飞机典型薄壁回转体零件加工及工装设计

◎庞耀斌

薄壁回转体零件是飞机制造中的重要组成部分，与飞机制造质量和飞行安全有着密切关系。回转体零件的刚度比较低，在加工期间会受到多方面因素的影响而出现变形情况，这就会影响回转体零件的质量和加工精度，无法保证零件的使用效果。本文主要对飞机典型薄壁回转体零件的受力情况进行分析，并提出了提高零件制造精度的加工方法，根据零件的加工需求进行工装设计，对变形情况进行有效控制，以此提高薄壁回转体零件的加工质量。

飞机制造中如若零件出现变形情况就会影响构件整体的使用效果，要想对变形情况进行有效控制，在加工的过程中则需要对各项参数进行调整和控制，同时也要保证整个加工流程的规范性。实际进行加工制造的过程中主要采用车削加工的方式，所以经常会出弹性变形的情况，这就需要做好工装设计工作，提高零件加工精度，使其能够满足飞机制造需求。

一、飞机典型薄壁回转体零件加工的受力分析

由于回转体零件主要采用车削加工的方法，一般会使用车床三爪卡盘进行固定，在没有加工之前零件主要受到卡盘的夹持力。在夹持力的作用下，加工期间很容易出现弹性变形的情况，通常在距离卡爪60°的位置容易出现这种现象，会导致零件部位凸起。在加工期间车削孔为正圆形，在加工完成后在弹性变形的影响下孔洞会慢慢变成三棱形，这就会导致回转体零件内孔出现误差情况。

二、飞机典型薄壁回转体零件加工的有效方法

影响薄壁回转体零件加工精度的因素比较多，如装夹位置不准确、切削参数存在误差、作用力分布不均和热变形等，而且一些尺寸比较大的零件在车削加工时很容易发生变形，从而影响零件整体的加工质量。为了对以上问题进行有效控制，则需要根据零件的类型来采用合理的加工方法，对于小尺寸零件可以采用预留夹头的方法；对于大尺寸零件可以通过改变受力方式的方法，保证零件受力的均匀性，有利于降低变形情况的产生。

1.保证零件均匀受力。

典型回转体零在进行夹持定位的过程中，主要承受卡爪的作用力，要想使得零件均匀受力，则可以通过加厚开口胎尺寸的方式，还需对于夹持力度和加工速度进行有效控制。

2.端面受力。

零件在轴向受力时，载荷在材料比例极限范围内，应力与应变成正比关系，即遵循胡克定律：△l=FL/EA。零件受力变形前后体积恒定，因此横截面变形量△A可表示为：△A=A·△L/△L+L，其中：F为端面载荷，l为零件长度，E为弹性模量，A为横截面积，△L为长度变形量。将以上两式整理后，横截面变形量△A又可以表示为：△A=Fl/E（△L+L），由于材料弹性模量E的数量远大于F（如钢的弹性模量为210×10 9 Pa），L远大于△L，因此横截面的变化甚微。薄壁回转体零件采用端面压紧的装夹方式，能有效改善受力情况。

3.控制误差产生。

在对薄壁回转体零件进行精密加工之前，首先要做好机床的检查和调试工作，先让机床进行空转，等到各项参数稳定之后再进行零件加工；要想保证回转体零件的加工精度，还需要对加工环境温度进行合理控制，保证加工环境的温度一直处于平稳状态，不能出现大幅度变化的情况；精加工期间要对零件的加工温度进行控制，以防出现热变形情况；在对零件进行半精加工时，就需要对每个步骤的操作进行严格把控，确定尺寸和形位公差，在二次装夹后要对各项参数进行调整，将误差控制在合理范围，以此提高零件的加工精度。

三、工装设计。

在实际进行零件的生产加工时，将集中力转化为均匀布力的工装设计相对困难，设计期间需要考虑的因素也比较多，需要根据飞机典型薄壁回转体零件加工需要对工装设计进行深入分析。将集中力转化为端面受力的工装设计方法不会受到零件材料的影响。在进行封闭式零件加工时，内孔加工需要采用一夹一顶的方式进行加工处理。在进行环形零件加工时则需要借助螺纹胎进行加工。工作设计对薄壁回转体零件加工有着直接影响，要加强对这方面内容的重视，分析和考虑零件加工时各方面的受力情况，在此基础上进行科学设计，在满足零件加工需求的同时对受力情况进行优化和调整，让零件处于受力平衡的状态。在精加工的过程中还可以使用专门的切削液来控制变形情况的产生，控制热量和外力对零件结构造成的影响。

1.膨胀夹持胎的应用。

实际生产中采用开口胎夹持零件，除了加工的零件内孔与外圆不同轴问题外，其圆度也不稳定。为保证产品质量，提高生产效率，可将结构改良为膨胀夹持胎。工装原理：工装使用时，将扳手卡入旋合六角螺母内旋转使其沿轴向移动，推动柱塞，改变压缩塑料空间体积，使厚罩和夹持胎同时受到径向方向的张力，而厚罩壁较厚，不易发生弹性变形，夹持胎中间部位壁厚一般为0.5～1.5 mm，受力时沿径向收缩，从而抱紧内孔中的零件外圆，这就实现了将传统三爪加持的近似集中载荷力的加持方式改变成径向圆周均布载荷的情况。膨胀夹持胎左端有3个均布螺纹孔，可通过螺母将厚罩安装于三爪卡槽内，适当调整还可以用于螺纹磨床，加工螺杆类难加工产品。

2.心轴的改造。

对于薄壁类回转体零件的外圆加工，同样可以效仿膨胀夹持胎原理，将普通心轴改造成膨胀心轴。工装原理：将紧固螺母、锥垫片、开口胀筒、弹簧、锥螺母、锁紧螺母安装于螺纹心轴，锥螺母与锁紧螺母置于螺纹心轴最右端，锁死紧固螺母。待开口胀筒外圆装上零件时，旋合锥螺母使其锥面沿心轴向左移动，当左右两端锥面与开口胀筒锥面贴合时，继续旋合锥螺母，开口胀筒将沿径向被两端锥面持续撑开，半径逐渐增大，直到完全抱死零件内孔，随后旋合锁紧螺母，使其成为双螺母锁紧机构。此工装适合于长径比较大的零件，具有较好的自定心效果。另外，还可以通过改进机床三爪结构的方式来控制对零件的作用力，实现荷载的合理分布，以此优化零件的加工工艺。

结语：在进行飞机零件生产加工的过程中，为了进一步提高产品质量，则要了解和掌握零件的受力情况并在加工过程中进行合理分配，保证零件受力均匀，以防出现变形情况，这对提高飞机典型薄壁回转体零件的加工精度有着促进作用，同时，要以此为依据做好工装设计工作，将其与零件加工相结合，有利于提高产品质量。这也是保证飞机整体稳定性的基础，在进行零件加工的过程中必须要做好各项参数的控制工作，减少误差问题的产生，保证产品合格。