CN110227969B - 大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法 - Google Patents

Abstract

大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，属于精密磨削加工技术领域。具有步骤为：S1、测量被加工孔段孔口、孔段中点与孔底处的孔径；S2、高效切入磨削；S3：判断高效磨削后的孔径是否达到设定的直径范围；S4、小切深往复磨削；S5、判断精密磨削后孔径是否满足尺寸要求；S6、修整砂轮形貌；S7、确定砂轮运动轨迹并用插补法磨削加工；S8、运用插补法修磨孔径直至满足尺寸要求。本发明提供的加工方法通过调控磨削加工时磨杆的预弯曲变形，实现磨削时砂轮与工件之间的法向磨削预紧力，实现材料的高效去除，通过改变砂轮形貌实现大长径比零件短孔的精密高质高效磨削加工，提高了该类短孔的加工精度、质量和生产效率。

Description

大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法

技术领域

本发明属于精密磨削加工技术领域，涉及大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法。

背景技术

飞机起落架是飞机的重要部件，也是保障飞机安全飞行的关键部件。大深径比作动筒和旋转筒等薄壁零件(L/D≥12，且孔深L≥1000mm)作为组成飞机起落架的重要零部件，为满足其高性能的使用要求，其毛坯件采用高强钢锻造成型，随后通过多道机械加工过程去除大量的材料(材料去除率高于87％)，加工成薄壁筒件，该类薄壁筒属于起落架的关键精密液压元件或气压元件，具有内部结构复杂包括多个阶梯孔(长阶梯孔和短阶梯孔)，过度圆弧及台阶面，且零件内孔的尺寸精度要求高等特点。

目前该类零件主要采用普通深孔内圆磨床进行精密磨削加工，由于零件壁薄、尺寸大，磨削加工前经过多道热处理工艺，其内表面形状精度差，为保障零件的最终加工精度，零件的磨削加工余量大(直径余量≥1.5mm)。磨削加工时为减少砂轮磨损，提高磨削加工效率和减小因砂轮磨损造成的零件精度降低，需要尽量增加砂轮直径和砂轮宽度，然而内孔磨削砂轮直径受孔径大小严格限制，因此增加砂轮宽度是其中有效的可行方案。然而由于细长磨杆(长度≥1000mm，直径≤50mm)刚性差，磨削时砂轮让刀变形严重，当磨削段内孔长度和砂轮宽度相近时，砂轮往复运动，由于孔口材料去除多，孔底材料去除少，造成内孔孔口大，孔底小，零件难以满足加工精度要求。目前，针对该类大深径比零件短孔的精密加工，由于内孔长度和砂轮宽度相当，无法通过普通的插补加工进行修整，经验丰富的操作员通常通过调整机床托板偏角，实现“调稍”，从而补偿磨削时由于弱刚性磨杆让刀变形导致的孔口和孔底材料去除量不一致的问题，满足该类短孔的加工精度要求，但是其中调整过程及其复杂、繁琐，且极易出现过补偿或欠补偿的问题，对以欠补偿需要反复修调，但一旦出现过补偿，则直接导致零件报废，其经济损失巨大，且该过程对操作者的技术要求高，劳动强度大，费时费力，生产效率低，难以实现自动化加工。随着社会发展对飞机数量的需求不断增加，以及对飞机使用安全性和可靠性的不断提高，对飞机起落架的制造提出了高性能、高安全性、高可靠性以及高效等需求，大深径比作动筒和旋转筒等薄壁零件作为飞机起落架的关键部件，其加工精度、加工表面质量和高效加工是决定飞机起落架高质高效生产的基础。

为此急需提出或发明一种新的大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，保障该类零件的加工尺寸精度和形状精度，提高零件的生产效率。

发明内容

针对上述面临的技术问题，本发明提出一种大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法。该加工方法通过调控磨削加工时磨杆的预弯曲变形，实现磨削时砂轮与工件之间的法向磨削预紧力，从而实现材料的高效去除，然后通过改变砂轮形貌实现大深径比零件短孔精密高质高效磨削加工，提高了大深径比零件短孔的加工精度、加工质量和生产效率。

为了达到上述目的，本发明采用的技术手段如下：

大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，包括以下步骤：

S1、测量被加工孔段孔口、孔段中点与孔底处的孔径：控制机床的X轴工作台和Z轴工作台进给，测出孔口、孔段中点与孔底处的孔径，并将测量结果依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为R₁、R₂和R₃，其中R₁为孔口处孔径，R₂为孔段中点处孔径，R₃为孔底处孔径。

S2、高效切入磨削：将砂轮前端置入被加工段孔腔，以磨杆预压量

切削深度20μm＜a_p≤50μm，磨削速度120mm/min≤F≤300mm/min进行往复磨削，其中，Xs为磨杆安全使用时允许的最大预弯曲变形量，Xa_p0为磨杆预压量。

