamer

V 260.6

A

李富长(1975-)，男，工艺工程部副部长，高级工程师，工程硕士，主要从事超精密加工、3D打印和数字化制造等方面的研究。

2016-06-20