CN107738072A - 一种航天用力矩陀螺中机座组件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天用力矩陀螺中机座组件的加工方法，所述方法包括下料后的热处理，粗铣外形，粗研磨上下两端面八处平台的平面度，卧铣加工，淬火处理，应力释放，检测，成品研磨等。该方法可避免因机床刀具直接加工淬火后钢件而达不到尺寸精度，并同时确保两端孔的同轴及圆柱度问题，从而降低了加工成本，提高了成品合格率。

Description

一种航天用力矩陀螺中机座组件的加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种航天用力矩陀螺中机座组件的加工方法。

背景技术

加工专用于航天领域力矩陀螺的铝合金及钢套组装件时，铝合金制件为2A14H112状态材质经热处理转变为2A14T6状态，钢套为9Cr18材质淬火后至硬度HRC48～53，经温差法装配(将铝合金件加热后，把钢套镶入)，以螺钉紧固；要求上下八处平面度为0.003，四处平面共面为0.008，上下八处的平行度为0.008，两端孔的直径为圆柱度均为0.003，两端孔相对于公共轴线的同轴度为0.003，钢套端相对于基准B的同轴度为0.03，基准B相对于钢套孔的同轴度为0.03，此工件属于典型的高精度零件；因工件较大，主体工件部位为铝合金材质，总体长度达到440mm，加工过程中易变形，精度尺寸要求高，所以加工难度大，产品质量不易保证。

此种类型工件一般加工方式为：组装后以机床精度保证两端孔的直径精度、同轴度和圆柱度，同工序加工左右两端面平面，来保证图纸的垂直度要求，并精铣上下两端面的八处平台，来保证平面度要求；在加工过程中会由于钢套端工件淬火后尺寸精度、圆柱度及端面平面度难以保证，再者由于一般的加工方法保证同轴度是将两端孔同时加工，但由于两端孔之间间隔尺寸较大，镗刀杆较长，容易造成振刀，加工后同轴度难以保证；加工后钢套端面圆柱度0.01以上，两端尺寸因为两端孔材质不一样，造成铝件端孔易达到尺寸，而钢件端孔尺寸难以保证，在加工后会导致工件成为次品或废品，使产品的原材料消耗增大，成本升高，产品的合格率大幅下降。

发明内容

本发明主要是提供专用于航天用力矩陀螺中机座组件的加工方法，可避免因机床刀具直接加工淬火后钢件而达不到尺寸精度，并同时确保两端孔的同轴及圆柱度问题，从而降低了加工成本，提高了成品合格率！

本发明是通过如下技术方案予以实现的：

一种航天用力矩陀螺中机座组件的加工方法，该方法包含以下步骤：

1)、下料后将铝合金制件进行锻造三遍处理，并进行热处理，粗车外形后进行探伤检测，确保锻造后不能出现重皮，夹渣，裂纹等锻造缺陷；

2)、粗铣外形：半精铣外形，精铣外形局部留量至工件两端面均留0.1-0.2mm精铣量，左右两端面、钢套安装孔与￠D孔均径向留精镗孔量0.2-0.3，基准H和基准J八处平面均留0.02-0.03mm研磨量；粗铣、半精铣、精铣过程中间共做两遍热处理对工件进行消除内应力处理，精铣后做高低温处理；

3)、粗研磨上下两端面八处平台的平面度，确保平面度四处共面0.003以内，平行度在0.006以内，之后转卧铣加工两端面，铝件左右端面留0.01-0.02研磨量，基准A端面钢套安装部位精铣到位，并精镗孔￠D1孔至尺寸，右端孔预留0.02-0.025研磨量；

4)、卧铣加工：以2处ф13孔拉直定中心，并精铣外形上型腔及轮廓，保立筋宽6mm,横筋厚5mm；钻立筋上2-M4底孔并做引螺纹，共计4组；精铣左侧平面，精铣平面上4处异形槽及2个椭圆槽至尺寸，钻通孔8-ф6.5；精铣右侧平面及平面上ф110高0.5圆台，端面留量0.2mm，钻3-M2.5底孔并做引螺纹，共12处；钻2-M3底孔并做引螺纹；钻8-M8、8-M4底孔并做引螺纹；

5)、钢套通过下料后粗车，粗铣沉孔后进行淬火处理，淬火后精车钢套，处径向留0.1mm磨量，孔预留0.02-0.025研磨量， 下端面留研磨量0.01-0.02；转磨床以内孔穿芯轴定位磨外圆与有0.02-0.025过盈量，基准A端面至尺寸；

