航空增压油箱内孔浮动抛光技术

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1序言航空产品配套的某增压油箱产品，其箱体零件与活塞组件组成活塞运动副，既要运动灵活、又要密封可靠，因此对箱体零件的内孔尺寸精度、圆柱度、表面粗糙度等质量要求较高，而且为了提升内孔表面的耐磨性，采用铝合金硬质阳极化处理，要求硬质阳极化膜层厚度40～60μm，抛光后不低于20μm，典型箱体零件结构如图1所示。图1典型箱体零件结构因铝合金硬质阳极化（以下简称硬阳）层的表面一般呈蜂窝状/鱼鳞状等凹凸不平，其表面质量较差（一般表面粗糙度值Ra≥1.0μm），与产品设计质量要求（Ra≤0.4μm）相差较大，且硬阳膜厚对尺寸精度的影响，以及硬阳表面硬度较高（≥250HV，可达400HV）等原因，所以必须采用去除余量的抛光作业来实现提升。但已有抛光技术如珩磨、豪克能及传统抛光技术如抛光轮、手动砂纸抛光等方法，要么投资大、成本高，要么有质量风险，要么抛光效率低，要么劳动强度大等，不利于精益生产和零件齐套交付。本技术研制的仿生机械臂抛光装置，在数控车床上实现了能浮动、可机动的连续平稳且高效的抛光作业，达到国内先进水平。下面着重介绍仿生机械臂抛光装置的制作与应用。PART

2夹具设计思路1）箱体类零件的结构为回转体，抛光作业设备选择数控车床。利用数控车床所具备的功能特点：可调转速、可控吃刀量、可调进给速度等提供前提条件，开发数控车宏/子程序、优化切削参数，实现可机动、可循环往返连续作业的功能。2）模拟手动抛光作业原理，研发/选用包括导柱导套组件和可调弹簧的一种装置，通过调节弹簧力，实现抛光过程平稳、能浮动的功能。3）铝合金硬阳层的表面质量差、表面硬度较高，抛光作业就是将硬阳层的不平高点去除直至形成平滑弧面的过程，因此选用砂纸作抛光介质的方案较佳。为克服手动抛光的缺点，提升机动抛光的质量和效率，设计、制作弧面轴瓦结构的抛光头夹持砂纸，旨在增大抛光接触面，且方便更换作业。4）同类型的液压油箱、膨胀箱等产品的箱体类零件的内径尺寸一般在150～350mm、长度尺寸一般在200～550mm时差异较大。所以，不仅抛光装置外形设计要小一些，与机床连接的连接杆应适当加长加粗设计，必要时采取连接杆中部设减重孔、填充聚氨酯泡沫填缝剂，达到提升抛光过程中连接杆的高刚度、减重及减振等使用性能。5）刀杆连接杆、浮动装置以及轴瓦抛光头三者之间，采取分体结构设计，提高工装基础部分的通用性、互换性。PART

3夹具设计与制造方案3.1

夹具结构设计仿生机械臂抛光装置的结构如图2所示，实物如图3所示。图2抛光装置结构1—连接座2—导柱座3—主弹簧4—内六角圆柱头螺钉5—导柱

6—锁紧螺母7—连接杆（刀杆）a）夹具主体实物b）轴瓦抛光组件安装c）百洁布安装图3抛光装置实物本夹具包括连接杆（刀杆）、浮动装置、抛光头/抛光材料三大部分，具体介绍如下。1）连接杆的结构设计类同内孔车刀杆，安装在车床刀架上，将车床与浮动装置连接在一起。为了满足该连接杆在抛光过程中对加粗加长刀杆的高刚度、减重、减振等使用性能，采用了我厂具有自主知识产权的“一种刀杆及采用该刀杆的刀具（授权专利号ZL201520720437.2）”专利技术，即采取刀杆连接杆中部加工出减重孔、填充聚氨酯泡沫填缝剂。2）浮动装置的结构由双导柱导套合成的导向副和弹簧作用可调机构两个部分组成，其中导向副的配合间隙控制在0.005～0.008mm，双导柱导套副之间的平行度≤0.005mm，确保导向平稳、滑动灵活；考虑到弹簧力是可调节的，弹簧力设计按压缩5mm、弹力达9N指标参照设计即可。3）轴瓦抛光头设计时，模拟手指扣紧弧面上软布使其贴紧弧面的原理，设计成双齿咬合结构来平展砂纸，且抛光接触弧面半径的设定应考虑砂纸和衬布的厚度。本工装选用双层麂皮布做衬布，再加上砂纸厚度，一般相对被抛光内孔半径小0.3～0.5mm为宜。3.2

夹具的关键技术制造方案（1）精密双导柱导套组件本夹具选用的双导柱导套副结构[3]，相比单导柱导套副结构有明显的优点，就是工装导向方向的宽度尺寸较小，可满足较小直径内孔的加工需求，而且导向稳定可靠、刚度高，利于轴向运动的稳定性，但双导柱的制造难度非常大。为此，采用以下特殊加工方案确保双导柱的高精度配合。如图4所示，要保证导柱孔1和导柱孔2之间的平行度≤0.005mm、导柱孔与连接座螺纹基孔同轴度≤φ

0.003mm的要求，因此采用慢走丝线切割以同等加工条件完成分布在两个不同部件的导柱孔和螺纹基孔的精加工，确保两孔之间的同轴度以及双导柱孔轴线之间的平行度达微米级别的高精度要求。图4双导柱孔加工示意慢走丝线切割加工具体步骤如下（双导柱孔处和连接座螺纹基孔处均已钻有φ

