斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工方法及工装
阅读说明：本技术 斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工方法及工装 (Processing method and tool for inner surface of connecting flange in inclined spray pipe shell ) 是由 王宏刚 何楠 张立波 张广成 龚小林 陈云 何哲 张传凯 陈劭川 陆小蕊 于 2020-12-11 设计创作，主要内容包括：一种斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工方法及工装,通过工装使连接法兰轴线与车床主轴同轴,从而完成斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工,保证了内形尺寸精度。本发明提高了连接法兰内形面提高了200％的加工效率,加工表面的粗糙度由12.5提高到6.4,刀具损耗降低了50％。采用的工装优化了筋板位置,对工件的单位更准确、方便,减少每次更换产品找正时间,提高了装夹找正速度,使找正时间由40min减少为20min,并使产品的变形量由现有技术中的0.1mm减小为0.03mm,保证了加工质量。(A method and a tool for machining the inner surface of a connecting flange in an inclined nozzle shell enable the axis of the connecting flange to be coaxial with a lathe spindle through the tool, so that machining of the inner surface of the connecting flange in the inclined nozzle shell is completed, and dimensional accuracy of the inner surface is guaranteed. The invention improves the internal surface of the connecting flange and improves the processing efficiency by 200 percent, the roughness of the processed surface is improved from 12.5 to 6.4, and the cutter loss is reduced by 50 percent. The adopted tool optimizes the position of the rib plate, is more accurate and convenient for a unit of a workpiece, reduces the product alignment time for each time of replacement, improves the clamping alignment speed, reduces the alignment time from 40min to 20min, reduces the deformation of the product from 0.1mm in the prior art to 0.03mm, and ensures the processing quality.)
技术领域
本发明涉及固体火箭发动机喷管壳体连接法兰部分的加工技术，具体是指一种连接法兰内形面的加工方法和工装。
背景技术
在航天火箭发动机金属部件中，喷管壳体是重要的零件之一，其结构由连接法兰和尾管焊接而成。连接法兰为回转体由台阶圆和球面组成，尾管为多段圆锥回转体。 常规情况下连接法兰和尾管回转轴线重合，焊接前连接法兰和尾管已经进行粗加工内 外轮廓均留有加工余量，焊接后再进行精加工。通过车削机床卡盘夹住尾管外圆，可 以加工连接法兰内形面。目前有种喷管壳体，尾管回转轴线与连接法兰回转轴线成α 角度；所述尾管回转轴线与连接法兰回转轴线的交点m距离法兰外端面的距离为H。 由于连接法兰和尾管回转轴线不重合所以无法按照上述加工方法直接车削连接法兰内 形，给加工带来很大难度。
现有加工技术一般会采用五轴铣削，机床卡盘夹住尾管外圆，机床刀头摆动一定角度铣削连接法兰内形。该方法的弊端在于，五轴铣加工编程复杂加工周期长，而且 铣刀加工容易出现让刀和铣刀纹问题，表面光洁度差，加工误差较大。另一种方法是 焊接前将内形加工到最终尺寸焊接后不再加工，此种方法内形面精度会受到焊接变形 和焊接误差的影响，误差较大，无法满足精度要求。
发明内容
为克服现有技术中存在的不能满足加工精度要求的不足，本发明提出了一种斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工方法及工装。