S3：判断高效磨削后的孔径是否达到设定的直径范围：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂和R₃，通过基本尺寸D₀和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸D_max＝D₀+ES，和下极限尺寸D_min＝D₀+EI，设定直径D₁＝D_min+e₁，D₂＝D_min-e₂，且D_max＞D₁>D_min＞D₂＞0，若D₂≤R₁、R₂、R₃≤D₁，则执行步骤S4，否则返回步骤S2。

S4、小切深往复磨削：砂轮以磨杆预压量

切削深度1μm＜a_p≤10μm，磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min进行往复磨削。

S5、判断精密磨削后孔径是否在下极限尺寸D_min和上极限尺寸D_max之间：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，则完成加工，否则继续判断R₁与R₂是否满足D₁≤R₁≤D_max，且D₂≤R₃≤D_min，若满足，执行步骤S6，若不满足，返回步骤S4。

S6、修整砂轮形貌：将砂轮加工成阶梯轴形状，其中砂轮由两段阶梯轴组成，靠近砂轮前端面的轴段为有效磨削段，加工砂轮有效磨削段以外的其余部分并使其直径小于有效磨削段的砂轮直径。

S7、确定砂轮运动轨迹并用插补法磨削加工：对于孔底孔径小，孔口孔径大的锥形内孔，砂轮运动轨迹为左高右低的直线，轨迹起始点位于孔腔内且靠近孔口处，轨迹的终止点位于孔底且至内孔轴线的距离大于孔底处孔径的二分之一，砂轮由运动轨迹的起始点至终止点和由终止点至起始点的往复磨削运动均采用插补法。

S8、参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，完成加工，否则返回步骤S7。

所述的步骤S6中，砂轮有效磨削段以外的其余部分的直径比有效磨削段的直径小4～10μm。

所述的步骤S2中，最大许用预弯曲变形量Xs为0.4～0.7mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提出的大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，通过调控磨削加工时磨杆的预弯曲变形，实现磨削时砂轮与工件之间的法向磨削预紧力，从而实现材料的高效去除，然后通过改变砂轮形貌实现大深径比零件短孔精密高质高效磨削加工，提高了大深径比零件短孔的加工精度、加工质量和生产效率。

(2)本发明提出的大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，提高加工精度和加工效率，降低零件报废率，极大的节约加工成本，降低工人的劳动强度，同时可实现锥形内孔的精密自动化修整加工，极大降低了人为因素对工件加工精度的影响，减少甚至消除该类零件磨削加工质量对操着者技术水平的依赖，提高该类零件的智能化加工水平，并有效保障零件加工质量的一致性。

附图说明

图1是大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法的流程框图；

图2是大深径比零件内孔磨削的装置示意图；

图3是砂轮修整前后的轮廓示意图；

图4是内孔修磨前后轮廓的示意图。

图中：1测头，2控制与显示单元，3X轴工作台，4磨杆，5砂轮，6Z轴工作台。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，基于加工控制装置实现，如图2所示，包括测头1、控制与显示单元2、X轴工作台3、磨杆4、砂轮5、Z轴工作台6。所述Z轴工作台6和X轴工作台3分别位于床身左右两侧，且能够在床身上沿X轴方向、Z轴方向移动，磨杆4一端通过涨紧套夹紧固定在X轴工作台6上，另一端与砂轮5连接，所述测头1通过与磨杆4平行的支杆安装在X轴工作台3上，测头1与控制与显示单元2电连接，Z轴工作台6上设有三爪卡盘，工件一端夹持在三爪卡盘内，另一端设于中心架上。

大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、测量被加工孔段孔口、孔段中点与孔底处的孔径：控制机床的X轴工作台和Z轴工作台进给，测出孔口、孔段中点与孔底处的孔径，并将测量结果依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为R₁、R₂和R₃，其中R₁为孔口处孔径，R₂为孔段中点处孔径，R₃为孔底处孔径。

S2、高效切入磨削：将砂轮前端置入被加工段孔腔，以磨杆预压量

切削深度20μm＜a_p≤50μm，磨削速度120mm/min≤F≤300mm/min进行往复磨削，其中，Xs为磨杆安全使用时允许的最大预弯曲变形量，Xa_p0为磨杆预压量。

S3：判断高效磨削后的孔径是否达到设定的直径范围：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂和R₃，通过基本尺寸D₀和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸D_max＝D₀+ES，和下极限尺寸D_min＝D₀+EI，设定直径D₁＝D_min+e₁，D₂＝D_min-e₂，且D_max＞D₁>D_min＞D₂＞0，若D₂≤R₁、R₂、R₃≤D₁，则执行步骤S4，否则返回步骤S2。

