精密薄壁陀螺框架类零件加工工艺研究

M achining Process Research on Precise Gyro Frame PartsCHEN Juyi ，WANG Sanmin ，SHANG Rong。，1.IU Juhua ，CHEN Bo(1.Henan Pingyuan Optics-electronical Co.，I td，Jiaozuo 454001，China；2.Xian Guiding Technology Co.，I td，CNGC，Xian 710065。China)Abstract：Due to poor rigidity，complex structure and special shape，precise thin-wal gyro frame parts are liable to be-come distortion during processing that leads to size over tolerance and reducing of processing efficiency.The parts processing distortion is the main technical difficulty which effects the product quality and machining efficiency，thus its the bottle-neck technique in production.Among the factors that afect the processing distortion of gyro frame parts，distortions aredue to fixing way and processing method stand for the most proportion.It is a technical puzzle to be solved that how to conlrol and reduce the distortion of precise frame parts in the processing.Through technics study of a kind of precise thin-wallgyro frame and creating a fixing way，a high speed high efficiency machining process was adopted，the aim was reached tocontrol and reduce partsprocessing distortion，the processing quality and efficiency were raised。

Key words：gyro frame part，anti-distortion fixing technology，high-speed processing technique某精密薄壁陀螺框架关键件- 内环和外环是由铝板整体加 工而成 的，加 工时 的材料 去 除率达90 以上 。该零件具有刚度小 、结构复杂 、形状特异和精度要求 高等特点 ，在加工 过程 中极 易产生变形 ，从而导致尺寸超差和加工效率降低 。在造成 内环和外环变形的众 多因素中，装夹方式和工艺方法引起的变形 占较大比重 。

石 e 与 e 写 写 坊 坊 e 石 写 蛉 E2]Liu S T，Akira O，Junko U，et a1.An exploratory studyof diesel soot oxidation with NO2 and O2 on supported metaloxide catalysts[J].Applied Catalysis B：Environmental，2006，32(4)：309-319。

E3]郭广勇，白希尧，初庆东，等.汽车尾气治理技术现状与发展[J].交通环保，2009，22(6)：28-31。

[4]万颖 ，王正，马建新.面向21世纪的汽车催化剂[J].化工进展 ，2001，9(2)：8-10。

[5]李小青.汽车排气污染与控制的若干问题[J].浙江万里学 院学报 ，2001，14(2)：37-40。

[6]赵奇.汽车尾气的排放及净化[J].科技窗，2001(6)：18-2O。

E7]郝郑平，翁端，沈美庆，等.我国机动车排放污染控制与稀土催化剂的应用[J].稀土，2000，23(2)：74-77。

[8]王广华，李琳.机动车排放污染物防治技术探讨[J].江苏环境科技 ，2001，14(4)：20-21。

[9]Zhang R D，Serge K.Lean reduction of NO by C3H6over ag/alumina derived from A12 03，A100H and A1(OH)3EJ].App1.Cata1.B，2008，78(4)：275-287。

[1O]Zhang X X，Honkanen M，Levanen E T，et a1.Tran-sition alumina nanoparticles and nanorods from boehmitenanoflakes[J].Cryst.Growth，2008，310(15)：3674。

[11]宗志强.有序介孔氧化铝的制备与应用研 究 ED].北京 ：北京化工 大学 ，2010。

北京市 2013URT资助项 目(201300054，13010228012)作者简介：郝保红(1962-)，女，博士，副教授，主要从事超细粉体及纳米技术等方面的研究。

收稿 日期 ：2013年 O3月 13日责任编辑 李思文《新技术新工艺》加-r-r艺与材料研究加工工艺 材料研究在最初的试制阶段，由于没有掌握加工变形 的机理和规律 ，缺少合适和有效的丁艺方法，加工过程中零件变形较大 ，零件 的加工精度远远超 出了设计图样的要求 。产 品虽历经 2个 多月的加工生产 ，但零件 的合格率却不足 3O ，从而严重地影响了产 品的生产进度 。由此可见 ，选择合适的装夹方式和工艺手段 ，有效控制或减少零件加工过程 中的变形 ，是工艺技术人员当前亟待解决的工艺难题。

