空客A380高升力传动扭矩轴加工技术

张光伟 赵飞宇

摘要：空客A380襟翼升力传动轴是1.5长的花键轴，材料为钛合金，长径比超过50。通过该轴传递动力至各个齿轮箱，将襟翼和缝翼移动至指定位置。该轴加工难度大，特别是车加工变形、滚齿、校正、去除工艺凸台以及钻径向孔等工序难度大，本文结合研制过程出现的问题进行对加工难度大的工序进行了详细分析和论述。

关键词：加工变形、滚齿、径向孔、去除工艺台

引言：

随着中国大飞机C919试飞成功，国产大飞机离我们越来越近，其中民航飞行运动控制零部件加工工艺在国内也刚刚起步。空客A380飞控零件国内加工过程中出现问题可以做为案列为国产飞机制造提供借鉴。

1.背景介绍

1.1项目来源：钛合金花键轴是MOOG公司外贸转包零件，“襟翼升力传动轴”零件是为空客A380配套，MOOG公司要求在半年时间里交付10件合格样件。

1.2难点分析

1.2.1材料的特殊性：钛合金材料切屑温度高：在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上；单位面积上的切削力大，容易造成崩刃，加大刀具磨损并影响零件的精度；钛合金对变形有记忆性，加工过程中出现弯曲很难校直，所以钛合金长轴加工难度大。

1.2.2零件的结构工艺性不良

从图1分析：零件总长1511.2mm，两端渐开线花键最大直径φ33mm，中间90%长度的直径为φ26mm，径长比超过1∶50，设计基准是2端的顶尖孔。

而且花键节圆相对于基准A-B轴线跳动0.05mm，轴的长度过长，滚齿采用双顶尖方式装夹设备规格无法满足，再者采用双顶尖形式装夹因为零件刚性差导致滚齿时零件受力弯曲，齿面出现振刀。而且零件一旦从设备上卸下，弯曲必然回弹，这样设计基准在约束状态和自由状态不一致，跳动无法保证。

1.2.3两端花键径向孔位置度要求高

两端各有1个φ6.9的径向孔，径向孔相对于花键节圆位置度0.05mm，零件装夹找正存在困难，钻孔时因为落刀点是花键齿顶圆上一个点，这样钻头和零件接触瞬间钻尖会摆动引起钻孔钻斜导致孔的位置度超差。

2.工艺方案的确定

2.1车削方案确定

外方来的毛料是φ38.1的棒料，在制定工艺方案采用如下原则：车削过程通过粗加工使得余量变得均匀、通过半精加工去除大的余量，通过精加工保证设计图尺寸，工序间安排校形工序，如果加工中一旦出现变形立即校形。避免零件变形向后续加工传递。通过加工余量合理分配，减少了应力不均对零件加工变形影响。

2.2.2滚齿工艺确定

滚齿采用一夹一顶方式，在零件2个端头增加40mm长工艺凸台，滚齿时在滚齿机底部用顶尖定位，ER夹簧夹紧，在零件中间部位增加1个可调支撑用以提高零件刚性，同时调整零件回转中心。

