CN102873383B - 非金属异形舵片的加工方法及加工用夹具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非金属异形舵片的加工方法及加工用夹具。该加工方法，包括以下步骤：1）按照产品最大外形尺寸设计非金属舵片平板坯料；2）立式装夹非金属舵片平板坯料，对称平磨非金属舵片平板坯料的两基准面；3）粗铣加工非金属舵片平板坯料外型，并在舵轴所在部位加工出后续装夹的工艺夹头；4）立式装夹工艺夹头，找正两基准面中心平面，半精铣非金属舵片平板坯料两基准面，然后精铣单面至设计尺寸，形成舵片；5）立式装夹舵片，半精铣工艺夹头至舵轴形状；6）精铣加工舵轴，至设计尺寸，即可完成非金属异形舵片的加工。使用该非金属异形舵片加工方法及加工用夹具，能有效保证非金属异形舵片的加工精度及形位公差。
Description
技术领域
本发明属于导弹武器系统中机动式弹头非金属舵片技术领域，具体是指一种非金属异形舵片的加工方法及加工用夹具。
背景技术
机动式弹头是在弹道末段按预定程序改变飞行弹道的导弹武器系统弹头。机动式弹头再入飞行时，其控制系统是由空气舵偏转产生的空气动力作为控制力，有效地控制导弹在大气层内保证良好的姿态飞行。空气舵由舵片、转接环及其连接件构成，舵片与转接环采用螺纹连接。针对武器系统机动飞行时间长，对舵、翼的烧蚀和高温结构强度要求高的特点，非金属舵片在武器系统中应用日趋普遍。常见非金属舵片的结构如附图1和2所示，由舵片1和位于其下缘面的舵轴2构成，由于舵片1在工作过程中需承受较大的热冲击力，装配后要求舵片1与控制舱壳体牢固可靠，舵片1中心面与弹体对称度不大于0.1mm，位于舵片1下缘平面的舵轴2与控制舱壳体为过盈配合，舵片1尺寸公差仅为6级。又由于舵片1外型为气动型面，因此对舵片1外型尺寸精度和表面质量的要求很高。由于舵轴2结构小，精度高，舵片1的舵面为不规则异形型面，加工过程中工艺基准面无法确定，因此对舵片加工方法的要求很高，而非金属异形舵片产品加工的难点是外型尺寸、舵面表面质量以及舵面与舵轴对称度精度的控制。非金属材料舵片硬度约为莫氏硬度9.5，切削性能差，刀具成本高。为了确保产品精度满足要求，不但要在产品加工方面寻求最佳的工艺流程和参数，同时需要制做一套精度精准的型面定位专用工装，否则容易造成定位不准以及舵轴与舵面对称度不合格。
舵轴的设计要求尺寸偏差不大于±0.0055mm，两舵面相对舵轴的中心对称度不大于0.1mm，舵片的上缘、下缘尺寸公差要求都不大于0.1mm，下缘角度偏差不大于±3’，表面粗糙度要求为Ra3.2。目前，因非金属异形舵片结构复杂，原材料硬度高，零件结构刚性差，加工时将舵片中心基面水平放置，分别用钨钢刀具和硬质合金刀具进行粗、精加工，最后钳工修配舵轴，具体工艺程为：坯料制备→粗加工上型面→粗加工下型面→精加工上型面→精加工下型面→钳工修配舵轴。此工艺存在的问题是加工后产品舵轴尺寸无法保证，钳工修配的舵轴无互换性，表面粗糙度差，产品重量差异大，加工成本高，而且效率低。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种非金属异形舵片加工方法，该方法能有效保证非金属异形舵片的加工精度及形位公差，同时本发明还提供一种非金属异形舵片加工用夹具，
为实现上述目的，本发明所设计的非金属异形舵片的加工方法，包括以下步骤：
1）按照产品最大外形尺寸设计非金属舵片平板坯料，并单面留加工余量5~10mm；
2）立式装夹非金属舵片平板坯料，对称平磨非金属舵片平板坯料的两基准面，保证两基准面的平行度和平面度误差均在0.06mm以内，留单面加工的余量1~3mm；
3）粗铣加工非金属舵片平板坯料外型，舵面留单面加工余量2~3mm，并在舵轴所在部位加工出后续装夹的工艺夹头，工艺夹头对两基准面中心的对称度误差在0.04mm以内；
4）立式装夹工艺夹头，找正两基准面中心平面，半精铣非金属舵片平板坯料两基准面，留单面加工余量0.2~0.3mm，然后精铣单面至设计尺寸，形成舵片；
5）立式装夹舵片，半精铣工艺夹头至舵轴形状，留单面加工余量0.1~0.2mm；