1 造成薄壁陀螺框架类零件变形的原因分析在内环和外环薄壁陀螺框架类零件的加 中，出现最多的问题是加工过程中产生 的较大变形 ，无法保证加T精度和表面质量 ，进而影 响到后续 的装配质量和产品的技术指标 。造成薄壁陀螺框架类零件加工变形 的主要因素如下 。

1)装夹力的影响。内环和外环是典型 的高精度薄壁陀螺框架类零件，在切削加工过程中，无论采用机用虎钳或组合夹具装夹，都会产生不 同程度 的轴 向或径向的装 夹力 ，造成装 夹变形 。零件在机床上的装夹精度是影响加工精度 的主要 因素 ，前期加工表明，50 ～80 的加工误 差是 由零件的装夹引起的；因此 ，薄壁陀螺框架类零件不能采用常规的装夹方式。装夹方式的选择对高精度薄壁框架零件的加工十分重要，是提高零件加T质量和加工效率的关键 。

2)毛坯 内残余 应力 的影响。内环和外环是 由铝板整体加工而成 ，加T时的材料去除率达 9O 以上，剩余材料的内部组织结构被破坏，其截面尺寸和形状变化导致 内应力释放和重新分布 ，从而引起零件变形，导致加工精度降低。

3)切削力的影响。在切削加工过程中，切削力直接决定着切削热和切削振动 的产生，并可影响刀具的使用寿命、加工精度和已加工零件的表面质量。

切削力的大小与所选用刀具的几何参数和切削参数有密切关系 ，过大的切削力 会导致加工零件产生大的弹性变形或塑性变形 ，切 削过程 中产生 的切削热也会引起加工零件变形 ；因此，应合理选择刀具 的几何参数和切削用量，减小切削力(尤其是径向切削力)和减少切削热 ，以减少零件变形。

4)零件材料本身属性 的影响。内环 和外环均为铝合金材料，铝合金材料的屈服强度比钢低，加工过程中因塑性变形，易产生积屑瘤，弹性模量低可导致加工后零件产生大的弹性恢 复，从 而严 重影 响加工表面粗糙度、尺寸精度和几何公差。

2 提高薄壁陀螺框架类零件加工质量和加工效率的工艺方法针对 内环和外环薄壁陀螺框架零件加工 中产生变形的原因，从以下几个方面进行 了工艺探索和试验。

2.1 采用防变形装夹技术防变形装夹技术是实现薄壁陀螺框架零件高精度加工 的关键。实现防变形装夹 的关键是装夹 时，确保使零件基准面与工作台面或夹具基准面自然、致密地贴合，使零件基准面多点均匀受力紧固，使装夹状态 与 自然 状 态下 的零 件 的几 何 公差 基 本 -样 。

在前期加工中，采用组合夹具装夹的方法，加工后零件的尺寸精度和几何公差严重超出设计图样的要求。起初认为零件加工质量差是由加丁过程的加工应力和设备精度引起的；但经过调换机床和零件稳定化处理后 ，零件 的尺寸精度和几何公差仍不能满足设计要求。对于薄壁陀螺框架类零件的加工，无论采用机用虎钳装夹或组合夹具装夹，都会产生不同程度的装夹应力。装夹应力和零件卸下后的弹性恢复都会使零件产生-定的变形。在粗加工阶段，由于只是去除多余的材料，切削量大，可以采用机用虎钳装夹或组合夹具装夹方式 ；在精加工阶段 ，必须改进装夹方式 ，减小装夹变形的影响。

组合夹具装夹产生的变形主要来 自于上、下的装夹力，造成零件的两侧扩胀，两端收缩，零件卸下后的弹性恢复使零件产生-定的变形。为了减小甚至消除这种装夹变形 ，经过 2个多星期工艺试验，设计开发了防变形装夹工装。防变形装夹工装是将零件通过定位销定位，然后安装在过渡板上，过渡板连接安装在组合夹具上进行切削加工 ，如图 1、图 2所示 。压板压在零件 内腔凸沿上 ，使零件基准面多点均匀受力紧固，不会造成零件的两侧扩胀和两端收缩的现象，压板只起到预防零件上、下串动的作用。

