典型起落架零件車銑加工優(yōu)化設計及應用研究
2021-1-22 來源： 鄭州科技學院 作者：李海濱
摘要：起落架所處特殊運用環(huán)境，使得其設計、加工及應用需要進行特別的優(yōu)化處理，并選擇最優(yōu)的設計方案實施制造。因此，闡述并分析 60 主起外筒、131 前起外筒、141 主起活塞桿 3 個典型起落架零件設計和加工工藝優(yōu)化過程，以提高典型件車銑加工效率和質(zhì)量。
關鍵詞：起落架 典型件 普通數(shù)控設備
機械加工工藝的優(yōu)化設計可以有效提高工作效率，切實提高零件的質(zhì)量。下面結合 60 主起外筒、131 前起外筒、141 主起活塞桿 3 個典型起落架零件，在普通加工和車銑復合加工兩種工藝環(huán)境下對比分析其加工過程，旨在探尋效率高、質(zhì)量好、成本低的加工工藝。
1、加工方案的總體設計
由于 3 個典型零件的內(nèi)孔、型腔、溝槽以及變截面轉接 R 等相關結構都較為復雜，同時它們外型都有耳片、突臺、軸頸和大小型腔，此種型號零件是典型起落架中外形和結構最復雜的零件。設計環(huán)節(jié)需特別注重留出足夠的毛坯余量，為這種復雜零件的最后成型留足加工的空間。
1.1 運用普通數(shù)控設備實施加工的方案
普通數(shù)控設備加工這 3 種非回轉體結構的復雜零件需按照一定的程序進行，充分考慮形位公差、位置公差以及表面的質(zhì)量要求，必須先運用數(shù)控加工中心的面銑刀對正面實施 z 軸方向的分層粗銑，然后再銑反面，最后運用球刀來精細加工。數(shù)控加工中心程序完成后回到普通車床上進行精細加工時，要先更換新的機床和刀具，調(diào)試裝夾、定位等，再進行普通加工。
1.2 運用車銑復合設備實施加工的方案
車銑復合加工中心實施典型件加工時，要按照“先運用軟件來編程，然后以仿真技術手段進行優(yōu)化，優(yōu)化設計后對試驗件進行操作試驗，最后對典型件的質(zhì)量進行驗證”的程序進行。具體加工時要確保一次成功，避免移位造成失敗，即以“一夾、一架、一頂”的方式，力爭一次裝夾、定位，實現(xiàn)運用環(huán)切加工的方式同時加工多個工位。在粗加工環(huán)節(jié)要采用較大直徑的面銑刀進行大進給量，從而提升加工效率；在精加工環(huán)節(jié)，要采用直徑較小的面銑刀來小進給量，以有效提高零件的表面質(zhì)量，從而達到所需的精度[1]。
2、典型件加工工藝
2.1 普通數(shù)控設備的加工工藝
2.1.1 加工工藝路線以及所用的設備
明確外筒孔口外形、外筒花盤、活塞桿尾部外形這 3個零件的典型結構后，要對銑削用數(shù)控加工中心的機床具有的基本信息進行深度把握。結合機床基本信息對 3 個典型零件的加工，要針對其結構選擇軸向分層切削，運用大直徑為 KMC-3000SV 的面銑刀在立式車床上實施加工[2]。
在精加工環(huán)節(jié)，要采用球頭銑刀去掉殘留的余量。對旋轉體的精加工，可以在普通車床上運用車刀實施，進而提高表面的質(zhì)量。需要指出的是，對于固定不動典型件的加工，必須實施分工合作的方式。對于正反兩面余量的去除，要經(jīng)過多次的裝夾定位。
2.1.2 編制程序和仿真驗證
由于典型件的結構復雜，各個工序所用的刀具皆不相同，如表 1 所示。
表 1 優(yōu)化前典型結構加工用刀具
為提高典型件的加工效率，在粗加工環(huán)節(jié)要運用面銑刀進行。同時，為了確保刀具的剛性和獲得較大的直徑，要運用較小面銑刀實施半精加工，之后再用球頭銑刀實施精細加工。這一工序工作效率低，用時長，質(zhì)量差，還需要打磨來使零件的表面符合圖紙設計的要求。
2.2 車銑復合設備加工工藝
2.2.1 加工工藝路線以及所用的設備
結構復雜的典型件實施切削加工，在車、銑、鏜多功能的 M120 車銑復合加工中心上進行，使得結構十分復雜的典型件加工變得稍容易些。由于這一機床運用的是面銑刀多工位同時粗加工，較好地實現(xiàn)了旋轉式的多軸精加工，為最大限度地懸伸刀具提供了條件，進而達成了高剛性、一次裝夾、多工位加工的理想加工效果，同時省去了多次裝夾定位、轉換機床等繁雜工序，極大地提高了加工效率。
2.2.2 編制程序和仿真驗證
典型件在 M120 數(shù)控加工中心上加工，所實施的工序和使用的刀具，如表 2 所示。
表 2 優(yōu)化后典型結構加工用刀具
在 M120 數(shù)控加工中心上加工，精加工環(huán)節(jié)都用面銑刀，比球頭銑刀的使用效果要好，較好地提高了加工效率。從典型件結構加工的路線、仿真、結果來看，這一方案獲得的零件表面的質(zhì)量要好于優(yōu)化前。
3、兩種工藝加工質(zhì)量對比分析
典型件結構復雜，在工藝改進前以“粗銑—精銑—打磨”程序加工，能夠達到圖紙要求。改進工藝后，同樣的程序，最后打磨量較少，尺寸與圖紙的要求更接近。而在典型件的表面感觀上，優(yōu)化前因切削方式和刀具剛性，成件需要進行打磨和拋光。優(yōu)化后，粗、精加工皆采用圓刀片面銑刀，刀具剛性好，有效避免了顫振，極大地提高了切削效率，成件表面質(zhì)量更好，只需少量打磨和拋光就能夠符合圖紙的要求。
4、結語
典型起落架零件通過精心設計和優(yōu)化制造工藝，運用立式數(shù)控加工中心融合普通車床多工位加工，較好地節(jié)省了準備所需要的時間。同時，以車銑復合加工中心上加工，在系統(tǒng)剛性方面取得了實質(zhì)進步，切實提高了加工效率，確保了零件表面質(zhì)量。實踐工作中，應深挖車銑復合加工中心所具有的潛能，進而全面提高典型件的加工質(zhì)量和效率。
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