一种高精度U形弱刚度轴承座类零件的精密加工方法与流程

本发明属于精密机械加工技术领域，具体涉及一种高精度U形弱刚度轴承座类零件的精密加工方法。

背景技术：

高精度U形弱刚度轴承座类零件广泛应用于航空航天产品中，其主要特点是：精度高、刚性差，重量轻。目前常用的材料主要有铝合金、钛合金等。

此类零件的主要精度指标通常包括：

第一，两轴承安装孔的圆度、圆柱度、同轴度及尺寸；

第二，两轴承安装孔轴线与零件装配基准面的平行度；

第三，两轴承安装孔轴线到零件装配基准面的距离尺寸；

第四，两轴承安装孔端面与两轴承安装孔轴线的垂直度；

第五，两轴承安装孔端面的平行度；

第六，零件装配基准面的平面度。

精密机械加工的主要技术难点是由于零件刚性差，加工中弹性变形大，零件发颤严重，导致实际切削量难以准确控制、且实际切削量分布不均匀，从而导致零件的尺寸、形位精度难以保证，零件合格率低。

基于以上技术难点，如何解决高精度U形弱刚度轴承座类零件的精密加工方法，提高零件合格率，成为从事精密机械加工的工艺技术人员急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：解决高精度U形弱刚度轴承座类零件的精密加工方法，提高零件合格率。

为实现上述目的，本发明通过以下方案来实现：

一种高精度U形弱刚度轴承座类零件的精密加工方法，所述零件形状为U字形，并包括如下重要的尺寸、形位精度：中心高AA，与公共轴线的同轴度、与公共轴线的同轴度，面C与公共轴线的垂直度、面D与公共轴线的垂直度，面C与面D的平行度，面E与轴线的平行度，该方法包括如下加工步骤：

步骤1)、备料。

步骤2)、粗加工，将零件加工成形，所有外形均留有加工余量，余量范围单面及半径1～3mm。

步骤3)、去应力时效，依照热处理相关标准，去除粗加工产生的残余应力。

步骤4)、半精加工，加工零件各特征，其中E面，及C面、D面，重要安装连接孔留有加工余量，余量范围单面及半径0.2～0.5mm，其余加工特征均达尺寸要求。

步骤5)、再次去应力时效，依照热处理相关标准，去除半精加工产生的残余应力。

步骤6)、精加工E面，及C面、D面，重要安装连接孔。采取基准先行、基准统一的原则，并设计辅助工装减小发颤、提高零件刚度，同时中心高尺寸AA留二次修正余量。

其中，所述步骤6)的E面为零件的装配基准面，及C面、D面为轴承的安装孔及其定位端面，AA为轴承安装孔轴线到零件装配基准面的距离。

其中，所述高精度包括尺寸精度和形位精度，尺寸精度包括两轴承安装孔的尺寸及两轴承安装孔轴线到零件装配基准面的距离尺寸；形位精度包括两轴承安装孔的同轴度，零件装配基准面与两轴承安装孔轴线的平行度，两轴承安装孔端面与两轴承安装孔轴线的垂直度，两轴承安装孔端面的平行度。其中，尺寸精度≤0.02mm，形位精度均≤0.03mm。

其中，所述步骤6)采取基准先行的原则首先精加工E面达尺寸、形位精度要求，然后采用基准统一，即加工基准与装配基准统一的原则，以E面定位，精加工及C面、D面，重要安装连接孔。

其中，所述步骤6)设计辅助工装减小发颤、提高零件刚度是采用软性吸振材料填充U形内腔，同时采用重量轻但长度可调的刚性支承工装支承起U形内腔顶端，并施加适当的反向变形量以补偿加工过程中弹性变形的影响。

其中，所述在U形内腔顶端施加反向变形量的大小约为不施加反向变形量加工时零件顶端弹性变形值的1/3倍。

其中，所述步骤6)中心高尺寸AA留二次修正余量是精镗孔时，首先将AA尺寸按上差到上差加0.003mm尺寸控制，待镗完孔及其C、D面后，再精密研磨E面以保证AA尺寸及E面与轴线的平行度。

本发明具有以下优点：

第一、通过设计专用工装提高了零件刚度，同时减小了零件加工过程中的发颤问题；

第二、通过在U形内腔顶端施加反向变形量补偿了加工过程中零件弹性变形对尺寸、形位精度的影响；

第三、通过将中心高尺寸AA留二次修正余量，最后精密研磨E面，以保证AA尺寸及E面与轴线的平行度，避免了加工过程中由于零件弹性变形引起的AA尺寸超差。

附图说明

图1是本发明所针对的零件类型简图及所含特征；

图2是本发明具体实施例中实验件的主视图；

图3是本发明具体实施例中实验件的三维图；

图4是本发明具体实施例中实验件半精镗内腔辅助工装的支承图，其中，1为软性材料，2为工件；

图5是本发明具体实施例中实验件精镗内腔辅助工装的支承图，其中，1为软性材料，2为工件，3为长度可调刚性支承；

图6是本发明具体实施例中实验件检测结果，其中，图6(a)是2#实验件检测结果，图6(b)是3#实验件检测结果，图6(c)是4#实验件检测结果。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步阐述。