6）精铣加工舵轴，切削深度控制在0.1~0.15mm，至设计尺寸，即可完成非金属异形舵片的加工。
进一步地，所说的步骤4）中，半精铣非金属舵片平板坯料两基准面时，采用金刚石刀具、用等高线加工方法加工，半精加工切削速度控制为120~150m/min，切削深度控制为0.2~0.4mm，进给速度控制为0.3~0.45mm/z；精铣舵面时，采用金刚石刀具用曲面精加工且切向进刀，精加工切削速度控制为200~220m/min，切削深度控制为0.2~0.3mm，进给速度控制为0.2~0.35mm/z。
进一步地，所说的步骤5）中，半精铣工艺夹头至舵轴形状时，采用舵面型面定位、装夹舵片，找正工艺夹头，找正误差控制为0.03mm以内。
进一步地，所说的步骤6）中，精铣加工舵轴时，找正舵轴，找正误差在0.02mm以内，精加工的切削速度控制为200~220m/min，切削深度控制为0.1~0.15mm，进给速度控制为0.1~0.15mm/z。
本发明的非金属异形舵片加工用夹具，用于加工舵轴时夹持舵片，它包括两块型面垫板和夹持所述型面垫板的精密虎钳，所述两块型面垫板内侧均设置有与待加工舵片的两侧舵面分别相适配的舵面槽，所述两块型面垫板上端面均设置有用于限制舵片在夹具中位置的两个夹持支耳。夹具工作时，两块型面垫板内侧的舵面槽形成类似倒锥面夹持槽，会使舵片有向上运动的趋势，两处支耳可防止舵片向上移动。
本发明采用立式加工中心舵面，有利于提高加工精度和加工效率。铣舵面分半精加工和精加工，有效以保证零件尺寸精度和表面粗糙度。加工舵轴时，优选选用本发明的非金属异形舵片加工用夹具对舵片进行装夹固定，装夹时既保证零件便于装夹，具有足够的刚性，又可将对称度基准位移误差缩小。
实践证明，采用本发明非金属异形舵片的加工方法，加工精度高，完全满足产品设计精度要求。实践证明，采用本发明的方法和装置实际加工时可控制舵轴偏差在±0.004mm以内、两舵面相对舵轴中心对称度误差在0.08mm以内、舵面下缘角度偏差实际为±3’、 上缘尺寸偏差在±0.03mm以内、表面粗糙度为Ra3.2，均高于设计要求的标准。与舵面中心水平放置加工方法比较，提高加工效率约8倍，而且产品质量稳定，舵轴尺寸一致，产品已顺利通过多次地面试验和多批飞试试验。
附图说明
图1为舵片的主视结构示意图。
图2为舵片的俯视结构示意图。
图3为粗铣加工后非金属舵片平板坯料上工艺夹头的结构示意图。
图4为非金属异形舵片加工用夹具的型面垫板的结构示意图。
图5为非金属异形舵片加工用夹具的使用状态结构示意图。
图6为图5中的Z—Z剖视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
图1和图2所示舵片结构在背景技术中已详细说明，在此不做赘述。
图4和图5所示非金属异形舵片加工用夹具，用于加工舵轴时夹持舵片，它包括两块型面垫板4.1、4.2和夹持所述型面垫板4.1、4.2的精密虎钳5，两块型面垫板4.1、4.2内侧均设置有与待加工舵片1的两侧舵面分别相适配的舵面槽6，两块型面垫板4.1、4.2上端面均设置有用于限制舵片1在夹具中位置的两个夹持支耳7.1、7.2。夹具工作时，两块型面垫板4.1、4.2内侧的舵面槽6形成类似倒锥面夹持槽，会使舵片1有向上运动的趋势，两处支耳7.1、7.2可防止舵片1向上移动。
实施例1
针对某C/SiC陶瓷材料异形舵片，舵轴尺寸为16mm×21mm，舵片的最大长×宽尺寸为198mm×95mm，舵片的最大厚度为17.5mm、最小厚度为9mm，加工方法包括以下步骤：
1）按照产品最大外形尺寸设计C/SiC陶瓷舵片平板材料，留单面加工余量5~10mm；
2）立式夹紧舵片坯料，对称平磨舵片坯料的两基准面，保证平行度和平面度误差在0.06mm以内，厚度留单面加工余量1~3mm；
3）夹紧舵片坯料，粗铣加工舵片坯料外型，去除舵片坯料大部分加工余量，舵面留单面加工余量2~3mm，并在舵轴2部位加工出后续装夹的工艺夹头3，工艺夹头3对两基准面中心的对称度误差在0.04mm；