本发明提出的斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工过程是：
步骤1：车加工定位基准面：
步骤2：制作定位销孔：
在所述法兰盘的端面做0°基准线线；该0°基准线过该法兰盘的中心，并使该 0°基准线的两端分别位于3点与9点位置。
在该连接法兰端面加工两个对称分布的销孔，并使各销孔的中心线分别与所述0°基准线垂直相交。
步骤3：装夹工装和工件；
装夹工装时，通过数控车床卡盘夹住工装一端的底板，分别找正该工装另一端顶板的外圆和端面；使其跳动量小于0.02mm。
装夹产品时，将所述喷管壳体焊接件中法兰盘的外圆周表面放入所述工装中顶板的定位槽内，使喷管壳体焊接件中尾管部分伸入该工装。通过销孔将喷管壳体焊接件 与工装固连。连接法兰内形面
将所述顶板与喷管壳体焊接件中的连接法兰固连。找正已加工法兰盘端面，使跳动量小于0.05mm。
步骤4：车加工连接法兰内形面：
所述连接法兰内形面由前端圆柱面和内圆弧面组成。
将刀具沿车床坐标系+Z方向移动至距离该法兰前端端面3mm处，并以该处作为 切削起始点。
第一步，启动机床。刀具自该切削起始点处沿着机床坐标系-Z方向移动至斜喷管壳体焊接件中连接法兰的圆弧面与圆筒柱面相交处的圆弧起点，通过车床控制刀具的 圆弧形加工路径到达该圆弧的终点，完成内圆弧面的加工。
第二步，退刀。刀具先沿着+Z和+X方向退刀到切削起点。
第三步，刀具从切削起点沿机床坐标系+X方向移动一个切削深度0.5mm，再沿 机床坐标系-Z方向移动与工步1相同的过程完成第二次切削。
重复所述第一步至第三步的过程，直到将所述前端圆柱的内径切削至设计尺寸。
车加工所述连接法兰内形面时，车床转速为300r/min，进给率为1mm。
至此，完成连接法兰内形面的加工。
本发明提出的加工斜喷管壳体中连接法兰内形面的工装包括顶板、四个筋板和底板。所述四个筋板分别是第一筋板、第二筋板、第三筋板和第四筋板。所述顶板与底 板之间通过四个筋板固连。
各所述筋板的具体位置分别是：所述第一筋板位于该工装的12点与3点之间， 并使该第一筋板小端端面宽度方向的中心线与所述0°基准线之间的夹角为65°；所 述第二筋板位于该工装的12点与9点之间，并使该第二筋板小端端面宽度方向的中 心线与所述0°基准线之间的夹角为115°；所述第三筋板位于该工装的3点与6点 之间，并使该第三筋板小端端面宽度方向的中心线与所述0°基准线之间的夹角为25°；所述第四筋板位于该工装的6点与9点之间，并使该第四筋板小端端面宽度方 向的中心线与所述0°基准线之间的夹角为115°。
所述顶板外端端面有法兰盘定位槽内；该顶板端面的外缘均布的多个螺纹连接孔和两个销孔的分度圆直径均为170mm。
所述筋板小端端面与所述顶板内端面焊接，大端端面与所述底板的内端面焊接。在将该筋板与所述底板焊接时，使该筋板的斜面朝向该底板的内孔；所述筋板斜面的 下底边距该底板中心的距离为120mm。
本发明通过工装使连接法兰轴线与车床主轴同轴，从而完成斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工，保证了内形尺寸精度。
与现有技术相比较，本发明取得的有益效果为：
一、本加工方法采用车加工连接法兰内形面提高了加工效率，较铣加工提高加工效率200％，表面粗糙度由12.5提高到6.4，刀具损耗降低了50％。采用车加工方法降 低了编程难度，车工编程比铣工编程容易而且快速。
二、本发明工装通过合理设计筋板位置使得工装在满足尾管部分顺利装入工装的情况下，减小了工装体积和质量，使用更方便。通过设计两处销孔保证工装定位更稳 定防止加工中产品发生串动。通过两个销钉定位可以实现快速定位，减少每次更换产 品找正时间，提高了装夹找正速度，找正时间由40分减少为20分钟。并且通过螺栓 固定产品减少了产品变形，变形量0.1mm减小为0.03mm，保证了加工质量。
附图说明
图1为连接法兰的结构示意图。
图2为工装与连接法兰的装夹示意图。
图3为工装的结构示意图。
图4为图3的右视图。
图5为顶板的结构示意图。
图6为图5的俯视图。
图7为底板的结构示意图
图8为筋板的结构示意图。
图9为本发明加工方法的流程图。
图中：1.连接法兰；2.顶板；3.筋板；4.底板；5.刀具；6.刀杆；7.第一筋板；8. 第二筋板；9.第三筋板；10.第四筋板；11.0°基准线。
具体实施方式
一种斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工方法和工装
所述连接法兰是固体火箭发动机斜喷管壳体的一部分。该斜喷管壳体由连接法兰和尾管焊接而成，该尾管轴线与连接法兰轴线之间的夹角α为30°，并且相交点m 至连接法兰外端面的距离为8mm。所述连接法兰分为前段圆柱、法兰盘和球面三部 分。所述法兰盘外径为200mm，厚度为8mm；在该法兰盘的盘面上均布有6个连接 通孔和两个对称分布的销孔；所述通孔与销孔的分度圆直径均为170mm。前段圆柱 段内型长31mm，内球面半径R1为67mm，内球面与圆柱段倒圆角R2为5mm。
