精密零部件加工方案

第１９卷第１期　２０１１年１月　光学精密工程　Ｏｐｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｖ０１．１９　ＮＯ．１　Ｊａｎ．２０１１　

文章编号１００４—９２４Ｘ（２０１１）０１一Ｏ１５３—０８　

探测精密零部件加工裂纹的声发射实时监测仪　

郑耿峰　，马舜峰　，金龙旭　

（１．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３；　

２．中国科学院研究生院，北京１０００３９）　

摘要：为了提高航天航空精密零部件加工设备的可靠性、安全性，缩短研制周期，提出了一种实时监测精密零部件加工过　程产生裂纹的方法，并根据此方法，研制了～台基于ＴＩ公司最新浮点数字信号处理器一ＴＭｓ３２ｏＦ２８３３５的精密零部件　裂纹实时监测仪的样机。考虑在线实时监测的需要，采用了基于声发射（ＡＥ）技术的方案。介绍了裂纹实时监测方法的　总体方案及其相应系统的硬件组成，描述了数字信号处理算法，并对裂纹实时监测仪样机进行了试验验证。试验结果显　示，研制的样机能达到无漏检，误检率为１．２　，验证了本文所提方法的有效性。　关键词：声发射技术；精密零部件；金属裂纹；实时监测　中图分类号：ＴＧ１１５；ＴＢ５１　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３７８８／ＯＰＥ．２０１１１９ｏ１．０１５３　

Ａｃｏｕｓｔｉｃ　ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ｆｏｒ　ｍｅｔａｌ　ｃｒａｃｋｓ　

ｉｎ　ｍａｃｈｉｎｉｎｇ　ｅｘａｃｔ　ｄｅｔａｉｌｓ　

ＺＨＥＮＧ　Ｇｅｎｇ—ｆｅｎｇ　～，ＭＡ　Ｓｈｕｎ—ｆｅｎｇ　，ＪＩＮ　Ｌｏｎｇ—ＸＵ　

（１．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｏｐｔｉｃｓ，Ｆｉｎｅ　Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ，　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　１３００３３，Ｃｈｉｎａ；　

２．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００３９，Ｃｈｉｎａ）　

第２７卷第６期　２００６年１１月　宇　航　学　报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ　Ｖｏ１．２７　Ｎｏ．６　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０ｏ６　

航天铝基复合材料零部件超精密加工技术研究　

王大镇。，冯培锋。，赵清亮　，刘华明　

（１．集美大学机械工程学院，厦门３６１０２１；２．哈尔滨工业大学机电学院精密工程研究所，哈尔滨１５０００１）　

摘　要：针对航天高碳化硅铝基复合材料零部件采用聚晶金刚石ＰＣＤ刀具进行了超精密车削加工试验，用原　子力显微镜ＡＦＭ和扫描电子显微镜对其进行了检测，分析了零部件表面粗糙度值的大小及影响因素、ＳｉＣ。变形破　坏机理、已加工表面微观结构及加工变质层特性。结果表明，超精密车削高碳化硅铝基复合材料零部件可以获得　超精密级加工表面（如Ｒ。１１．５ｎｍ）；超精密车削过程中ＳｉＣ　存在着三种主要变形破坏机理：直接剪断型、拔出型和　

压入型，且以直接剪断型为主。直接剪断的ＳｉＣ　对表面粗糙度值影响最小，而后二者是影响表面粗糙度值达到超　精密级的主要障碍；超精密加工零部件表面仍会产生很薄的加工变质层。　关键词：铝基复合材料；超精密加工；表面粗糙度；微观形貌；加工变质层　中图分类号：ＴＨ１６１．１　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００—１３２８（２００６）０６—１３４１—０６　

０引言　

碳化硅增强铝基复合材料具有一系列的优良性　

能，如比强度和比刚度高、耐高温、耐磨损、线膨胀系　数小且可调、尺寸稳定性好等特点　Ｉ４　，已成为航天、　航空工业中钛合金、铍合金的最佳替代材料ｕ　。但　

由于增强相陶瓷碳化硅晶须（ＳｉＣ　）、碳化硅颗粒　

（ＳｉＣ　）的加入，使得切削加工很困难，特别是精密、超　

精密切削加工更加困难　。主要是因为碳化硅的维　氏硬度高达２７０００ＭＰ　，致使刀具磨损过快　，且被　

加工件的精度和表面质量难以控制　。。。目前，对　该类铝基复合材料切削加工工艺的研究十分薄弱，现　

有的国内外文献仅对碳化硅含量在２０％左右的复合　

2016•9（上）《科技传播》

190创新与应用技术

1 联动环支架的结构我单位加工的联动环支架为压气机机匣上的一部分，材质为铸造钛合金。联动环支架外圆为Φ24的铸造圆环，内侧为Φ14（+0.18，-0.09）、Φ18（+0.021，0）和Φ18.43（+0.16，0）的阶梯孔外加一Φ20.4（+0.21，0）的退刀槽，同时内孔面及端面还要求1.6的粗糙度，如图1、图2所示。图1

