复杂空间精密机匣位置精度测量研究

刘宁

黑龙江省哈尔滨市   150066

摘要：航空机匣空间结构复杂、空间孔系尺寸精度等级最高达IT5级，空间孔轴线交叉度不大于Φ0.03，位置度Φ0.015。在测量过程中将面临各项技术问题，为了产品研制的顺利实施，针对不同技术控制点，有针对性开展测量技术研究，为大型复杂空间结构机匣的测量技术提供技术基础。

关键词：精密机匣、空间尺寸、影响因素

1绪论

典型关键传动件制造技术，正朝着高速、重载、高精度、高可靠性、低噪声、轻量化方向发展。目前，国内的传动系统机匣主要以中小型为主，制造体系健全，加工技术比较成熟，但对于大型复杂空间精密镁铝合金机匣，还没有相应配套的制造体系，加工技术及经验还不足。

相对中小型直升机减速器机匣，大型直升机减速器镁铝合金机匣存在零件尺寸大、空间结构复杂、尺寸公差与形位公差等级高等特点。以上结构特点对整体工艺路线、加工设备、工装夹具、数控刀具与量具等工艺准备内容提出了不同要求，为了保证零件的加工精度，大型复杂空间精密机匣的制造工艺需要在现有中小型减速器机匣制造工艺的基础上开展工艺研究工作，针对不同方面的工艺控制点开展工艺试验，摸索测量方法。

2影响机匣加工精度的机械加工工艺因素

在机械零件和工件的生产中，加工方法用于完成相关毛坯零件的加工，因此，毛坯零件的尺寸精度和几何公差精度满足相关设计图的要求。同时，粗糙零件的精密加工标准非常严格。将粗加工零件从粗加工转变为精加工的过程称为加工过程，其中加工整个毛坯是粗加工步骤的主要任务，因此零件和粗糙零件的总体结构尺寸接近设计图纸的要求。精加工意味着零件和毛坯的精密加工，因此两种产品之间的最终匹配符合设计要求。另外，检查工作是机加工后必不可少的零件，如果零件的规格超出误差范围，则将其从检查零件上取下来，仅维护符合精度要求的零件。加工过程是整个零件加工过程中最重要的部分，无论是合理的还是科学的，都会直接影响最终的生产结果。

机匣作为传动系统重要的承力件，主要作用就是为传动系统提供具有足够稳定性和高精度的支撑，其中一个重要要求即为机匣加工后精密孔系之间的相对位置，但准确的反映机匣测量的状态也是机匣加工过程重要的一环。

2.1时效因素影响

精密机匣壳体在热处理或加工完毕放置一端时间后，会发现平面相对以前变大，薄壁件发生翘曲，即检测后发现孔系垂直度相对于以前变大等。这种情况出现的主要原因是零件内部本身存在应力，这些内应力的分布本身是一种相对平衡的状态，所以零件的外形相对稳定。但是当加工完毕去除一些材料或热处理完毕后，其内应力发生变化，需要重新分布于一种新的平衡状态，所以致使零件外形发生变化。

2.2热变化因素的影响

加工过程中的热变形系数主要包括工件的热变形，工具的热变形和机床的热变形。特别是对于某些工件长度较长的零件，工件的热变形对零件加工精度的影响非常严重。可以看到工件上的热变化对零件加工精度的影响。另外，刀具的热变形会影响零件加工精度的原因主要是切削热。作为加工工件的重要工具，机床的热变形也会影响加工零件的精度。这是因为当机床工作时，机床各部分的温度在内部和外部热源的影响下会升高。给定机床各部分的热源不同，工件所呈现的温度分布不是恒定的。同时，机床的结构具有一定的复杂性，因此温升的程度也不同，因此机床各部件的位置发生变化，影响了零件加工的精度。可以看出，加工过程中的热变化会影响零件的加工精度。

2.3 变形因素的影响

变形控制工艺设计是通过零件加工变形预测、控制和工艺参数优化来减小毛坯残余应力和降低切削力、切削热、夹紧力对零件变形影响的工艺方法。复杂空间精密机匣大都具有尺寸大、结构复杂、加工周期长等特点，加工过程中因各因素综合作用，加工精度难以达到设计要求。技术难点主要为相关基础研究不足，实际加工过程以经验作指导、缺乏积累和理论转化。未来的发展方向为工艺系统各环节的有限元模拟和加工变形控制工艺基础研究。

