某引信壳体加工工艺研究

□ 曹四祥

中国空空导弹研究院 河南洛阳 471009

图1所示零件是某型产品引信的重要部件，由于空间的限制，常规的密封方式在此不太适用，只能采用占用空间小、便于装拆的端部密封方式。因为空间有限，又要考虑到减重问题，必然会有一些壁厚不均、不规则的结构形状出现，该零件材料为2A12 T4铝合金。由于零件形状复杂，使加工、检验较为困难。

▲图1 零件三维轴测图

1 零件分析

主要加工难点：1）零件为圆筒类零件，底面壁厚2 mm，圆周壁厚最薄处2 mm，最厚处12 mm，壁厚不均，加工中易发生变形。2）圆柱面上有上下两排各4个窗口，分别为发射窗口和接收窗口，其中上面发射窗口底面为圆锥面，加工难度大。3）精度要求高，①内孔φ125 mm在94 mm长度上的圆柱度为0.06 mm；②4个斜面窗口深度为所有孔与外圆同轴度为φ0.1 mm。4）在圆柱表面进行轮廓加工，需多轴联动加工。5）底部R5 mm圆角需用直径为10 mm、有效长度为110 mm的加长立铣刀加工。

2 工艺分析

由于内壳体零件是薄壁件，且壁厚不均，容易出现加工变形和装夹变形，需要合理安排粗、精加工，选择合适的装夹方法，控制零件变形。考虑到零件本身没有合适的装夹部位，需要在壁厚2 mm的底部增加工艺夹头，作为车削和铣削的定位基准和装夹部位，增加零件刚性。由于壁厚不均，加工内应力较大，需要在粗加工后安排人工时效，消除内应力，最后精加工圆柱表面上的轮廓、窗口密封槽等。

加工工艺路线如下：粗车（留夹头）→数控粗铣（夹头装夹）→T851时效→精车→数控精铣（夹头装夹）→车工去夹头→检验→表面处理。

数控铣精加工是内壳体加工的难点之一，其加工内容为外圆柱轮廓表面的所有内容。如将外表面展开来看，其加工要素可分为平面、轮廓、腰形槽，数控加工就变得比较简单，但是牵涉到圆柱轮廓表面的加工，由于与平面加工完全不一样，编程就显得比较困难。

2.1 零件φ125 mm内孔加工

由于零件孔壁最薄处仅2 mm，为保证φ125 mm内孔圆柱度0.06 mm要求，首先，要消除装夹变形，简单的三爪装夹外圆必然无法满足要求，必须要有可靠的装夹方式。因此，在工艺设计时，增加了长20 mm工艺夹头，夹头壁厚25 mm，夹头与零件连接部位壁厚设计有宽15 mm、厚度6 mm的连接过渡部位。内孔加工安排在内孔及外圆粗车、外轮廓与窗口粗铣并对零件进行人工时效之后进行，减少后续工序加工应力对圆柱度的影响。

2.2 外圆柱表面加工

外圆柱表面为复杂曲面，只能在四轴机床上完成，手工编程较为复杂。在外圆柱表面加工时利用UG三维模型编程，实现了加工模型与设计模型的统一。在利用UG进行数控编程时，选择可变轴曲面区域铣操作VARIABLE_AREA，生成四轴刀轨，如图2所示，通过后置处理，生成所需的NC程序，完成了数铣加工，精度满足图纸要求。

▲图2 四轴刀轨图

利用UG可变轴曲面区域铣操作VARIABLE_AREA完成四轴刀轨，完成零件外圆柱表面的加工。否则，利用手工编制，计算量非常大，编程效率就会大幅度降低。

2.3 外圆柱表面底部缺口倒圆加工

外圆柱表面底部缺口倒圆也必须利用设计创建的UG三维模型编程，因为手工编程加工的零件会与设计模型不一致，会在靠近左侧轮廓的地方产生过切。利用UG编程时，选择固定轴曲面区域铣操作CONTOUR_AREA，生成如图3所示刀轨，通过后置处理，生成NC程序，完成数铣加工，通过实际加工的零件与设计模型一致，满足图纸要求。

▲图3 缺口倒圆刀轨图

▲图4上轮廊加工部位图

2.4 外圆柱表面上的轮廓加工

以外圆柱表面上的上轮廓为例说明其加工过程(见图4，轮廓为加工部位)，加工该轮廓时，采用圆角为R3 mm的φ10mm铣刀进行粗加工，精加工采用φ6 mm球头刀。在F批编制上轮廓程序时，主要利用计算机进行大量的数据计算、获得各个点的实际尺寸来编程，数据量计算大，编程麻烦，调试不方便，表面粗糙度差，而且程序不易修改。C批采用参数编程，利用Q参数编程功能，编制圆柱表面上的轮廓、下窗口密封槽的程序，方便调试，也获得了很好的表面粗糙度，这是在编程方面进行的改进。该程序主要解决利用参数编程进行分层铣削，同时解决了加工中的过切问题。外圆柱表面上的上轮廓程序如下：