S4、小切深往复磨削：砂轮以磨杆预压量

切削深度1μm＜a_p≤10μm，磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min进行往复磨削。

S5、判断精密磨削后孔径是否在下极限尺寸D_min和上极限尺寸D_max之间：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，则完成加工，否则继续判断R₁与R₂是否满足D₁≤R₁≤D_max，且D₂≤R₃≤D_min，若满足，执行步骤S6，若不满足，返回步骤S4。

S6、修整砂轮形貌：将砂轮加工成阶梯轴形状，其中砂轮由两段阶梯轴组成，靠近砂轮前端面的轴段为有效磨削段，加工砂轮有效磨削段以外的其余部分并使其直径小于有效磨削段的砂轮直径。

S7、确定砂轮运动轨迹并用插补法磨削加工：对于孔底孔径小，孔口孔径大的锥形内孔，砂轮运动轨迹为左高右低的直线，轨迹起始点位于孔腔内且靠近孔口处，轨迹的终止点位于孔底且至内孔轴线的距离大于孔底处孔径的二分之一，砂轮由运动轨迹的起始点至终止点和由终止点至起始点的往复磨削运动均采用插补法。

S8、参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，完成加工，否则返回步骤S7。

所述的步骤S6中，砂轮有效磨削段以外的其余部分的直径比有效磨削段的直径小4～10μm。

所述的步骤S2中，最大许用预弯曲变形量Xs为0.4～0.7mm。

实施例1

大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、测量被加工孔段孔口、孔段中点与孔底处的孔径：控制机床的X轴工作台和Z轴工作台进给，测出孔口、孔段中点与孔底处的孔径，并将测量结果依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为R₁、R₂和R₃，其中R₁为孔口处孔径，R₂为孔段中点处孔径，R₃为孔底处孔径。

S2、高效切入磨削：将砂轮前端置入被加工段孔腔，以磨杆预压量Xa_p0＝0.3mm，切削深度a_p＝20μm，磨削速度F＝150mm/min进行往复磨削，其中，Xs为磨杆安全使用时允许的最大预弯曲变形量，该实施例中最大许用预弯曲变形量Xs＝0.4mm。

S3：判断高效磨削后的孔径是否达到设定的直径范围：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂和R₃，通过基本尺寸D₀和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸D_max＝D₀+ES，和下极限尺寸D_min＝D₀+EI，设定直径D₁＝D_min+e₁，D₂＝D_min-e₂，且D_max＞D₁>D_min＞D₂＞0，若D₂≤R₁、R₂、R₃≤D₁，则执行步骤S4，否则返回步骤S2。

S4、小切深往复磨削：砂轮以磨杆预压量Xa_p0＝0.1mm，切削深度a_p＝2μm，磨削速度F＝200mm/min进行往复磨削。

S5、判断精密磨削后孔径是否在下极限尺寸D_min和上极限尺寸D_max之间：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，则完成加工，否则继续判断R₁与R₂是否满足D₁≤R₁≤_Dmax，且D₂≤R₃≤D_min，若满足，执行步骤S6，若不满足，返回步骤S4。

S6、修整砂轮形貌：将砂轮加工成阶梯轴形状，其中砂轮由两段阶梯轴组成，靠近砂轮前端面的轴段为有效磨削段，加工砂轮有效磨削段以外的其余部分并使其直径小于有效磨削段的砂轮直径。

S7、确定砂轮运动轨迹并用插补法磨削加工：对于孔底孔径小，孔口孔径大的锥形内孔，砂轮运动轨迹为左高右低的直线，轨迹起始点位于孔腔内且靠近孔口处，轨迹的终止点位于孔底且至内孔轴线的距离大于孔底处孔径的二分之一，砂轮由运动轨迹的起始点至终止点和由终止点至起始点的往复磨削运动均采用插补法。

S8、参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，完成加工，否则返回步骤S7。

所述步骤S6中，砂轮有效磨削段以外的其余部分的直径比有效磨削段的直径小5μm。

实施例2

大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，如图1所示，包括如下步骤：

S1、测量被加工孔段孔口、孔段中点与孔底处的孔径：控制机床的X轴工作台和Z轴工作台进给，测出孔口、孔段中点与孔底处的孔径，并将测量结果依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为R₁、R₂和R₃，其中R₁为孔口处孔径，R₂为孔段中点处孔径，R₃为孔底处孔径。

S2、高效切入磨削：将砂轮前端置入被加工段孔腔，以磨杆预压量Xa_p0＝0.5mm，切削深度a_p＝30μm，磨削速度F＝120mm/min进行往复磨削，其中，Xs为磨杆安全使用时允许的最大预弯曲变形量，该实施例中最大许用预弯曲变形量Xs＝0.7mm。

