針對(duì)典型薄壁環(huán)與支耳復(fù)合弱剛度構(gòu)件在加工過(guò)程中易失穩(wěn)的問(wèn)題，進(jìn)行工藝分析與改進(jìn)，通過(guò)工藝基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換控制、工件剛度遞減加工、剛度補(bǔ)強(qiáng)與阻尼吸振復(fù)合以及面積與剛度最大化裝夾等多項(xiàng)改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)加工。
1 序言
典型弱薄壁環(huán)與雙側(cè)軸向強(qiáng)支耳復(fù)合結(jié)構(gòu)如圖1所示。零件材質(zhì)為執(zhí)行GJB 1951—94標(biāo)準(zhǔn)的30CrMnSiA鋼，調(diào)質(zhì)硬度為30～35HRC。零件表面粗糙度值Ra=3.2μm，兩支耳對(duì)稱度0.05mm，底面垂直度0.05mm，加工要求較高。環(huán)體壁厚2mm，環(huán)壁過(guò)薄，剛度不足。零件主體為弱剛度結(jié)構(gòu)，在機(jī)械加工尤其是加工環(huán)外壁、裝夾薄壁環(huán)等過(guò)程中易失穩(wěn)[1，2]。
圖1 典型弱薄壁環(huán)與雙側(cè)軸向強(qiáng)支耳復(fù)合結(jié)構(gòu)
2 加工分析
采用通用機(jī)械加工技術(shù)[3-5]加工后的典型弱薄壁環(huán)與雙側(cè)軸向強(qiáng)支耳復(fù)合結(jié)構(gòu)產(chǎn)品形貌如圖2所示，存在如下不足之處。
1）雙側(cè)軸向支耳中部接刀痕跡明顯。雙側(cè)軸向支耳上、下部分別在銑削薄壁環(huán)外形、銑削雙側(cè)軸向支耳外形兩個(gè)工步中成形。由于兩工步工藝基準(zhǔn)不重合，導(dǎo)致雙側(cè)軸向支耳中部出現(xiàn)明顯接刀痕跡。
2）薄壁環(huán)外形中部振紋明顯。環(huán)體中部壁厚為2mm，剛度明顯不足。在加工薄壁環(huán)外形時(shí)，中部易失穩(wěn)，會(huì)產(chǎn)生明顯振紋。以上問(wèn)題疊加后，綜合導(dǎo)致加工易失穩(wěn)問(wèn)題成為了生產(chǎn)瓶頸。
圖2 接刀痕跡及振紋缺陷
3 工藝優(yōu)化
針對(duì)通用機(jī)械加工技術(shù)的缺陷，采取工藝基準(zhǔn)“內(nèi)孔-端面-外形”轉(zhuǎn)換控制、工件剛度漸次退減加工、剛度補(bǔ)強(qiáng)與阻尼吸振復(fù)合、面積及剛度最大化裝夾等復(fù)合加工措施，實(shí)現(xiàn)對(duì)弱薄壁環(huán)與雙側(cè)軸向強(qiáng)支耳復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)加工的目的?；谝陨霞夹g(shù)分析及思路，工藝優(yōu)化后的加工流程[6-8]如圖3所示。
圖3 弱薄壁環(huán)與雙側(cè)軸向強(qiáng)支耳復(fù)合結(jié)構(gòu)加工流程
3.1 工藝基準(zhǔn)精確轉(zhuǎn)換
（1）精車內(nèi)形及端面 粗加工后，精車內(nèi)圓及端面，形成工藝基準(zhǔn)“內(nèi)孔-端面”。
（2）銑削外形定位基準(zhǔn) 具體步驟如下。
1）將工裝裝夾在平口鉗上（見(jiàn)圖4），工裝底面定位工件端面方向，工裝圓柱面定位工件內(nèi)圓軸向方向，用百分表找正工裝底面，平面度≤0.01mm，緊固。2）將工件裝夾在工裝上（見(jiàn)圖5），工件端面、內(nèi)孔貼緊工裝定位面，用壓板壓緊。
圖4 銑削外形定位基準(zhǔn)用工裝
圖5 銑削外形定位基準(zhǔn)用工裝裝夾工件
3）在工件外形上對(duì)稱加工出兩個(gè)相同的精銑定位臺(tái)階（見(jiàn)圖6），臺(tái)階高度20mm，使工藝基準(zhǔn)由“內(nèi)孔-端面”轉(zhuǎn)換至“外形”。
圖6 對(duì)稱加工精銑定位臺(tái)階
3.2 穩(wěn)態(tài)加工控制
（1）銑削薄壁環(huán)外形 具體步驟如下。
1）平口鉗裝夾工件的精銑定位臺(tái)階（見(jiàn)圖7）。
圖7 平口鉗裝夾精銑定位臺(tái)階