393 TOOL CALL 18 Z S3000 F1000 DL-0.15 DR+0;

394 FN 0:Q12=+0

395 LBL 41

396 FN 3:Q13=+Q12*+90

397 CYCL DEF 7.0 DATUM SHIFT

398 CYCL DEF 7.1 C+Q13

399 CALL LBL 21

400 L X-3 Y-10 Z+200 C+25 A-90 R0 F MAX M13

401 L Z+74.45 R0 F MAX

402 FN 0:Q11=+1

403 LBL 40

404 L IZ-2

405 L Y+16

406 L X+0 C+28.333

407 FN 0:Q1=+1//增量值

408 FN 0:Q2=+0//初始角

409 FN 0:Q3=+3//圆半径

410 FN 0:Q4=+3//刀半径

411 FN 0:Q9=+6//圆半径

412 FN 1:Q5=+Q3++Q4

413 FN 1:Q10=+Q9++Q4

414 LBL 31

415 Q6=-Q4*SIN(Q2)

416 Q7=16+Q5*(1-COS(Q2))

417 Q8=28.333+Q3*SIN(Q2)*0.889

418 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

419 FN 1:Q2=+Q2++Q1

420 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 31

421 L X-3 Y+22 C+31

422 L Y+26

423 FN 0:Q1=+1//增量值

424 FN 0:Q2=+0//初始角

425 LBL 32

426 Q6=-Q4*COS(Q2)

427 Q7=26+Q5*SIN(Q2)

428 Q8=31-Q3*(1-COS(Q2))*0.889

429 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

430 FN 1:Q2=+Q2++Q1

431 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 32

432 L X+0 Y+32 C+28.333

433 L X-3 C+25

434 L Y+36.5

435 FN 0:Q1=+1//增量值

436 FN 0:Q2=+0//初始角

437 FN 0:Q9=+6

438 LBL 33

439 Q6=-Q4*COS(Q2)

440 Q7=36.5+Q10*SIN(Q2)

441 Q8=25-Q9*(1-COS(Q2))*0.889

442 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

443 FN 1:Q2=+Q2++Q1

444 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 33

445 L X+0 Y+45.5 C+19.667

446 L X-3 C+6

447 L Y+51

448 FN 0:Q1=+1//增量值

449 FN 0:Q2=+0//初始角

450 LBL 34

451 Q6=-Q4*COS(Q2)

452 Q7=51+Q5*SIN(Q2)

453 Q8=6-Q3*(1-COS(Q2))*0.889

454 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

455 FN 1:Q2=+Q2++Q1

456 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 34

457 L X+0 Y+57 C+3.334

458 L C-3.334

459 FN 0:Q1=+1//增量值

460 FN 0:Q2=+0//初始角

461 LBL 35

462 Q6=Q4*SIN(Q2)

463 Q7=57-Q5*(1-COS(Q2))

464 Q8=-3.334-Q3*SIN(Q2)*0.889

465 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

466 FN 1:Q2=+Q2++Q1

467 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 35

468 L X+3 Y+51 C-6

469 L Y+45.5

470 L X+0 C-19.667

471 FN 0:Q1=+1//增量值

472 FN 0:Q2=+0//初始角

473 FN 0:Q9=+6

474 LBL 36

475 Q6=Q4*SIN(Q2)

476 Q7=45.5-Q10*(1-COS(Q2))

477 Q8=-19.667-Q9*SIN(Q2)*0.889

478 L X+Q6 Y+Q7 C+Q8

479 FN 1:Q2=+Q2++Q1

480 FN 12:IF+Q2 LT+90.2 GOTO LBL 36

481 L X+3 Y+36.5 C-25

482 L Y-10

483 L IZ+50 R0 F MAX

484 L X-3 Y-10 C+25 R0 F MAX

485 L IZ-46 R0 F MAX

486 L IZ-4

487 FN 1:Q11=+Q11++1

488 FN 12:IF+Q11 LT+5.5 GOTO LBL 40

489 L Z+100 R0 F MAX

490 FN 1:Q12=+Q12++1

491 FN 12:IF+Q12 LT+3.5 GOTO LBL 41

492 L Z+200 R0 F MAX

2.5 内腔底部小突起清根加工

零件内腔底部有一个凸台，其与内圆弧连接处半径为R5 mm(见图5，轮廓为加工部位)，如果采用机械加工，需要直径为10 mm，有效长度为110 mm的立铣刀。一般没有如此大长径比的铣刀，为此，设计制造了长度140 mm的加长高速钢立铣刀。因为加工深度太深，刀具刚度很差，该部位的清根加工不能按照传统的沿轮廓分层铣削的方式加工，所以采用垂直插削的方式，每次沿轮廓方向进给0.08～0.1 mm，完成该部位的加工，单件用时大约3 h。即使每次进给0.08～0.1 mm，当加工至小突起与内圆弧连接处时，仍然出现明显的让刀现象，铣削时的声音也发生很大变化，出现振动。

2.6 上窗口圆锥面的加工

如图6所示为上窗口圆锥面的加工部位，由于结构限制，同时为了增强加长立铣刀的刚性，刀具选择φ4 mm加长立铣刀，利用五轴机床加工。最初设计把与圆锥面相连的圆柱面的宽度设计为 4 mm，由此带来了两个问题。当将整个圆锥面的侧面加工完时，会在窗口下部产生1.132 mm的过切(如图7a)；一旦不在窗口下部产生过切，又会在圆锥面的侧面形成残余材料(如图7b)，这两种情况与设计要求不符。为此，经与设计者协商，圆柱面的宽度改为5.1 mm(如图7c)，解决了加工难题。

▲图5 底部凸台轮廊加工部位

▲图6 上窗口圆锥面加工部位

▲图7 材料的过切

3 结束语

该零件经过工艺设计及加工，主要的难点已经解决，质量得到了有效保证。同时，通过对该零件加工及经验总结，有助于我们深入了解此类壳体零件的加工特点，更好地提高加工质量和效率。

［1］ 孟少农.机械加工工艺手册(第三卷)［M］.北京：机械工业出版社，1996.

［2］ 曾周良.金属材料及热处理［M］.沈阳：辽宁科技出版社，1986.

［3］ 谢国明.UG CAM实用教程［M］.北京：清华大学出版社，2003.