6)、将铝合金件放入高温烧结箱内加热至80℃，保温20分钟后取出，将钢套镶入￠D1孔中，以螺钉紧固后，放置7-10天，因为采用的是过盈配合，装配后会产生应力的释放；

7)、经应力释放后的机座组件，在三坐标进行初步检测，主要检测的是两端孔相对于公共轴线的同轴度，并在机座组件上标注偏差位置，以便于研磨工序调校工件的同轴度，研磨序将以工装研磨棒依据检测数据校正公共轴线，然后以每次研磨去量约0.005-0.008的加工方式，均匀去量直至公差范围之内；每去量一次三坐标提供一次检测数据，方便研磨序了解实际加工的尺寸精度，最后以公共轴线为基准研磨基准B端端面，保垂直度，以基准B端面为基准，研磨组件基准A端端面及钢套端面，保平面度及两端的平行度；研磨时同时研磨两端内孔，并且上端研磨套需比下端研磨套直径大0.003mm；

8)、最后进行成品研磨：研磨4处凸台平面，保平面度0.003，平面度0.008；上下两面共计8处，保证形位公差平面度0.003，平行度相对于H面0.008；

以机座ф76孔端端面为垂直基准，研磨棒同时研磨机座ф76孔和机座钢套ф76孔至尺寸，保两端孔相对于A,B同轴度0.004，圆柱度0.003；保证机座钢套短空相对于B同轴度0.03，保机座Ф76孔相对于A同轴度0.03.以A-B轴线为垂直基准，研磨机座钢套端面，保证垂直度相对于A0.004，平面度0.003；以A-B轴线为垂直基准，研磨机座大端面，保平面度0.003，相对于A垂直度0.005。

该方法可避免因机床刀具直接加工淬火后钢件而达不到尺寸精度，并同时确保两端孔的同轴及圆柱度问题，从而降低了加工成本，提高了成品合格率。

具体实施方式

具体实施方式一：

步骤一：利用锯床截取尺寸Ф120*50的不锈钢棒料，保证棒料端面与外圆垂直，误差小于0.5mm，并保证两端面尺寸50±0.5mm。

步骤二：利用硬质合金车刀，以三爪夹外圆的方式粗车棒料端面见光，粗车内孔，留单边余量0.5mm，再以端面及内孔为装夹基准，粗车大外圆及小外圆留单边余量0.5mm，车端面至工件总长留单边0.5mm，主轴转速1000～1200r/min，进给量0.2mm/r，切削深度0.5mm；

步骤三：利用Ф5及Ф3.5硬质合金钻头，以端面为基准，大外圆盘圆找正中心，钻端面上各孔留单边余量0.5mm；主轴转速500r/min；

步骤四：热处理淬火至HRC48～53；

步骤五：利用不锈钢专用金刚石车刀，以小外圆以及大外圆端面定位，精车大外圆单边去量约0.5mm(单边留磨量0.05mm)，车内孔至图纸尺寸(双边留0.005～0.01研磨量)；定位内孔及端面，精车端面至图纸总长；精车小外圆至留量至图纸总长(按上差控制，端面留磨量0.05mm)，精车大外圆至图纸尺寸；

步骤六：定位小外圆及端面，拉直对角两处孔，以内孔定中心，紧固工件，铣各孔至图纸尺寸，机座两端孔(需装配钢套孔)镗至尺寸(铣孔与锥销套配做过盈，双边过盈量0.01mm～0.015mm)；

步骤七：热处理高低温尺寸稳定性，用干净航空汽油清洗零件，并用绸布或毛刷，逐件洗净零件和夹具，去除油污紫色等，用气枪逐件吹干零件，并置于通风处1～2小时，装炉，零件放置于专用工装上；温度：高温100℃，保温2小时，低温-70℃，保温2小时，最后一次高温100℃，保温4小时后空冷至常温；按高-低-高-低-高的顺序依次进行；

步骤八：研磨内孔至作为磨床基准；

步骤九：外圆磨以芯轴定位内孔压盘压装端面，磨小外圆达图纸尺寸(按机座ФD1孔配做，保证双边过盈量0.01～0.015)，磨大外圆两端面(沉孔端端面预留0.01-0.02mm研磨量，在组件状态下精研至厚度尺寸)；

具体实施方式二：

步骤一：锯床下料，下料尺寸控制：Ф300*360；保证端面与外圆垂直，误差小于0.5mm，保证两端面尺寸360±0.5mm；

步骤二：将截取好的棒料进行锻造，并人工时效至T6(淬火处理：将坯料加热到500℃，保温6小时，在30℃水温中冷却后，转至保温箱中保温至160℃，保温10小时后取出，空冷至常温)；状态，并经探伤检测及力学试验后合格；

