CN112935715B - 一种飞机机轮轮毂的机加制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，包括以下步骤：(S1)粗车大、小端；(S2)探伤Ⅰ；(S3)粗铣大、小端；(S4)时效；(S5)半精车内孔；(S6)半精车内腔；(S7)半精车小端；(S8)精铣小端；(S9)精车大端；(S10)精车内腔；(S11)精铣锥面；(S12)精铣台阶；(S13)精车小端；(S14)钻斜孔；(S15)铣工艺凸台；(S16)钳作；(S17)检验；(S18)探伤Ⅱ。本方法通过粗加工去除大量余量，采用时效处理消除粗加工应力，增设工艺凸台改变装夹方式减小夹紧应力，增大定位面减少产品装夹变形，优化曲面的车削程序编制，改进曲面的铣削方法，攻克凸键加工技术瓶颈。

Description

一种飞机机轮轮毂的机加制造方法

技术领域

本发明涉及精密机械技术领域，尤其涉及一种飞机机轮轮毂的机加制造方法。

背景技术

飞机机轮是起落架的重要承力部件，而轮毂又是机轮的核心部件之一，外配有轮胎、内装有刹车装置，在飞机起飞、着陆滑跑、滑行、转弯、制动过程中，承受冲击载荷、疲劳载荷和热载荷。

机轮轮毂不是简单的板、壳组合，而是一个似壳非壳、似板非板的组合旋转体机构。轮毂为非对称结构，对于这样的结构和复杂的载荷状态，轮毂的圆角过渡处、卡环槽处、轮缘根部圆角处和减重孔附近区域是高应力区，裂纹往往产生于这些部位，一旦发生断裂将直接危及飞机安全。在毛坯锻造和机加生产过程中都将产生应力，应力的集中将使轮毂产生变形。轮毂是支撑整个机身的重要部件，变形会影响轮毂凸缘与轮胎外沿的密合度，造成轮胎暗漏、异常磨损、动平衡破坏等现象，因此消除应力、减小变形的问题必须得到解决。

机轮轮毂属于薄壁异形结构件，其制造方法通常必须考虑的是毛坯锻造成形、粗、精加工分开、合理的切削参数、适当的去应力时效，而该零件的制造工艺作为突出的工艺技术问题被提出来，基于以下加工难点：

(1)轮毂属于薄壁异形件范畴，加工装夹不当会产生装夹应力与变形，寻求合适装夹方式，避免产生应力，有效减小变形，保证零件的加工质量是贯通工艺的重中之重；

(2)减重孔附近区域的曲面(见图2)各相切处不允许有接刀痕，应圆滑过渡，尺寸、表面粗糙度1.6、形位公差≤0.05mm。如此高精度的产品要求，用一般的直线插补和圆弧插补近似加工是做不到的，新工艺的研发势在必行；

(3)内腔18处R10沿3.2°±15’锥面粗糙度3.2(见图3)，采用立式加工中心加工，立铣刀伸出过长，刚性差，不能满足图纸要求，采用普通铣削方式型腔铣削时，R10处圆弧因切削振动产生严重振纹；

(4)加工轮毂内型九处凸键。凸键位于轮毂内腔狭小空间部位，加工干涉面多，移动空间小。精度特别高，公差只有0.021mm，对称度0.05mm；局部结构为直角，常规铣削法方式无法加工；

(5)轮毂关键要素之一是两端轴承孔圆柱度(0.018mm)、跳动(0.03mm)和两孔同轴度(φ0.03mm)，精度高，难加工。

发明内容

本发明提出的一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，通过粗加工去除大量余量，采用时效处理消除粗加工应力，增设工艺凸台改变装夹方式减小夹紧应力，增大定位面减少产品装夹变形，优化曲面的车削程序编制，改进曲面的铣削方法，攻克凸键加工技术瓶颈。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，包括以下步骤：(S1)粗车大、小端；(S2)探伤Ⅰ；(S3)粗铣大、小端；(S4)时效；(S5)半精车内孔；(S6)半精车内腔；(S7)半精车小端；(S8)精铣小端；(S9)精车大端；(S10)精车内腔；(S11)精铣锥面；(S12)精铣台阶；(S13)精车小端；(S14)钻斜孔；(S15)铣工艺凸台；(S16)钳作；(S17)检验；(S18)探伤Ⅱ；

步骤(S1)至(S3)中在小端加工制造出装夹工艺凸台；

步骤(S1)至(S3)中在大端预留工艺定位凸台；

步骤(S1)至(S16)中采用范成法车削轮毂曲面；

所述范成法车削轮毂曲面的具体方法为：

根据渐开线形成原理，由极坐标转化为直角坐标，渐开线极坐标方程为：

θ＝ω-arctg(ω)＝(α+β)-arctg(α+β)

