1 序言
炮長鏡是坦克裝甲車的重要部件，負責對目標進行搜索、瞄準和跟蹤，其中曲線套筒為炮長鏡變焦系統(tǒng)中的重要零件，其精度及尺寸穩(wěn)定性直接決定炮長鏡工作的穩(wěn)定性。
目前，曲線套筒類零件的加工多采用普通四軸聯(lián)動銑削或通過電脈沖結(jié)合研磨完成，零件加工質(zhì)量波動較大，加工效率較低且成本較高。隨著數(shù)控設備的不斷升級及加工輔具和熱處理技術的不斷提升，可立足于公司加工能力，制定合理可行的技術方案，滿足零件精度要求，彌補該類零件加工的短板，提高零件加工合格率及穩(wěn)定性。
2 加工工藝性分析
圖1所示為典型薄壁筒類零件，材質(zhì)為2A12-T4[1]。零件壁厚為2mm，長度為124mm，內(nèi)孔與外圓均為IT7級公差，且同軸度為φ0.02mm。同時零件圓周分布兩條函數(shù)曲線通槽，屬于非對稱分布。兩條曲線軸向行程分別為16.5mm、46mm，占零件軸向總長的50.4%，且曲線槽寬公差僅為0.03mm，零件精度要求高，結(jié)構(gòu)剛度較弱，加工極易產(chǎn)生變形。
a）結(jié)構(gòu)尺寸
b）三維立體圖
圖1 典型薄壁筒類零件
3 工藝設計
3.1 工序劃分
零件加工過程材料去除率約為85%，加工過程中產(chǎn)生較大應力，在完成兩條函數(shù)曲線加工后，零件會產(chǎn)生較大變形，同時由于零件精度較高，需保證其在使用過程中尺寸的穩(wěn)定性，因此將零件加工劃分為粗加工、半精加工和精加工3個階段[2]，中間分別增加時效處理、穩(wěn)定化處理，從而保證零件精加工及裝配使用過程中尺寸的穩(wěn)定性。各階段加工內(nèi)容見表1。
表1 各階段加工內(nèi)容
3.2 確定加工余量
根據(jù)同類零件加工經(jīng)驗，零件粗加工后通常留余量0.5～1mm。零件加工精度主要取決于半精加工及精加工工序，因零件在精加工前剛度較弱，加工變形較大，故應在滿足零件變形及強度要求的前提下，盡量減小加工余量。通過使用abaqus 2020軟件對零件車削過程進行模擬仿真（見圖2），對切削力、殘余應力及徑向變化進行計算，發(fā)現(xiàn)主要變形部位在兩槽中間部位，在其中一條曲線長度20～30mm內(nèi)變化最大（見圖2a）。
a）切削過程仿真
b）切削力變化
通過對零件加工過程中切削力的分析可知，在加工過程中，軸向力Fz未發(fā)生明顯變化，徑向力Fx隨著零件的加工不斷發(fā)生變化，且在長槽中間位置變化最大，對應的零件徑向變形量為0.12mm，由此確定零件的精加工余量為0.2mm。
c）殘余應力變化
d）徑向變形量變化
圖2 零件切削仿真分析
4 工裝設計
該零件由于剛性弱，裝夾極易產(chǎn)生變形，在精加工階段，減小零件裝夾變形成為夾具設計的要素，由于零件外圓自身存在兩條函數(shù)曲線槽，采用端面壓緊極易產(chǎn)生變形，因此在工藝設計時，提前在零件端面預留工藝臺，方便零件底面軸向壓緊，同時為提高裝夾可靠性，在夾具設計時，充分利用薄壁零件的結(jié)構(gòu)特征，用心軸定位鏡筒內(nèi)孔，底部用螺紋套壓緊預留的工藝臺階，頂部通過設計內(nèi)脹支撐，作為輔助壓緊提高零件加工穩(wěn)定性[3]，避免曲線槽銑削時產(chǎn)生位移和振動。夾具及裝夾如圖3所示。
a）剖視圖
b）實物
圖3 夾具及裝夾
5 數(shù)控程序設計
初始試驗時，采用計算機直接生成點坐標的方式處理加工程序，由于零件給出的方程中數(shù)值已經(jīng)精確到小數(shù)點后9位，有些需要計算數(shù)值的N次方，然后進行乘積或者加減計算，因此計算結(jié)果誤差較大，且在計算機上處理程序時，取點的密集程度也影響計算結(jié)果的準確性，如果點過于密集，處理出的程序較長，影響機床對程序的識讀，同時數(shù)控程序數(shù)據(jù)量遠大于機床內(nèi)存，不方便程序調(diào)用。
在程序編制過程中，根據(jù)零件曲線方程，采用宏程序手工編程，大大縮短程序序列，方便程序識讀修改，并對程序計算方法進行優(yōu)化，提高曲線點的精度。原先在處理點位精度時，將乘方出來的數(shù)據(jù)與10的-N次方進行加減乘除運算，由于機床宏程序?qū)π?shù)點后幾位的值有限制，容易造成數(shù)據(jù)精度的損失。后對計算方法進行改進，采用綜合計算法，即將數(shù)據(jù)的N次方分解成2次方乘以2次方再乘以2次方等形式，計算后先用2次方的結(jié)果乘以10的-2次方，這樣將數(shù)據(jù)的值控制在誤差允許的范圍內(nèi)，提高了計算精度。
由于在第四軸參與運動時，進給速度不易控制，容易造成某一點加工速度過快。在編程時引進反比時間進給方法，該指令的使用將加工過程的切削速度均勻化，實現(xiàn)了零件的光滑加工，提高了零件的加工質(zhì)量。零件加工宏程序代碼如圖4所示。
圖4 零件加工宏程序代碼
6 結(jié)束語
本文針對高精度雙曲線鏡筒零件的結(jié)構(gòu)特征和加工難點，通過加工階段劃分、時效和穩(wěn)定化處理、工裝設計和宏程序降次處理等措施，很好地控制了零件加工及裝配使用過程中的變形，從根本上解決了該零件的加工質(zhì)量問題，大大降低了生產(chǎn)成本，節(jié)省了人力、物力，提高了企業(yè)的競爭力，同時也為類似結(jié)構(gòu)零件的加工提供了一種工藝思路。