图 1 安装在夹具上的内环图 2 安装在 夹具 上的外环由于零件在组装和应用时以定位销孔定位，所以加工中以对应的销孔作为装夹定位基准可更好地《新技术新工艺》加工工艺与材料研究 厂新技术新工艺 2013年 第 7期接近设计和使用要求；而且以销孔作为定位基准，还便于迅速确定零件的中心 和方位 ，便于坐标原点 的建立，可大大减少装夹和找正的时间，缩短生产准备时间，提高加工效率，降低加工成本。

前期采用组合夹具装夹 的方法 ，装夹和找正时间远远超过加工时间，且装夹更换频繁 ，定位找正费T费时，生产准备时间>2 h；而且劳动强度极大，严重影响了加工效率，增加 了加工成本。组合夹具装夹加工效果和防变形装夹T装的加工效果对 比见表1表 1 加 工效 果对 比几何公差及参数 设计值 组合夹具装夹值 防变形装夹值2.2 采用高速和高效加工技术在前期的内环和外环加工中，基准面靠人工研磨保 证 ，零 件 表 面处 理后 ，基准 面 的平 面度 达到0.03～0.06 mm，远远超 出工艺设计要求 的 0.008mm；而且 ，人工研磨效率极低，平均 3 h/件 ，精度也极不稳定，劳动强度也特别大。零件若无精确的基准面，装夹过程 中会引起基准面受力不均匀 ，从而产生较大的装夹应力。内环和外环的研磨过程实际是冷校正的过程，经过-段时间，零件残余应力释放，导致零件变形。这就是在试制阶段中，内环和外环反复退回修磨基准面，经表面处理后，基准面的平面度仍达不到工艺设计要求的原因。

要想提高加工质量，从根本上解决加工效率、质量稳定性和劳动强度等问题，必须改变传统的加工工艺，改用高速加工代替研磨。由于高速加工时的96切削速度快 ，切削表面还来不及产生塑性变形 ，切削加工就已经完成 ；切削热来不及传到零件上 ，已被切屑带走 ；而且 ，刀具的每齿进给量很小 ，相当于刀具变得异常锋利 ，切削所产生的工件材料挤压变形非常小 ；因此 ，高速切削加T过程中产生的应力可控制在很小的水平 ，对零件变形影响不大 。高速加工技术是控制或减少薄壁陀螺框架类零件变形，提高加工效率和质量的核心关键技术之-[2j。

经过 以上几方面的工艺改进 ，内环和外环的加工质量和加T效率得到了很大提高，完全达到了设计图样的要求 ，除可保证零件尺寸精度之外 ，各处端面相对于内孔 的垂直度 由原来的 0.05 mm 提高到0.O1 mm，各 处 外 圆 及 内孔 的 同轴 度 由 原 来 的0.04 mm提高到 0.008 mm，轴线的相交度和垂直度 由原来的 0.04 mm提高到 0.006 mm；同时 ，零件的外观质量和外观-致性也得到明显改善。

3 结语在精密薄壁陀螺框架类零件的切削加T 中，通过采用防变形装夹技术和高速加1技术 ，解决 了零件加T的变形问题，提高了零件加工效率和加T质量 ，降低 了加工成本 ，缩短了生产周期。该T艺技术应用在数控加工精密薄壁陀螺框架类零件以及具有同样结构的框架零件时 ，具有加lT效率高和质量稳定等优点，特别是对难装夹和难定位 的精密薄壁框架类零件的加工，更能体现出该工艺方法的优越性。

通过应用该工艺方法，单道l丁序加丁效率提高了5～1O倍。该项成果在保障产 品质量和履约方面发挥了巨大作用，节约了制造成本 ，产生了巨大的经济效益和良好的社会效益 。