S3：判断高效磨削后的孔径是否达到设定的直径范围：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂和R₃，通过基本尺寸D₀和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸D_max＝D₀+ES，和下极限尺寸D_min＝D₀+EI，设定直径D₁＝D_min+e₁，D₂＝D_min-e₂，且D_max＞D₁>D_min＞D₂＞0，若D₂≤R₁、R₂、R₃≤D₁，则执行步骤S4，否则返回步骤S2。

S4、小切深往复磨削：砂轮以磨杆预压量Xa_p0＝0.2mm，切削深度a_p＝10μm，磨削速度F＝280mm/min进行往复磨削。

S5、判断精密磨削后孔径是否在下极限尺寸D_min和上极限尺寸D_max之间：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，则完成加工，否则继续判断R₁与R₂是否满足D₁≤R₁≤D_max，且D₂≤R₃≤D_min，若满足，执行步骤S6，若不满足，返回步骤S4。

S6、修整砂轮形貌：将砂轮加工成阶梯轴形状，其中砂轮由两段阶梯轴组成，靠近砂轮前端面的轴段为有效磨削段，加工砂轮有效磨削段以外的其余部分并使其直径小于有效磨削段的砂轮直径。

S7、确定砂轮运动轨迹并用插补法磨削加工：对于孔底孔径小，孔口孔径大的锥形内孔，砂轮运动轨迹为左高右低的直线，轨迹起始点位于孔腔内且靠近孔口处，轨迹的终止点位于孔底且至内孔轴线的距离大于孔底处孔径的二分之一，砂轮由运动轨迹的起始点至终止点和由终止点至起始点的往复磨削运动均采用插补法。

S8、参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，完成加工，否则返回步骤S7。

所述步骤S6中，砂轮有效磨削段以外的其余部分的直径比有效磨削段的直径小10μm。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，其特征在于所述的加工方法包括以下步骤：

S1、测量被加工孔段孔口、孔段中点与孔底处的孔径：控制机床的X轴工作台和Z轴工作台进给，测出孔口、孔段中点与孔底处的孔径，并将测量结果依次写入数控系统R变量进行存储，对应R参数为R₁、R₂和R₃，其中R₁为孔口处孔径，R₂为孔段中点处孔径，R₃为孔底处孔径；

S2、高效切入磨削：将砂轮前端置入被加工段孔腔，以磨杆预压量

切削深度20μm＜a_p≤50μm，磨削速度120mm/min≤F≤300mm/min进行往复磨削，其中，Xs为磨杆安全使用时允许的最大预弯曲变形量，Xa_p0为磨杆预压量；

S3：判断高效磨削后的孔径是否达到设定的直径范围：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂和R₃，通过基本尺寸D₀和公差E(ES，EI)要求，确定理论孔径上极限尺寸D_max＝D₀+ES，和下极限尺寸D_min＝D₀+EI，设定直径D₁＝D_min+e₁，D₂＝D_min-e₂，且D_max＞D₁>D_min＞D₂＞0，若D₂≤R₁、R₂、R₃≤D₁，则执行步骤S4，否则返回步骤S2；

S4、小切深往复磨削：砂轮以磨杆预压量

切削深度1μm＜a_p≤10μm，磨削速度180mm/min≤F≤300mm/min进行往复磨削；

S5、判断精密磨削后孔径是否在下极限尺寸D_min和上极限尺寸D_max之间：参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，则完成加工，否则继续判断R₁与R₂是否满足D₁≤R₁≤D_max，且D₂≤R₃≤D_min，若满足，执行步骤S6，若不满足，返回步骤S4；

S6、修整砂轮形貌：将砂轮加工成阶梯轴形状，其中砂轮由两段阶梯轴组成，靠近砂轮前端面的轴段为有效磨削段，加工砂轮有效磨削段以外的其余部分并使其直径小于有效磨削段的砂轮直径；

S7、确定砂轮运动轨迹并用插补法磨削加工：对于孔底孔径小，孔口孔径大的锥形内孔，砂轮运动轨迹为左高右低的直线，轨迹起始点位于孔腔内且靠近孔口处，轨迹的终止点位于孔底且至内孔轴线的距离大于孔底处孔径的二分之一，砂轮由运动轨迹的起始点至终止点和由终止点至起始点的往复磨削运动均采用插补法；

S8、参照步骤S1测出孔径R₁、R₂与R₃，若D_min≤R₁、R₂、R₃≤D_max，完成加工，否则返回步骤S7。

2.根据权利要求1所述的大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，其特征在于，所述的步骤S6中，砂轮有效磨削段以外的其余部分的直径比有效磨削段的直径小4～10μm。

3.根据权利要求1所述的大长径比弱刚性磨杆磨削短孔的加工方法，其特征在于，所述的步骤S2中，最大许用预弯曲变形量Xs为0.4～0.7mm。

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