步骤三：利用铝用硬质合金刀具进行铣削工件，以一端大端面为底平面，光刀上平面，粗铣内部轮廓，按成品图单边留量3mm加工成，倒压板压装工件内部已加工完成轮廓，粗铣工件外形按成品图单边留量3mm加工成；反向压装，铣端面至单边留量3mm高度尺寸；主轴转速600r/min，进给速度100～120mm/min，切削深度0.2～0.25mm；

步骤四：热处理消除工件内应力：①使用汽油、酒精依次清洗工件，洗去工件表面的异物，风干；②使用电热鼓风干燥箱，在180℃保温5小时，空冷；③操作过程中工件应轻拿轻放，工件清洗后应戴干净手套进行操作；

步骤五：以工件端面及内孔定位，粗铣工件各部达单边留量1mm，此序中各槽均不加工，另部分通孔加工到位，部分孔不加工；主轴转速：600r/min；

步骤六：热处理消除工件内应力：①使用汽油、酒精依次清洗工件，洗去工件表面的异物，风干；②使用电热鼓风干燥箱，在180℃保温5小时，空冷；③操作过程中工件应轻拿轻放，工件清洗后应戴干净手套进行操作；

步骤七：利用铝用专用硬质合金刀具，拉直两侧平面，以大内孔定中心，精铣上平面及4处平台留0.2mm精铣量，精铣通孔达图，钻螺纹孔底孔并做引螺纹，精铣大内孔至图纸尺寸，按成品图铣外形并留量0.5mm；翻个，以两处通孔拉直，按大内孔定中心，精铣上平面及4处凸台留0.2mm精铣量，钻各螺纹孔底孔并做引螺纹；立铣安装侧铣后加工各减重孔达图；卧铣安装，以两处通孔拉直定中心，精铣上下两处外形至图纸尺寸，并精铣外形上型腔及轮廓，保证立筋宽度，钻立筋上螺纹孔底孔并做引螺纹，共计4组，精铣左侧平面，精铣平面上4处异形槽及2个椭圆槽至尺寸，钻通孔达图，铣ФD至Ф(D-0.5，镶机座钢套后同时加工两处ФD孔)；精铣右侧平面及平面上ФD2高0.5圆台(端面留量0.2mm)，钻螺纹孔底孔并做引螺纹，共计12处；钻剩余螺纹孔底孔并做引螺纹；主轴转速1000～1200r/min，进给速度60mm/min，切削深度0.1～0.15mm；

步骤八：高低温尺寸稳定性处理：①使用汽油、酒精依次清洗工件，洗去工件表面的油污及其他异物，风干；②高低温循环处理，按高-低-高-低-高顺序进行，高温160℃，保温2H，低温温度低于-180℃，保温2H，最后由高温保温6H空冷出炉；③操作过程中工件应轻拿轻放，工件清洗后应戴干净手套进行操作；

步骤九：分别以端面以及大内孔为基准找正安装，精铣正反面8处平台至图纸尺寸(均留0.02～0.03mm研磨量)；辅助粗研磨工件上下八处平台，用做铣加工基准平面；以端面为基准底平面，压装工件，精铣机座左右两端面(两端面各留0.02～0.03mm研磨量)，镗孔ФD1至图纸尺寸(与机座钢套配做，保证双边过盈量0.01～0.015)，钳工辅助镶入机座钢套，镗ФD至图纸尺寸(预留研磨量0.02～0.03)；精铣4处锥销孔至图纸尺寸；主轴转速1000～1200r/min，进给速度60mm/min，切削深度0.1～0.15mm；

步骤十：钳工攻丝所有螺纹孔至图纸尺寸，去除毛刺；注意保护工件，不得有磕碰，划伤；按超声波作业指导书清洗工件；

步骤十一：组装前研磨：以ФD1与ФD孔公共轴线为基准研磨ФD1孔端小端面，研磨ФD2端面，研磨ФD孔端面；组装后研磨工件：研磨机座钢套与机座两处ФD及两端面至图纸尺寸，研磨端面3处4处凸台平面，上下两面共计8处，注意保护工件，不得有磕碰划伤；研磨完成后彻底清除研磨砂，酒精清洗，擦拭工件；