4）用精密虎钳立式装夹工艺夹头3，找正两基准面中心平面，采用φ16R3金刚石粗加工刀具用等高线加工方法半精铣舵面，切削速度150m/min，切削深度0.4mm，进给速度0.42mm/z，加工后留单面加工余量0.2~0.3mm；再采用φ16R3金刚石精加工刀具用曲面精加工且切向进刀精铣舵面，切削速度210m/min，切削深度0.25mm，进给速度0.30mm/z，保证舵面尺寸要求和表面粗糙度要求，即完成舵片1的加工；
5）采用图5所示非金属异形舵片加工用夹具按图6所示方式装夹舵片1，拉直舵片1下缘平面，找正工艺夹头3中心，找正误差在0.03mm以内，将工艺夹头3半精铣至舵轴形状，半精铣留后续精铣单面加工余量0.1~0.2mm；
6）精铣加工舵轴2，找正舵轴2中心，找正误差在0.02 mm以内，校对舵面两型面中心，采用全读数外径千分尺精密检测舵轴2尺寸，采用φ8R2金刚石刀具精加工舵轴2，切削速度为220m/min，切削深度0.1mm，进给速度0.15mm/z，即可得到C/SiC陶瓷材料空气舵异形舵片。
用上述方法对C/SiC陶瓷材料空气舵异形舵片加工后，产品精度较高，完全满足产品设计精度要求，两舵面相对舵轴中心对称度为0.1mm；舵轴尺寸为16±0.005mm；上缘尺寸为9±0.05mm；舵面下缘角度偏差不大于±3’；表面粗糙度为Ra3.2。在发动机烧蚀和地面试验中取得圆满成功。
实施例2
针对某SiC陶瓷材料异形舵片，舵轴尺寸为φ18 mm，舵片最大长×宽尺寸为260mm×70mm，舵片最大厚度为12mm，最小厚度为2mm，加工控制过程如下：
1）按照产品最大外形尺寸设计SiC陶瓷舵片平板材料，留单面加工余量5~10mm；
2）立式夹紧SiC陶瓷舵片坯料，对称平磨SiC陶瓷舵片坯料的两基准面，保证两基准面的平行度、平面度误差在0.06mm以内，厚度留单面加工余量1~3mm；
3）夹紧SiC陶瓷舵片坯料平板划线铣加工舵片外型，去除舵片坯料大部分加工余量，舵面留单面加工余量2~3mm，并在舵轴2部位加工出后续装夹的工艺夹头3，工艺夹头3对两基准面中心的对称度误差在0.04mm以内；
4）用精密虎钳立式装夹工艺夹头3两侧面，找正两基准面中心平面，采用φ16R3金刚石粗加工刀具用等高线加工方法半精铣舵面，切削速度130m/min，切削深度0.3mm，进给速度0.3mm/z，加工后留单面加工余量0.2~0.3mm；再采用φ16R3金刚石精加工刀具用曲面精加工且切向进刀精铣舵面，切削速度200m/min，切削深度0.2mm，进给速度0.35mm/z，保证舵面尺寸要求和表面粗糙度要求，即完成舵片1的加工；,
5）采用图5所示非金属异形舵片加工用夹具按图6所示方式装夹舵片1，拉直舵片1下缘平面，找正工艺夹头3中心，找正误差在0.03mm以内，将工艺夹头半精铣至舵轴形状，半精铣留后续精铣单面加工余量0.1~0.2mm；
6）精铣加工舵轴2，找正舵轴2中心，找正误差在0.02mm以内，校对舵面两型面中心，采用全读数外径千分尺精密检测舵轴2尺寸，采用φ8R2金刚石刀具精加工舵轴2，切削速度为200m/min，切削深度0.15mm，进给速度0.1mm/z，即可得到SiC陶瓷材料空气舵异形舵片。
用上述方法对SiC陶瓷材料异形舵片加工后，产品精度较高，完全满足产品设计精度要求，两舵面相对舵轴中心对称度为0.1mm；舵轴尺寸为φ18±0.004mm；舵面下缘角度偏差不大于±3’，上缘尺寸为2±0.05mm；表面粗糙度为Ra3.2。在发动机烧蚀和地面试验中取得圆满成功。
实施例3
针对某SiC陶瓷材料异形舵片，舵轴尺寸为φ17 mm，舵片最大长×宽尺寸为230mm×80mm，舵片最大厚度为15mm，最小厚度为4mm，加工控制过程如下：
1）按照产品最大外形尺寸设计SiC陶瓷舵片平板材料，留单面加工余量5~10mm；
2）立式夹紧SiC陶瓷舵片坯料，对称平磨SiC陶瓷舵片坯料的两基准面，保证两基准面的平行度、平面度误差在0.06mm以内，厚度留单面加工余量1~3mm；
3）夹紧SiC陶瓷舵片坯料平板划线铣加工舵片外型，去除舵片坯料大部分加工余量，舵面留单面加工余量2~3mm，并在舵轴2部位加工出后续装夹的工艺夹头3，工艺夹头3对两基准面中心的对称度误差在0.04mm以内；