2）用聚四氟乙烯或尼龍墊圈嵌入工件內(nèi)螺紋退刀槽內(nèi)，用外螺紋胎具旋入工件內(nèi)螺紋中，加強(qiáng)環(huán)體內(nèi)腔剛度。
3）加工雙側(cè)支耳圓角、薄壁環(huán)外形（見(jiàn)圖8）。
圖8 精加工薄壁環(huán)外形
（2）銑削雙側(cè)軸向支耳外形 具體步驟如下。
1）工件調(diào)頭，用外螺紋胎具（見(jiàn)圖9）旋入工件內(nèi)螺紋中，加強(qiáng)環(huán)體內(nèi)腔剛度。
圖9 外螺紋胎具
2）用夾持塊體裝夾工件（見(jiàn)圖10），平口鉗夾緊。
3）精加工雙側(cè)軸向支耳外形（見(jiàn)圖11）。 
圖10 用夾持塊體裝夾工件
圖11 精加工雙側(cè)軸向支耳外形
（3）銑削雙側(cè)支耳外側(cè)臺(tái)階 具體步驟如下。
1）平口鉗夾緊裝夾工裝（見(jiàn)圖12）。
2）裝夾工裝軸向壓緊工件薄壁環(huán)體（見(jiàn)圖13）。
3）工件薄壁環(huán)內(nèi)圓壓入脹環(huán)，用尋邊器找正脹環(huán)內(nèi)圓。
4）加工完成雙側(cè)支耳外側(cè)、臺(tái)階、倒角和螺紋等結(jié)構(gòu)。
圖12 銑削雙側(cè)支耳外側(cè)臺(tái)階用裝夾工裝
圖13 工裝軸向壓緊工件薄壁環(huán)體
4 加工過(guò)程
按照工藝優(yōu)化方案，具體的加工過(guò)程如下。
（1）銑削外形定位基準(zhǔn) 外形定位基準(zhǔn)銑削過(guò)程如圖14所示。
（2）銑削薄壁環(huán)外形 銑削后的薄壁環(huán)外形如圖15所示。
圖14 外形定位基準(zhǔn)加工
圖15 銑削后的薄壁環(huán)外形
（3）銑削雙側(cè)軸向支耳外形 銑削后的雙側(cè)軸向支耳外形如圖16所示。
圖16 銑削后的雙側(cè)軸向支耳外形
（4）銑削雙側(cè)支耳外側(cè)臺(tái)階 銑削后的雙側(cè)支耳外側(cè)臺(tái)階如圖17所示。
圖17 銑削后的雙側(cè)支耳外側(cè)臺(tái)階
5 加工效果
加工后的成品如圖18所示，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1，各參數(shù)均合格。
a）主視圖
b）軸測(cè)圖圖
18 成品
表1 成品檢測(cè)結(jié)果
6 結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)研究薄壁環(huán)與支耳復(fù)合弱剛度構(gòu)件加工技術(shù)，分析通用機(jī)械加工技術(shù)的不足并采取工藝優(yōu)化措施，加工出合格的成品，為該類型零件的加工提供了方法和實(shí)用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下。
（1）工藝基準(zhǔn)針對(duì)典型薄壁環(huán)與支耳復(fù)合弱剛度構(gòu)件在加工過(guò)程中易失穩(wěn)的問(wèn)題，進(jìn)行工藝分析與改進(jìn)，通過(guò)工藝基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換控制、工件剛度遞減加工、剛度補(bǔ)強(qiáng)與阻尼吸振復(fù)合以及面積與剛度最大化裝夾等多項(xiàng)改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)加工。
（2）穩(wěn)態(tài)加工控制工藝 采用工件剛度漸次退減加工方法，逐工步、逐走刀配合，依次遞減工件整體剛度，實(shí)現(xiàn)工件剛度整體匹配的目的，防止工件加工過(guò)程中局部失穩(wěn)；采用剛度補(bǔ)強(qiáng)與阻尼吸振復(fù)合方法，增強(qiáng)薄壁環(huán)內(nèi)圓剛度及中部阻尼吸振能力，為工件穩(wěn)態(tài)切削提供加工基礎(chǔ)；采用面積及剛度最大化裝夾方法，達(dá)到穩(wěn)固且無(wú)變形夾緊弱剛度體的目的，為工件穩(wěn)態(tài)切削提供裝夾條件。在這些措施的綜合作用下，實(shí)現(xiàn)了薄壁環(huán)與支耳復(fù)合弱剛度構(gòu)件的穩(wěn)態(tài)加工控制，消除了薄壁環(huán)外形中部振紋缺陷。