其中：P、θ为渐开线工程两个极坐标，R为基圆半径，ω为滚展角，α为压力角，β为压力角；

根据渐开线极坐标方程描述的刀具轨迹转换化为直角坐标来加工轮毂的曲线；

步骤(S3)、(S8)、(S11)、(S12)、(S15)中采用插铣方式铣削轮毂曲面；并采用五轴加工中心，配上90°角度铣削头，铣削轮毂凸键；

步骤(S5)、(S6)、(S10)中轮毂轴承孔的加工采用工艺定位凸台的定位装夹方式，在精车小端工序以大端外圆定位压紧端面，采用镗孔和背镗相结合的工艺方法，两孔一次装夹完成。

优选的，步骤(S2)中探伤Ⅰ为探伤检测有无裂纹。

优选的，步骤(S4)中应力时效的温度为150℃～155℃，保温时间≥6小时。

优选的，步骤(S1)至(S16)中采用范成法车削轮毂曲面，曲面尺寸、形位公差精度均在0.03mm以内。

优选的，步骤(S3)、(S8)、(S11)、(S12)、(S15)中铣削头最大转速4500rpm，最大夹持直径10mm，刀具采用直径8mm或10mm立铣刀，设定加工切削参数s＝1500rpm，f＝300mm/min，ap＝1mm，s为主轴转速，f为进给量，ap为背吃刀量；加工平面为YZ平面，设备为五轴加工中心，程序采用了R变量参数来调整尺寸精度，其加工工艺为先粗铣后精铣，每一凸键依次加工。

优选的，步骤(S18)中探伤Ⅱ为再次探伤成品检验合格之后检测有无裂纹。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出的一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，其精密制造技术方法用于飞机机轮轮毂的加工，解决了其应力集中及变形问题，制造出变形小、精度高、质量可靠的机轮轮毂，其装配性和长贮性均符合要求，产品质量稳定，应用效果很好。

附图说明

图1为本发明的轮毂结构示意图；

图2为本发明的轮毂结构示意图；

图3为本发明的轮毂结构示意图；

图4为本发明的减重孔附近区域的曲面示意图；

图5为本发明的装夹定位示意图；

图6为本发明的曲面铣削结构示意图；

图7为本发明的轴承孔结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

参照图1-7，一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，包括以下步骤：(S1)粗车大、小端；(S2)探伤Ⅰ；(S3)粗铣大、小端；(S4)时效；(S5)半精车内孔；(S6)半精车内腔；(S7)半精车小端；(S8)精铣小端；(S9)精车大端；(S10)精车内腔；(S11)精铣锥面；(S12)精铣台阶；(S13)精车小端；(S14)钻斜孔；(S15)铣工艺凸台；(S16)钳作；(S17)检验；(S18)探伤Ⅱ；

本制造方法采用粗加工+半精加工方法，去除大余量；

为了提高精度，减少变形，在半精加工、精加工工序前即步骤(S1)至(S3)中在小端加工制造出装夹工艺凸台；采用大花盘定位外圆、压板压紧端面的夹紧方式，见图5中Ⅱ处。此工艺凸台将产品受力方向由径向改为轴向，贯穿整个生产流程，基准统一，重复定位精度高。

本步骤(S1)至(S3)中在大端预留工艺定位凸台，见图5中Ⅰ处，增大大端定位面降低应力减少装夹变形，在工艺最终铣削掉该定位凸台。

粗车后去应力时效的温度为150℃～155℃，保温时间不小于6小时。

本步骤(S1)至(S16)中采用范成法车削轮毂曲面，范成法车削轮毂曲面的具体方法为：

根据渐开线形成原理，由极坐标转化为直角坐标，渐开线极坐标方程为：

θ＝ω-arctg(ω)＝(α+β)-arctg(α+β)

其中：P、θ为渐开线工程两个极坐标，R为基圆半径，ω为滚展角，α为压力角，β为压力角；

根据渐开线极坐标方程描述的刀具轨迹转换化为直角坐标来加工轮毂的曲线，直角坐标关系如下：

X＝P cosθ

Z＝P sinθ

图4中相应的点a、b、c、d、e、f、g、h、i、j经转换后的直角坐标值为(X，Z)如下：

本步骤(S3)、(S8)、(S11)、(S12)、(S15)中采用插铣方式铣削轮毂曲面，常规方法铣削R10后振刀，表面粗糙度差，铣削效率低。改用可转位立铣刀，创新应用插铣方式精铣R10圆弧，见图6，增加刀具的刚性，避免切削振动，表面质量大大提高，满足产品要求。而且只换刀片，节约成本。

