何小虎 任莎 劉嘯航 李超 劉慶

摘要：液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)軸承座是連接發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和推力室的重要部件，為中間承力與傳力機(jī)構(gòu)，軸承座尺寸及質(zhì)量將直接影響火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力線(xiàn)的實(shí)際位置，從而影響火箭的實(shí)際飛行軌跡。軸承座結(jié)構(gòu)為弱剛性非對(duì)稱(chēng)組合件，其上一對(duì)的軸承孔加工要求極高，軸承孔加工難度大，加工效率低下。通過(guò)進(jìn)行軸承座工藝技術(shù)研究，設(shè)計(jì)軸承座車(chē)加工工藝裝備，具有精確定位功能，有效減少找正時(shí)間，實(shí)現(xiàn)工件快速可靠穩(wěn)定的定位裝夾;總結(jié)出一種高效的加工方案，實(shí)現(xiàn)普通車(chē)床向數(shù)控機(jī)床的成功轉(zhuǎn)化，有效提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：軸承座?工藝改進(jìn)?工裝?刀具?提升效率

1引言

液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)軸承座是連接發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)架和推力室的重要部件，為中間承力與傳力機(jī)構(gòu)，軸承座尺寸及質(zhì)量影響火箭發(fā)動(dòng)機(jī)推力線(xiàn)的實(shí)際位置，從而影響火箭的實(shí)際飛行軌跡。軸承座上有一對(duì)φ60mm軸承孔，軸承孔的尺寸精度、同軸度和表面粗糙度要求高，軸線(xiàn)對(duì)底面的平行度和對(duì)側(cè)面的垂直度要求高。軸承座材料為30CrMnSiA，不銹鋼材料具有良好的耐浸蝕性和優(yōu)異的力學(xué)性能，但其導(dǎo)熱性能較差，加工過(guò)程中易出現(xiàn)粘刀、不易斷屑等問(wèn)題。軸承孔兩孔跨距為66mm，裝夾找正要求高，材料車(chē)加工性能差，各尺寸公差、形位公差及表面粗糙度難以保證，返工工作量大，存在加工效率低、表面質(zhì)量差、刀具磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。因此怎樣提高不銹鋼軸承座的車(chē)加工效率與精度成為亟待解決的問(wèn)題。

2加工工藝方案研究

2.1內(nèi)容與思路

軸承座兩處軸承孔跨距為66mm，同軸度要求為φ0.03mm，兩孔軸線(xiàn)對(duì)底面的平行度為0.04mm，對(duì)側(cè)面的垂直度為0.02mm，軸承孔表面粗糙度為Ra0.8。傳統(tǒng)加工方法為組合夾具裝夾，在普通車(chē)床上進(jìn)行加工，存在以下問(wèn)題：（1）機(jī)床精度不足。在普通車(chē)床上進(jìn)行加工，車(chē)床精度較差，主軸跳動(dòng)、導(dǎo)軌與主軸平行度達(dá)不到要求。（2）夾具剛性差、自身偏重，通過(guò)組合夾具裝夾存在質(zhì)心偏離回轉(zhuǎn)中心的現(xiàn)象，從而限制車(chē)床加工轉(zhuǎn)速，內(nèi)孔表面切削線(xiàn)速度較低，加工效率慢，影響軸承孔表面粗糙度。（3）軸承孔表面粗糙度Ra0.8由車(chē)削加工無(wú)法保證，需要用砂紙反復(fù)拋光，反復(fù)測(cè)量尺寸，至尺寸和表面粗糙度合格。勞動(dòng)強(qiáng)度大 ，一致性差，一次交檢合格率只能達(dá)到20%。（4）裝夾一致性差，工件與組合夾具采用壓板壓緊，不同壓緊力會(huì)對(duì)零件的跨距66尺寸發(fā)生變化，壓緊力過(guò)大拆下產(chǎn)品后尺寸會(huì)變化、導(dǎo)致產(chǎn)品超差，壓緊力過(guò)小在加工中從在安全隱患，對(duì)工人的加工經(jīng)驗(yàn)要求高。需要反復(fù)找正調(diào)整裝夾位置，且兩孔軸線(xiàn)對(duì)底面的平行度、對(duì)側(cè)面的垂直度超差，產(chǎn)品該尺寸最終不合格率為30%左右。（5）采用自制刀桿，剛性差，容易產(chǎn)生顫振、讓刀等問(wèn)題;手工刃磨刀具在加工過(guò)程中磨損快，讓刀嚴(yán)重，經(jīng)常導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)喇叭狀孔口、振紋等問(wèn)題。（6）材料導(dǎo)熱性能較差，加工過(guò)程中易出現(xiàn)粘刀、不易斷屑等問(wèn)題，對(duì)加工刀具要求高，對(duì)操作者刀具刃磨技術(shù)水平及加工技術(shù)水平要求高。

