一種逆向求證多角度斜面型孔的加工方法

  本文論述了計(jì)量活門襯套多角度斜面型孔的加工方法。通過構(gòu)建電極模型的方法，先將電極加工出來，然后通過三坐標(biāo)計(jì)量確保電極各型面角度和尺寸的正確性，最后通過在數(shù)控電火花機(jī)床上完成活門襯套多角度斜面型孔的加工。該加工方法采用逆向求證的工藝方式進(jìn)行特征分析，為同類型零組件特征加工工藝方法的研究提供新的切入點(diǎn)、打開新思路。
    計(jì)量活門是航空發(fā)動機(jī)油泵控制中的關(guān)鍵零件之一，由內(nèi)、外兩個襯套組成，其功能是向燃燒室提供燃油襯套表面形狀各異的型孔來控制燃油流量，因此計(jì)量活門表面型孔的形狀及尺寸是保證航空發(fā)動機(jī)正常工作的關(guān)鍵所在。
    計(jì)量活門多角度型面的成因及特點(diǎn)
    計(jì)量活門的工作原理是：內(nèi)襯套相對于外襯套的旋轉(zhuǎn)就會改變計(jì)量開關(guān)的流道面積，從而改變航空發(fā)動機(jī)的燃油流量，如果計(jì)量活門襯套型孔設(shè)計(jì)為均勻角度的斜面，發(fā)動機(jī)工作時就會在控制油泵的油量時形成渦流，進(jìn)而影響發(fā)動機(jī)的性能。通過大量的實(shí)踐證明：要解決計(jì)量活門出口形成的渦流，將計(jì)量活門襯套窗口設(shè)計(jì)成多角度斜面，能方便的解決這一設(shè)計(jì)難題，但給型孔的加工帶來一定難度。
    我廠傳統(tǒng)計(jì)量活門襯套的窗口多為直角形或均勻斜面型，采用立銑刀直接銑削加工而成。本文所列舉的計(jì)量活門型孔屬于多角度斜面，參考傳統(tǒng)的工藝方法很難實(shí)現(xiàn)，如果采用五軸聯(lián)動數(shù)控加工只能實(shí)現(xiàn)型面角度，而型孔小轉(zhuǎn)接處角度變化則難以實(shí)現(xiàn)。所以必須采用一種簡便、高效、創(chuàng)新的方法來解決多面體型孔的加工問題。
    計(jì)量活門多角度斜面型孔加工分析
    以圖1為計(jì)量活門多角度斜面型孔：A斜面為45（4處），B斜面為40（2處），窗口寬度3.3mm。通過結(jié)構(gòu)分析得出：與傳統(tǒng)的計(jì)量活門襯套型孔相比較，該型孔加工的難度主要表現(xiàn)在型孔外多面體的加工。
    2.1.型孔加工方法分析
    2.1.1.采用傳統(tǒng)工藝方法在普通銑床上銑削加工，加工出的型面均為45斜面，結(jié)合型孔尺寸選擇刀具加工后型孔的寬度應(yīng)不小于13mm，而該型孔寬度只有3.3mm（圖2所示），因此該型孔不適合進(jìn)行銑削加工。
    2.1.2.采用三軸或五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心，借助UG軟件建立模型仿真加工型孔，因?yàn)樵撔涂壮叽缧?dǎo)致刀具模擬加工時產(chǎn)生干涉，且根據(jù)理論計(jì)算出的刀具直徑均不能用于實(shí)際加工。
    2.2.逆向分析思路
    結(jié)合我廠的電加工技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)以及三位建模軟件，通過逆向思維：把計(jì)量活門型孔本身比作陰模，需要去除該計(jì)量活門型孔的材料比作陽模的原理，通過計(jì)算得出型孔去除材料的尺寸并將其作為陽模，結(jié)合電火花技術(shù)的加工原理將該陽模作為電極，采用數(shù)控電火花加工使多角度斜面型孔，一次加工成型技術(shù)從而滿足型孔要求。
    計(jì)量活門多角度斜面型孔的加工方案
    3.1.電極的設(shè)計(jì)
    在確定使用刀具切削的工藝方法無法滿足計(jì)量活門襯套多角度斜面型孔的要求，嘗試采用UG軟件構(gòu)建電極模型，是電極各型面參數(shù)符合多角度型孔斜面參數(shù)的要求。經(jīng)過大量的試驗(yàn)驗(yàn)證：電極桿的材料選用45號鋼，點(diǎn)擊并的材料選用紫銅，兩者通過螺紋連接，又因電極型面為多角度斜面無法找正基準(zhǔn)，在制造電極時增加電極找正面，其目的是便于重復(fù)裝夾找正電極，并要求與電極一次裝夾加工完成，盡量減少電極制造過程中的誤差；或使電火花成型用柔性工具在數(shù)控機(jī)床加工出成型電極，再使用成型工具夾住電極進(jìn)行電火花加工型孔，其優(yōu)點(diǎn)是減少電極的找正工步，消除找正誤差、精確電極重復(fù)定位。
    3.2.電極的制造
    根據(jù)計(jì)量活門多角度斜面型孔的特征，結(jié)合逆向構(gòu)建的電極三維模型，使用90倒角刀在數(shù)控機(jī)床上按照設(shè)計(jì)出的電極型面尺寸，采用循環(huán)加工的方法進(jìn)行銑削加工。該工藝方法的使用既方便編程，又能去除較大的加工余量，并為同類結(jié)構(gòu)多角度斜面型孔的的加工提供參數(shù)依據(jù)。多角度斜面電極參數(shù)（以電極桿中心為零點(diǎn)）見下表1：

         表1         電極型面參數(shù)