2.2.3径向孔钻、镗孔方案

在确定钻镗孔方案时优先选择利用花键节圆做为夹具定位基准，利用铣刀在花键顶端划出小平面后，用中心站钻出钻头导向孔，然后钻头钻出底孔，最后镗刀镗孔保证图纸要求。

2.2.4工艺凸台去除

在所有机加工序完成后去除工艺台，去除工艺台同时找正花键外圆钻中心孔，最后加工设计基准孔A、B。

3.加工中出现的问题和解决方法

3.1 车削过程中出现的问题和解决办法

3.1.1车加工过程中的轴向弯曲缺陷

零件试制阶段，粗车下来的零件直线度在1.8-2.5mm范围，弯曲严重。造成零件弯曲变形原因我们分析认为主要是以下3方面原因

1）零件刚性差在受到刀尖切削力时零件沿着径向力的方向发生弯曲变形；

2）零件受热变形，零件夹持采用一夹一顶方式，这样装夹情况下零件长度被爪子和顶尖约束住，零件在切削过程中受热就会伸长，但是长度方向又被约束只能向径向弯曲；

3）刀尖不锋利或不耐磨导致切削过程零件受径向力大导致零件弯曲变形。

4）零件毛料和加工过程中产生的变形向下传递导致后续加工弯曲变形。

解决途径

1）提高零件加工过程中刚性，采用中心架、跟刀架支撑零件可以提升零件加工过程中的刚性，减少切削过程中弯曲变形。

2）走刀方式采用反向切削，即刀具走刀方向由床头向尾座方向，同时操作工根据加工状态调整尾顶尖松紧程度，通过这样方法释放零件受热伸长对弯曲变形的影响；

3）选择合适刀具和切削参数，钛合金的导热性差，导致在加工时所产生的高热量不能有效扩散，同时刀具的切削刃和切屑的接触长度短，使熱量大量聚集在切削刃上，温度急剧上升，导致刀刃的红硬性下降，刀刃软化，加快刀具磨损；还有就是钛合金的亲和力大，加工中容易黏刀，增大了刀体与工件的摩擦，摩擦导致大量的热，降低了刀具的使用寿命。根据这些特点，在工序粗加工时选用刀尖R为0.8，基体IC4高硬度的超细晶粒机夹刀片，涂层材料采用PVD TiAlN，切削速度可以达到20米/分钟以内；精加工时为了控制切削过程变形用R0.4，切削速度控制在10米/分钟。

3.1.2车加工过程中的外圆“竹节形”缺陷

长轴车削过程中出现最多的表面缺陷是零件外圆上出现“竹节形”分部区域没有规律。分析造成的原因是跟刀架支撑块调整不到位和零件弯曲引发的现象，跟刀架支撑块没有调整到和零件外圆很好贴合（或者轴的弯曲导致跟刀架上支撑块和零件外圆贴合不实），特别是支撑力过大时，将零件推向刀具方向，刀尖车削量加大，直径变小；刀尖走过这个区域后，支撑块支撑在直径小的地方，刀尖又将零件推向支撑块方向导致切削量变小，直径变大。这样过程不断往复进行，在零件外圆上出现有规律的竹节纹路。

3.1.2 解决途径：

调整跟刀架时增加找正，把百分表表头放在紧邻跟刀架的零件外圆上，通过表值在外圆上的跳动值调整支撑块的高低，保证支撑块和零件贴合准确可靠，调整挤压力，从刀尖方向用手推零件看表值有无变化，旋转零件保证手推零件表值无变化，支撑块调整结束。

车削过程中由于零件弯曲和直径有变化，即使跟刀架调整好也会出现“竹节形”，这时就要及时手动调整支撑块的高低，调整原则以手感保证支撑块和工件外圆贴合即可。

3.3滚齿过程出现的问题

滚齿时因为轴长度超出设备行程必须分2次滚齿，为了保证轴2端花键径节跳动控制在0.05mm以内，车削花键齿顶圆时保证2端外圆相对于工艺凸台顶尖孔跳动小于0.02mm。

滚齿时设计专用夹具，零件上顶尖孔和滚齿机上顶尖贴合后加床上ER夹簧夹紧零件同时向下拉紧，调整机床中间可调支撑保证齿顶圆跳动小于0.02mm，滚完一端齿后将零件从滚齿机上取下，掉头按上面工步滚另一端齿。

3.3 工艺凸台的去除

设计基准最后加工对保证零件最终合格存在很大风险，但是因为滚齿过程需要，设计基准必须最后加工。

加工时将零件插入主轴孔内，采用四爪装夹，防止零件表面夹伤在零件外圆缠上1圈铜皮。同时在主轴箱内孔和零件外圆之间塞入锥度尼龙块防止零件旋转后甩动，这些工作完成后调整四爪找正齿外圆和端面。

但是反复多次，多人找正都不能满足加工前技术要。分析原因是四爪精度不够，加之夹持段长，钢爪前后夹紧部位不在一条线上导致找正不了零件。

采用长度超过花键长度的软爪，将软爪内径镗至和零件齿顶圆尺寸一致，再次装夹零件，零件外圆跳动和端面跳动满足加工前所要求技术条件。

4结论

在整个试制加工过程中现场遇到了很多问题，上述这些内容就是对加工影响最大因素，希望通过本文的论述能对大飞机研制提供一点有益的帮助。