4）用精密虎钳立式装夹工艺夹头3两侧面，找正两基准面中心平面，采用φ16R3金刚石粗加工刀具用等高线加工方法半精铣舵面，切削速度120m/min，切削深度0.2mm，进给速度0.45mm/z，加工后留单面加工余量0.2~0.3mm；再采用φ16R3金刚石精加工刀具用曲面精加工且切向进刀精铣舵面，切削速度220m/min，切削深度0.3mm，进给速度0.2mm/z，保证舵面尺寸要求和表面粗糙度要求，即完成舵片1的加工；
5）采用图5所示非金属异形舵片加工用夹具按图6所示方式装夹舵片1，拉直舵片1下缘平面，找正工艺夹头3中心，找正误差在0.03mm以内，将工艺夹头半精铣至舵轴形状，半精铣留后续精铣单面加工余量0.1~0.2mm；
6）精铣加工舵轴2，找正舵轴2中心，找正误差在0.02mm以内，校对舵面两型面中心，采用全读数外径千分尺精密检测舵轴2尺寸，采用φ8R2金刚石刀具精加工舵轴2，切削速度为210m/min，切削深度0.15mm，进给速度0.12mm/z，即可得到SiC陶瓷材料空气舵异形舵片。
用上述方法对SiC陶瓷材料异形舵片加工后，产品精度较高，完全满足产品设计精度要求，两舵面相对舵轴中心对称度为0.1mm；舵轴尺寸为φ17±0.003mm；舵面下缘角度偏差不大于±3’，上缘尺寸为4±0.02mm；表面粗糙度为Ra3.2。在发动机烧蚀和地面试验中取得圆满成功。
Claims (5)
1.一种非金属异形舵片的加工方法，其特征在于，它包括以下步骤：
1）按照产品最大外形尺寸设计非金属舵片平板坯料，并单面留加工余量5～10mm；
2）立式装夹非金属舵片平板坯料，对称平磨非金属舵片平板坯料的两基准面，保证两基准面的平行度和平面度误差均在0.06mm以内，留单面加工的余量1～3mm；
3）粗铣加工非金属舵片平板坯料外型，舵面留单面加工余量2～3mm，并在舵轴（2）所在部位加工出后续装夹的工艺夹头（3），工艺夹头（3）对两基准面中心的对称度误差在0.04mm以内；
4）立式装夹工艺夹头（3），找正两基准面中心平面，半精铣非金属舵片平板坯料两基准面，留单面加工余量0.2～0.3mm，然后精铣单面至设计尺寸，形成舵片（1）；
5）立式装夹舵片（1），半精铣工艺夹头（3）至舵轴（2）形状，留单面加工余量0.1～0.2mm；
6）精铣加工舵轴（2），切削深度控制为0.1～0.15mm，至设计尺寸，即可完成非金属异形舵片的加工。
2.根据权利要求1所述的非金属异形舵片的加工方法，其特征在于：所述的步骤4）中，半精铣非金属舵片平板坯料两基准面时，采用金刚石刀具、用等高线加工方法加工，半精加工切削速度控制为120～150m/min，切削深度控制为0.2～0.4mm，进给速度控制为0.3～0.45mm/z；精铣舵面时，采用金刚石刀具用曲面精加工且切向进刀，精加工切削速度控制为200～220m/min，切削深度控制为0.2～0.3mm，进给速度控制为0.2～0.35mm/z。
3.根据权利要求1或2所述的非金属异形舵片的加工方法，其特征在于：所述的步骤5）中，半精铣工艺夹头（3）至舵轴（2）形状时，采用舵面型面定位、装夹舵片（1），找正工艺夹头（3），找正误差控制在0.03mm以内。
4.根据权利要求1或2所述的非金属异形舵片的加工方法，其特征在于：所述的步骤6）中，精铣加工舵轴（2）时，找正舵轴（2），找正误差在0.02mm以内，精加工的切削速度控制为200～220m/min，进给速度控制为0.1～0.15mm/z。
5.一种为实现权利要求1所述非金属异形舵片的加工方法而设计的非金属异形舵片加工用夹具，其特征在于：它包括两块型面垫板（4.1、4.2）和夹持所述型面垫板（4.1、4.2）的精密虎钳（5），所述两块型面垫板（4.1、4.2）内侧均设置有与待加工舵片（1）的两侧舵面分别相适配的舵面槽（6），所述两块型面垫板（4.1、4.2）上端面均设置有用于限制舵片（1）在夹具中位置的两个夹持支耳（7.1、7.2）。
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