采用了多轴+角度铣削头铣削轮毂凸键：采用五轴加工中心，配上非标90°角度铣削头，解决轮毂狭窄空间内凸键的加工。铣削头最大转速4500rpm，最大夹持直径10mm。刀具采用直径8mm或10mm立铣刀，设定加工切削参数s＝1500rpm，f＝300mm/min，ap＝1mm(s为主轴转速，f为进给量，ap为背吃刀量)，其中s为主轴转速，f为进给量，ap为背吃刀量，加工平面为YZ平面，设备为五轴加工中心，程序采用了R变量参数来调整尺寸精度。其加工工艺是先粗铣后精铣，一个一个凸键加工，保证了尺寸的精度和形位公差；凸键宽度尺寸设计制造专用量具控制。

如图7，为保证关键要素两端轴承孔尺寸精度及其圆柱度0.018mm、跳动0.03mm和同轴度垂直度φ0.03mm，本步骤(S5)、(S6)、(S10)中轮毂轴承孔的加工采用工艺定位凸台的定位装夹方式，在精车小端工序以大端外圆定位压紧端面，采用镗孔和背镗相结合的工艺方法，两孔一次装夹完成，可靠保证尺寸的精度和形位公差满足了图纸要求。

为防止毛坯锻造后出现裂纹，在粗加工之后探伤检测有无裂纹；为防止装夹和加工过程中应力集中，在成品检验合格之后再次探伤检测有无裂纹，确保产品安全可靠。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，其特征在于，包括以下步骤：(S1)粗车大、小端；(S2)探伤Ⅰ；(S3)粗铣大、小端；(S4)时效；(S5)半精车内孔；(S6)半精车内腔；(S7)半精车小端；(S8)精铣小端；(S9)精车大端；(S10)精车内腔；(S11)精铣锥面；(S12)精铣台阶；(S13)精车小端；(S14)钻斜孔；(S15)铣工艺凸台；(S16)钳作；(S17)检验；(S18)探伤Ⅱ；

步骤(S1)至(S3)中在小端加工制造出装夹工艺凸台；

步骤(S1)至(S3)中在大端预留工艺定位凸台；

步骤(S1)至(S16)中采用范成法车削轮毂曲面；

所述范成法车削轮毂曲面的具体方法为：

根据渐开线形成原理，由极坐标转化为直角坐标，渐开线极坐标方程为：

θ＝ω-arctg(ω)＝(α+β)-arctg(α+β)

其中：P、θ为渐开线工程两个极坐标，R为基圆半径，ω为滚展角，α为压力角，β为压力角；

根据渐开线极坐标方程描述的刀具轨迹转换化为直角坐标来加工轮毂的曲线；

步骤(S3)、(S8)、(S11)、(S12)、(S15)中采用插铣方式铣削轮毂曲面；并采用五轴加工中心，配上90°角度铣削头，铣削轮毂凸键；

步骤(S5)、(S6)、(S10)中轮毂轴承孔的加工采用工艺定位凸台的定位装夹方式，在精车小端工序以大端外圆定位压紧端面，采用镗孔和背镗相结合的工艺方法，两孔一次装夹完成。

2.根据权利要求1所述的一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，其特征在于，步骤(S2)中探伤Ⅰ为探伤检测有无裂纹。

3.根据权利要求1所述的一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，其特征在于，步骤(S4)中应力时效的温度为150℃～155℃，保温时间≥6小时。

4.根据权利要求1所述的一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，其特征在于，步骤(S1)至(S16)中采用范成法车削轮毂曲面，曲面尺寸、形位公差精度均在0.03mm以内。

5.根据权利要求1所述的一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，其特征在于，步骤(S3)、(S8)、(S11)、(S12)、(S15)中铣削头最大转速4500rpm，最大夹持直径10mm，刀具采用直径8mm或10mm立铣刀，设定加工切削参数s＝1500rpm，f＝300mm/min，ap＝1mm，s为主轴转速，f为进给量，ap为背吃刀量；加工平面为YZ平面，设备为五轴加工中心，程序采用了R变量参数来调整尺寸精度，其加工工艺为先粗铣后精铣，每一凸键依次加工。

6.根据权利要求1所述的一种飞机机轮轮毂的机加制造方法，其特征在于，步骤(S18)中探伤Ⅱ为再次探伤成品检验合格之后检测有无裂纹。

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