具体实施方式三：

步骤一：将加工完成的机座钢套及机座本体按超声波作业指导书，仔细清洗，保证无异物，将铝合金材质机座本体置于高温烧结箱中，加热至80℃，保温20分钟，取出后迅速将准备好的机座钢套装入其中，并用螺钉紧固，保证螺钉头低于大端面0.4mm左右；装配后的组件常温下放置7-10天，以释放因过盈配合操作所带来的应力；

步骤二：将安装完成的机座组件进行三坐标测量，并提供ФD孔圆柱度，同轴度，端面平面度，垂直度，两端面平行度，以三坐标检测后数据为准，进行后序研磨；每次研磨去量0.005～0.008mm，研磨完成后进行三坐标检测，并提供以上数据，之后再次进行研磨，研磨完成后再次进行三坐标检测，直至将ФD孔研磨至图纸尺寸，并保证图纸中所要求形位公差；最后以公共轴线为基准研磨端面3，保垂直度，以基准端面3为基准，研磨组件钢套与机座组合端端面及钢套端面，保平面度及两端的平行度。

以上内容描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种航天用力矩陀螺中机座组件的加工方法，该方法包含以下步骤：

1)、下料后将铝合金制件进行三遍锻造处理，并进行热处理，粗车外形后进行探伤检测，确保锻造后不能出现重皮，夹渣，裂纹等锻造缺陷；

2)、粗铣外形，半精铣外形：精铣外形局部留量至工件两端面均留0.1-0.2mm精铣量，左右两端面、钢套安装孔与￠D孔均径向留精镗孔量0.2-0.3，基准H和基准J八处平面均留0.02-0.03mm研磨量；粗铣、半精铣、精铣过程中间共做两遍热处理对工件进行消除内应力处理，精铣后做高低温处理；

3)、粗研磨上下两端面八处平台的平面度，确保平面度四处共面0.003以内，平行度在0.006以内，之后转卧铣加工两端面，铝件左右端面留0.01-0.02研磨量，基准A端面钢套安装部位精铣到位，并精镗￠D1孔，右端孔预留0.02-0.025研磨量；

4)、卧铣加工：以2处ф13孔拉直定中心，并精铣外形上型腔及轮廓，保立筋宽6mm,横筋厚5mm；钻立筋上2-M4底孔并做引螺纹，共计4组；精铣左侧平面，精铣平面上4处异形槽及2个椭圆槽至尺寸，钻通孔8-ф6.5；精铣右侧平面及平面上ф110高0.5圆台，端面留量0.2mm，钻3-M2.5底孔并做引螺纹，共12处；钻2-M3底孔并做引螺纹；钻8-M8、8-M4底孔并做引螺纹；

5)、钢套通过下料后粗车，粗铣沉孔后进行淬火处理，淬火后精车钢套，￠D1处径向留0.1mm磨量，孔预留0.02-0.025研磨量，￠D3下端面留研磨量0.01-0.02；转磨床以内孔穿芯轴定位磨外圆￠D2，与￠D 1有0.02-0.025过盈量，基准A端面至尺寸；

6)、将铝合金件放入高温烧结箱内加热至80℃，保温20分钟后取出，将钢套镶入￠D1孔中，以螺钉紧固后，放置7-10天，因为采用的是过盈配合，装配后会产生应力的释放；

7)、经应力释放后的机座组件，进行初步检测，主要检测的是两端孔相对于公共轴线的同轴度，并在机座组件上标注偏差位置，以便于研磨工序调校工件的同轴度，研磨序将以工装研磨棒依据检测数据校正公共轴线，然后以每次研磨去量约0.005-0.008的加工方式，均匀去量直至 公差范围之内；每去量一次三坐标提供一次检测数据，方便研磨序了解实际加工的尺寸精度，最后以公共轴线为基准研磨基准B端端面，保垂直度，以基准B端面为基准，研磨组件基准A端端面及钢套端面，保平面度及两端的平行度；研磨时同时研磨两端内孔，并且上端研磨套需比下端研磨套直径大0.003mm；

8)、最后进行成品研磨：研磨四处凸台平面，保平面度0.003，平面度0.008；上下两面共计8处，保证形位公差平面度0.003，平行度相对于H面0.008；以机座ф76孔端端面为垂直基准，研磨棒同时研磨机座ф76孔和机座钢套ф76孔至尺寸，保两端孔相对于A,B同轴度0.004，圆柱度0.003；保证机座钢套筛孔相对于B同轴度0.03，保机座Ф76孔相对于A同轴度0.03.以A-B轴线为垂直基准，研磨机座钢套端面，保证垂直度相对于A0.004，平面度0.003；以A-B轴线为垂直基准，研磨机座大端面，保平面度0.003，相对于A垂直度0.005。