参考附图1，一种高精度U形弱刚度轴承座类零件的精密加工方法，主要包括如下加工步骤：

步骤1)、备料。

步骤2)、粗加工，将零件加工成形，所有外形均留有加工余量，余量范围单面及半径1～3mm。

步骤3)、去应力时效，依照热处理相关标准，去除粗加工产生的残余应力。

步骤4)、半精加工，加工零件各特征，其中E面，及C面、D面，重要安装连接孔留有加工余量，余量范围单面及半径0.2～0.5mm，其余加工特征均达尺寸要求。

步骤5)、再次去应力时效，依照热处理相关标准，去除半精加工产生的残余应力。

步骤6)、精加工E面，及C面、D面，重要安装连接孔。采取基准先行、基准统一的原则，并设计辅助工装减小发颤、提高零件刚度，同时中心高尺寸AA留二次修正余量。

其中，所述E面为零件的装配基准面，及C面、D面为轴承的安装孔及其定位端面，AA为轴承安装孔轴线到零件装配基准面的距离。

其中，所述高精度包括尺寸精度和形位精度，尺寸精度包括两轴承安装孔的尺寸及两轴承安装孔轴线到零件装配基准面的距离尺寸；形位精度包括两轴承安装孔的同轴度，零件装配基准面与两轴承安装孔轴线的平行度，两轴承安装孔端面与两轴承安装孔轴线的垂直度，两轴承安装孔端面的平行度。其中，尺寸精度≤0.02mm，形位精度均≤0.03mm。

其中，所述基准先行的原则首先精加工E面达尺寸、形位精度要求，然后采用基准统一，即加工基准与装配基准统一的原则，以E面定位，精加工及C面、D面，重要安装连接孔。

其中，所述设计辅助工装减小发颤、提高零件刚度是采用软性吸振材料填充U形内腔，同时采用重量轻但长度可调的刚性支承工装支承起U形内腔顶端，并施加适当的反向变形量以补偿加工过程中弹性变形的影响。

其中，所述在U形内腔顶端施加反向变形量的大小约为不施加反向变形量加工时零件顶端弹性变形值的1/3倍。

其中，所述中心高尺寸AA留二次修正余量是精镗孔时，首先将AA尺寸按上差到上差加约0.003mm尺寸控制，待镗完孔及其C、D面后，再精密研磨E面以保证AA尺寸及E面与轴线的平行度。

具体实施例如下：

如附图2、3所示的高精度U形弱刚度轴承座零件，材料为TC4R，其精密加工方法包括如下步骤：

步骤1)、备料；

步骤2)、粗加工，将零件加工成形，所有外形单面及半径留余量2mm；

步骤3)、真空去应力时效；

步骤4)、半精加工，加工零件各特征，其中51±0.01下端面，两处孔、两端面、四边单面及半径留余量0.4mm，两处8-M2-7H不加工，其余特征均加工达图尺寸要求；

步骤5)、真空去应力时效；

步骤6)、工序1：精镗51±0.01下端面，四边达图尺寸要求，保证：51±0.01下端面平面度≤0.01mm；如附图4所示，用辅助工装支承U形内腔，精镗两处孔、两端面单面及半径留余量0.1mm，其中：51±0.01尺寸控制在51±0.03以内；钻两处8-M2-7H底孔达图要求；

步骤7)、工序2：攻两处8-M2-7H丝孔；

步骤8)、工序3：精密研磨51±0.01下端面，保证：平面度≤0.002mm；

步骤9)、工序4－工步1：如附图5所示，用辅助工装支承U形内腔，安装过程用杠杆表监视两端面，保证不施加反向变形；

步骤10)、工序4－工步2：精镗两处孔、两端面单面及半径留余量0.05～0.08mm，其中：51±0.01尺寸控制在51.01～51.013mm范围；

步骤11)、工序4－工步3：在位用杠杆表上下拉两端面，记录上下差值Δ1、Δ2；

步骤12)、工序4－工步4：用杠杆表监视两端面，调节长度可调的刚性支承工装，使两端面反向变形，变形量为(Δ1+Δ2)/6；

步骤13)、工序4－工步5：精镗两处孔、两端面达图尺寸要求，其中：51±0.01尺寸控制在51.010～51.013mm范围；

步骤14)、工序5：检51±0.01尺寸，记录检测值；

步骤15)、工序6：根据检测值，精密研磨51±0.01下端面达图尺寸要求；

步骤16)、工序7：检各尺寸、形位精度，记录检测值。

经过上述加工步骤，成功完成了零件加工，2#、3#、4#零件检测结果如附图6所示。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。