2.2基本原理及技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)

為提升零件加工質(zhì)量及加工效率，自主設(shè)計(jì)不銹鋼軸承座車(chē)加工工藝裝備，其特征在于：由主體、支撐環(huán)、壓板、配重塊、螺栓、螺栓組成;主體為L(zhǎng)形結(jié)構(gòu)，具有精確定位功能，并通過(guò)溝槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行減重;支撐環(huán)安裝在主體內(nèi)孔內(nèi)，用于工件軸向定位;壓板和螺栓用于壓緊工件;配重塊通過(guò)螺栓安裝于主體上，用于平衡工裝、工件的重心在機(jī)床主軸上，提升加工轉(zhuǎn)速，進(jìn)行2處軸承孔和端面的車(chē)加工。

（1）裝夾方式由組合夾具改裝為整體專(zhuān)用夾具。a、主體為L(zhǎng)形結(jié)構(gòu)，采用整體棒材加工而成，具有精確定位功能，并通過(guò)溝槽結(jié)構(gòu)進(jìn)行減重，裝夾主體Φ200mm部位，主體外圓跳動(dòng)不大于0.01mm，工件靠75±0.01mm、130±0.01mm尺寸面定位，有效減少找正時(shí)間，實(shí)現(xiàn)工件快速定位裝夾。b、支撐環(huán)安裝在主體內(nèi)孔內(nèi)，通過(guò)端面R5凸起支撐工件端面，用于工件軸向定位。c、工件定位后，通過(guò)壓板和螺栓壓緊。d、配重塊通過(guò)螺栓安裝于主體上。建立三維模型設(shè)計(jì)配重結(jié)構(gòu)，擬合夾具重心位置，采用馬蹄形可裝卸配重片，并在靠近內(nèi)孔部位采用人體工學(xué)設(shè)計(jì)，設(shè)置角度，給操作留出空間，配重結(jié)構(gòu)避免了加工回轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)主軸的沖擊。

（2）將加工設(shè)備由目前普通車(chē)床向高精度數(shù)控轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)速由170r/min提升至500r/min，保證零件內(nèi)孔高精度尺寸和高質(zhì)量表面。

（3）加工刀具由手工刀具改進(jìn)為高剛性可轉(zhuǎn)位車(chē)刀，進(jìn)行2處軸承孔和2處端面的數(shù)控車(chē)加工，通過(guò)優(yōu)化程序、切削參數(shù)，采用陶瓷刀具進(jìn)行加工，一次裝夾加工保證軸承孔公差0.03mm、兩孔同軸度為φ0.03mm、兩孔軸線(xiàn)對(duì)底面的平行度為0.04mm、對(duì)側(cè)面的垂直度為0.02mm，軸承孔表面粗糙度為Ra0.8。

3應(yīng)用情況及其推廣前景

為異形偏心零件中的孔及端面提供了一種可靠、精確的定位加工夾具，可以保證零件的批量化、高精度加工。軸承座加工精度高、 表面質(zhì)量一次加工合格率達(dá)100%，一次交檢率由原來(lái)的20%，提升到100%。有效降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了產(chǎn)品對(duì)工人技術(shù)水平的高度要求。加工效率高由原來(lái)的6小時(shí)/件提升到了現(xiàn)在的1.5小時(shí)/件。在此類(lèi)產(chǎn)品的研制加工過(guò)程完全可以選用此加工方法并進(jìn)行推廣。為30CrMnSiA材料的加工提供借鑒，保證此類(lèi)材料零件車(chē)加工的高精度尺寸和高質(zhì)量表面。

參考文獻(xiàn)

[1]丁源，《UG NX 9.0 數(shù)控加工從入門(mén)到精通》，清華大學(xué)出版社，2015

[2]史立峰，《CAD/CAM應(yīng)用技術(shù)UG NX 8.0》，化學(xué)工業(yè)出版社出版，2014

[3]李峰，《基于ProE的凸輪零件的參數(shù)化建?！?，湖南農(nóng)機(jī)，2013 39（7） 79-80

[4]高亞運(yùn)，《金屬切削過(guò)程中鋸齒形切屑形成機(jī)理研究》，上海工程技術(shù)大學(xué)，2015

[5]曾桂林，《薄壁件加工的整體立銑刀結(jié)構(gòu)參數(shù)性能預(yù)測(cè)分析》，西南交通大學(xué)，2016

作者簡(jiǎn)介：何小虎（1986年11月—），男，漢族，單位：西安航天發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，研究方向：液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)金屬冷加工。