尾管为圆锥型通孔，内型面与外型面均为锥面，上端面开口的外径为85mm，小 端与连接法兰外球面相通。此产品的加工难点在于加工尾管内外型面和保证两处空间 尺寸：相交回转轴交点距连接法兰端面距离8mm和两回转轴夹角α30°。外形面由 三处圆锥段组成：第一圆锥面的斜度为6°，并且该第一圆锥面的终点距尾管端面的 距离为90mm；第二圆锥面的斜度为9°，并且该第二圆锥面的终点距端面的距离为 120mm；第三圆锥面的斜度12°，并且该第三圆锥面的终点距尾管端面的端面的距 离为157mm。尾管外形面与连接法兰外球面过渡圆角半径R2为5mm。
本实施例提出的斜喷管壳体中连接法兰内形面的加工过程是：
步骤1：车加工定位基准面：
依据设计图纸车加工所述喷管壳体焊接件中法兰盘的外圆。该法兰盘的外径为200﹢0.03mm，厚度为8mm；该法兰盘端面的平面度小于0.02mm。以该法兰盘的端面 作为车加工定位基准面。
步骤2：制作定位销孔：
在所述法兰盘的端面做0°基准线线；该0°基准线过该法兰盘的中心，并使该 0°基准线的两端分别位于3点与9点位置。
通过铣床在该连接法兰端面加工两个对称分布的销孔：该销孔的直径为6mm，分度圆直径为170mm，并使各销孔的中心线分别位于所述0°基准线垂直相交。
步骤3：装夹工装和产品：
在数控车床上装夹工装，通过机床卡盘夹住工装一端的底板，分别找正该工装另一端顶板的外圆和端面；使其跳动量小于0.02mm。
装夹产品，将所述喷管壳体焊接件中法兰盘的外圆周表面放入所述工装中顶板的定位槽内，使喷管壳体焊接件中尾管部分伸入该工装。旋转产品，使该喷管壳体焊接 件上的两个定位销孔与所述工装上的销孔对正，插入定位销。将该顶板与喷管壳体焊 接件中的连接法兰固连。找正已加工法兰盘端面，使跳动量小于0.05mm。
步骤4：车加工连接法兰内形面：
连接法兰内形面由前端圆柱面和内圆弧组成。
安装刀具，使刀尖朝向车床坐标系中的﹣Z方向，使刀具的切削刃朝向车床坐标 系+X方向。所述刀具采用山高SVLBL2525M16。
以所述连接法兰前端内圆面对刀。将刀具沿车床坐标系+Z方向移动至距离该法兰前端面以外3mm处，并以该处作为切削起始点。
第一步，启动机床。机床转速为300r/min，进给率为1mm。刀具自该切削起始点 处沿着机床坐标系-Z方向移动至斜喷管壳体焊接件中连接法兰的圆弧面与圆筒柱面 相交处的圆弧起点，通过车床控制刀具的圆弧形加工路径到达该圆弧的终点，完成所 述内圆弧面的加工。该圆弧的半径为64mm。
第二步，退刀。刀具先沿着+Z和+X方向退刀到切削起点。
第三步，刀具从切削起点沿机床坐标系+X方向移动一个切削深度0.5mm，再沿 机床坐标系-Z方向移动与工步1相同的过程完成第二次切削。
重复所述第一步至第三步的过程，直到将前端圆柱内径切削至设计尺寸。
至此，完成连接法兰内形面的车加工。
本实施例中所述的工装包括车削工装包括顶板2、四个筋板3和底板4。所述四 个筋板分别是第一筋板7、第二筋板8、第三筋板9和第四筋板10。所述顶板与底板 之间通过四个筋板3固连。在所述顶板外端面过其中心做一0°基准线11，并使该0° 基准线的一端位于该顶板的3点方向，另一端位于该顶板的9点方向；以该顶板的圆 心作为所述0°基准线的原点O。
各所述筋板大端的端面固定在该底板的内端面；各筋板小端的端面固定在所述顶板2的内缘处，并使各筋板小端端面长度方向的二分之一露出该顶板的内圆周表面。
各所述筋板的具体位置分别是：所述第一筋板7位于该工装的12点与3点之间， 并使该第一筋板小端端面宽度方向的中心线与所述0°基准线之间的夹角为65°；所 述第二筋板8位于该工装的12点与9点之间，并使该第二筋板小端端面宽度方向的 中心线与所述0°基准线之间的夹角为115°；所述第三筋板9位于该工装的3点与6点之间，并使该第三筋板小端端面宽度方向的中心线与所述0°基准线之间的夹角 为25°；所述第四筋板10位于该工装的6点与9点之间，并使该第四筋板小端端面 宽度方向的中心线与所述0°基准线之间的夹角为115°。
所述顶板的中心线、底板的中心线与工装的中心线同轴。
所述顶板为环形板。该顶板的内径为150mm，外径为260mm；厚度为15mm。 在该顶板外端端面有法兰盘定位槽；该法兰盘定位槽的内径与法兰盘的外径相同；所 述法兰盘嵌入该法兰盘定位槽内。本实施例中，该凹槽的内径为200.03，深度为5mm。 在该顶板的外端面有0°基准线11。该顶板端面的外缘均布有6个螺纹连接孔和两个 销孔；所述螺纹孔与销孔的分度圆直径均为170mm，所述两个销孔对称分布，并使 各销孔的中心线与所述0°基准线垂直相交。
所述底板为圆环状。该底板的内径为100mm，外径为360mm，厚度为30mm。
所述筋板为直角梯形板。该筋板短边的长度为30mm，长边的长度为50mm，高 为180mm，厚度为20mm。筋板短边与顶板内端面焊接，长边与底板内端面焊接。
在将该筋板与所述底板焊接时，使该筋板的斜面朝向该底板的内孔；所述筋板斜面的下底边距该底板中心的距离为120mm。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种五轴机床的AC联动双摆头