图22 加工难点结合图1、图2可知，加工该处尺寸可以从压气机机匣大端面和小端面两个方向进行下刀加工，但是，联动环支架中心几乎在压气机机匣大端面外圆上。因此，不能从压气机机匣大端面处下刀加工。造成了此零件加工有两个难点：1）从压气机机匣小端面下刀，小端面到被加工面距离约100mm，刀具要伸出很长，影响刀具刚性。2）要加工Φ18（+0.021，0）的精密孔和Φ20.4（+0.21，0）的退刀槽，则要从Φ14（+0.18，-0.09）的孔下刀，那么镗刀或者铣刀杆直径必须做的非常细，严重降低刀具的刚性。3 加工方案的确定根据以上分析可知，只要解决刀具刚性问题，采用镗削或者磨削方式加工，就能够加工出合格的零件。该零件采用立式加工中心进行加工，机床系统为FANUC操作系统。针对系统本身，我们考虑利采用机床系统自带的定向功能进行加工。定向功能的工作原理为：主轴移动到零件加工位置正上方的设定高度，再沿水平方向移动一定距离，主轴旋转停止，刀尖按设定角度进行旋转，即刀尖与零件成一固定角度，主轴沿轴线方向移动，到达设定的位置；主轴沿水平方向偏移一定距离，主轴中心与孔中心重合；主轴旋转开启，刀具由下向上进行反镗加工；加工完毕后，采用同样的工作原理，主轴停止转动，刀尖与孔中心偏移一定的距离，刀具退出零件。如图3所示。确定采用定向功能进行加工，接下来就该确定加工顺序。工艺过程为：1平端面—2钻孔—3粗镗孔—4精镗孔—5镗退刀槽。加工过程中要求工序3给精镗孔留0.05mm的余量，即内孔为Φ17.9mm和Φ18.4mm。这样有利用减小精加工让刀，保证尺寸合格。接下确定刀具结构和尺寸，有铣削和镗削两种方式可加工该处尺寸，为了保证精密孔尺寸，该处采用镗削加工。为了满足Φ20.4（+0.21，0）的加工要求和进刀时不遇Φ14（+0.18，-0.09）发生干涉，就要求刀具直径≤7.22mm，刀尖到旋转中心尺寸≥10.2mm。为了增大刀具刚性，此处选用Φ7的刀杆，刀尖到中心尺一种精密孔加工工艺方案杨国文中航工业南方航空工业（集团）有限公司，湖南株洲 412002摘 要 某型航机压气机机匣上有一联动环支架，其尺寸精度要求高，结构特殊，空间尺寸受限，采用通常加工方法，零件尺寸无法得到保证。结合现场加工经验，利用数控加工中心FANUC系统自带的定向功能，结合反向镗削工艺，零件得以加工，尺寸满足图纸要求，解决了联动环支架精密孔难加工的难题。关键词 定向功能；反镗工艺；FANUC系统中图分类号 V26 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）170-0190-02

・企业天地・　新疆农机化　２０１０年第２期　

打造新疆精密零部件加工基地　

１　加快振兴装备制造业的紧迫要求　

机械制造业是一个国家和地区工业化水平和竞　

争力的重要体现。新疆为实现跨越式发展，实施优　势资源转换，必须加快新型工业化建设。为此，２００９　

年自治区下发了《关于加快振兴装备制造业的实施　

意见的通知》。但是我区工业基础很差，尤其突出的　是产业协作配套能力还很弱，无法支撑自治区四大　

基地、六大产业发展需要。　

目前新疆机械加工行业呈现“散乱差”状态，存　

在很多问题：如实力普遍不强，技术创新能力较弱，　

产业配套能力薄弱，特别是缺少一批训练有素的技　

术工人队伍。通过新疆刀具协会对企业走访，很多　

机械加工企业反映：企业面临最大问题不是没有先　

进设备，没有先进刀具，而是没有技术高超的工人和　

相对先进的质量管理体系，造成无法提供客户需要　

的产品，很多高难度的产品不敢承接。创建打造技　

术精湛、设备精良、生产能力强大的零部件机械加工　

基地以服务、支撑新疆装备制造业的发展已是当务　

之急。　

２　新轴企业的发展及优势　

新疆新轴轴承有限公司是一家从老国企改制出　

来的生产、开发性的轴承专业制造公司，不但继承、　

沉淀了老国企拥有的技术工人队伍和重视质量的传　

统，同时随着企业加大技术投人和提升管理水平，现　

已成为了一个拥有先进生产工艺，一流生产设备和　

科学管理手段的现代化企业，拥有多项技术专利，其　

ｘＪＣ。品牌深受疆内外客户认同和喜爱。企业已具备　

打造新疆精密零部件加工基地的条件。　

（１）企业质量管理优势。轴承零部件制作精度　要求很高，属于精密加工，在尺寸精度、表面粗糙度、　

形位公差、工艺流程都有严格工艺规程，对质量控制　

要求严格。为了控制产品质量，新轴公司在质量管　

理方面不但继承了老国有企业几十年总结积累的规　

章制度和管理经验，并结合ＩＳ０９０００质量控制体系　

建设，对过程控制、最终产品检验进行了发展创新，　

使公司具有打造新疆精密零部件加工基地的竞争