弱刚性结构加工中易于发生颤振和变形，其中弱刚性零件的加工变形一般有以下几种：毛坯残余应力释放引起的变形，切削力引起的让刀变形，夹紧力引起的装夹变形，加工后机械加工应力的释放。

切削力引起的让刀变形，由于高效率和轻量化等要求，飞机上大量采用整体加工的壁板、框、梁、长叶片、小轮毂比叶轮、薄壁结构机匣等，其特点是结构复杂、壁薄、刚性弱。一些深腔、小圆角零件，窄槽道叶轮，需要采用细长刀具加工。这些零件加工时由于切削力作用易于发生让刀变形，影响零件尺寸精度和形状精度。

3机械加工工艺对加工精度影响的解决对策

3.1严格控制零件制造过程

避免由于几何精度误差而导致的零件加工精度下降是加工过程中的综合考虑因素，因此，着重选择加工设备非常重要。用于加工零件的机械设备是导致零件几何误差的主要因素，因此必须严格检查加工设备。全面掌握和理解机器本身中存在的错误是检查过程中最重要的部分，而通过精确和科学的检查方法对高精度零件加工设备进行完整检查。另外，通过改造现有的加工设备，可以分析加工零件的误差统计信息，合理地分析统计数据，然后将误差变量输入到机床系统中，以尽可能地从加工过程中去除加工设备。生产符合精度要求的零件，但会产生自己的误差。

3.2合理控制过程温度

于大部分复杂空间精密机匣零件尺寸较大，且零件材料为铸造铝合金，线膨胀系数大，因此温度的变化对零件的加工精度影响很大，在加工过程中不能仅通过冷却液控制零件的加工温度。例如远端销子孔距离中心基准较远，距基准最远处为700mm，铝合金线膨胀系数为α＝23μm/m℃,温度每变化1℃，将伸长或缩短△L＝Lα△T＝700×23×10-6×1＝0.016mm,这将足以影响轴承衬套孔的位置度φ0.015mm,因此在加工与测量时，都应严格控制温度，减小因温度的变化而导致产生的加工误差，使加工温度与测量温度一致，都在标准温度下进行。为此将加工零件的机床放置在温度可控的恒温间内以控制加工温度，减小加工误差。同时零件在测量前应定温，以消除温差对测量的影响。

3.3受力变形对零件精度的影响

加工系统主要分为四个部分：机床，工件，工具和固定装置。在加工过程中，它会受到多种力的影响，包括切削力，夹具夹紧力和工件本身重量。根据力的长期作用，系统内部会发生一定程度的疲劳，在疲劳状态下会发生形变。各种外力的影响都会影响零件的精度。一是工具本身的刚性,如果工具的刚度小于工具刚度，则工具会因刚度差而变形，从而影响孔的加工精度。第二个原因，是当工件刚度远低于机床刚度和刀具刚度时，零件的变形是由于外部原因引起的。

对于部分无法实现基准统一的尺寸，在检测过程选择就近基准转化测量。通过采用以上措施，降低大型薄壁机匣加工后的尺寸检测误差，使大型薄壁机匣的检测误差降低到中小型航空传动机匣的检测误差等级。

4 结论

在产品的测量中，尤其是位置度要求较严的精密孔系测量，要分别分析精密孔系所针对的各项基准，针对每一项基准，提出具体的解决措施，逐项消除各个基准对最终加工特征的影响，以最大限度的满足设计需求。严格遵守相关法规的特定要求，以防止由于在以后使用过程中出现质量问题而导致机加工零件的生产。基于此，制造商必须改善其现有的加工技术，以为将来的零件生产和加工创造有利条件。

参考文献：

[1]鲁媛媛.聚焦机械制造前沿技术及发展[J].中国航天制造技术，2007（1）：38-40.

[2]赵慧.机械加工工艺对实训系统的研究与实现[J].硅谷，2010年16期.