3mm穿丝孔）。1）使用V型压板将导向座安装固定在线切割机床上，并靠平导向座上端面保证水平。2）用内六角圆柱头螺钉将连接座和导向座固定，并找正连接座与导向座角向一致，同时使用标准杆或钻头上下对齐穿丝孔。3）导向座和连接座装配后穿丝，先按连接座的螺纹基孔尺寸将连接座和导向座的导柱孔切割至螺纹基孔尺寸，保证导向座和连接座的中心距尺寸完全一致。4）取下内六角圆柱头螺钉及连接座，整个拆卸过程中勿触动导向座，避免引起导向座移动。5）再次穿丝将导向座两处导柱孔切割达到图样尺寸，待与导柱配研加工。如图5所示，加工前将双顶尖孔对研，导柱的外圆面加工采用双顶尖装夹磨削精加工，保证磨削导柱外圆与导柱孔之间的微间隙要求，然后采用双顶尖装夹磨螺纹工艺方案，确保导柱的外圆柱面与螺纹之间同轴度达微米级别的高精度要求。图5导柱零件示意这种特殊工艺措施实现了双导柱过定位结构的滑动灵活、无卡滞的质量要求，确保仅靠弹簧作用施力可浮动的功能要求。“巧、精”工艺方案的有机结合，成功突破了精密双导柱过定位这一关键技术难题。（2）轴瓦抛光头组件轴瓦抛光头组件的实物及应用实况如图6所示。a）轴瓦抛光头主体b）抛光头组件

c）抛光后实况图6轴瓦抛光头组件如图6所示，本夹具的抛光头结构，采用双齿咬合、圆弧过渡达到平展砂纸的目的。因砂纸韧性差、易破损，故采用有韧性、有弹性的麂皮布作衬底来改善。经验证，衬双层麂皮布较理想，不仅大大延长了单块砂纸的寿命，而且弹性较好，益于与被抛光孔的贴合，增进砂纸抛光的质量和效率。因该结构弧面过渡处较多，选用了线切割加工方案，且单件料一次装夹完成轴瓦抛光头的主体、两侧压板3个部件的外轮廓加工。需注意的是，螺钉的螺纹大径与压板过孔的直径差0.2mm较适宜，不宜过大，否则会随着螺钉预紧致压板向外移动不良。PART

4夹具的抛光应用该机械臂抛光装置实施机动抛光的作业流程及作业要领如下所述。（1）抛光前准备工作①领取抛光装置主体（工装编号21.Z19-009）和对应的轴瓦抛光头，按照装夹车削镗刀杆的要求装夹连接杆，打表校正连接杆的中心线与车床主轴回转中心线等高和平行。②领取一定数量的砂纸和麂皮布，其中砂纸的准备/选择：粗抛用280#～400#金相砂纸，半粗抛用600#～800#金相砂纸，精抛用1200#水砂纸。依据轴瓦抛光头的大小，裁剪麂皮尺寸和规定的砂纸尺寸，然后组装。裁剪的麂皮布如图7所示，组装效果如图6b所示。图7裁剪的麂皮布（2）调用（或新输入）数控程序程序编制参照下面的指令段进行，允许针对不同直径和内孔抛光长度对X坐标值和Z坐标值修正；一般来说，循环次数和F值不做大的改动。O0042;主程序代号M44;G99S200M03;T0303;G00X200.Z30.;G01Z-80.F10.;X230.F3.;X252.F1.;弹簧压缩M98P100043;调用子程序G01X230.F5.；G00Z150.；X280.；%O0043;子程序代号G04X1.；G01Z-245.F8.；G04X1.；G01Z-80.F6.；M99

；%（3）手动对刀与调整先将轴瓦抛光头组件安装在浮动装置的夹持部位，移动刀架使抛光头进入孔口内即可，调整抛光头抛光面与内孔充分接触后，锁紧螺母将浮动装置等与连接杆连接到一起。然后，程序控制移动刀架将弹簧压缩约2mm后试验抛光作业，查看抛光后砂纸上存留粉末的均匀程度，直至调整至上下、前后都均匀为佳。（4）运行自动抛光作业试机后，可点击启动按钮即可运行自动抛光作业。作业实况如图8所示。a）抛光实操

b）单循环结束效果图8抛光作业实况粗抛用280#～400#金相砂纸，一般往返次数50～60次后，换600#～800#金相砂纸，一般往返次数50～60次后，再换1200#水砂纸，一般往返次数50次后基本满足表面粗糙度值Ra≤0.4μm的质量要求。以上砂纸抛光均采用干抛，不需要加水或机油，以免影响抛光效率。轴瓦抛光面上粘附的粉末，用气枪的压缩空气很容易吹落去除，但为防止粉末污染导柱导套及弹簧，应盖上棉布条遮挡，如图9所示。图9吹除粉末PART

5夹具研抛的实施及效果1）如图10所示，研抛是选用麂皮布（或百洁布）涂上W5研磨膏和机油进行精抛作业的，进一步降低内孔表面粗糙度值、减小摩擦力。如果零件图上标注有“抛光后进行ASL封闭处理”，可以省去研抛工序。a）麂皮布研抛

b）百洁布研抛图10蘸研磨膏研抛作业2）抛光面的检测结果。因箱体零件的体积较大、内孔面需测量的长度较长，一般选用“MarSurfUD130”轮廓粗糙度仪（测量不确定度3%），采用如图11所示的装夹计量检测方案。本技术典型件的检测结果：表面粗糙度值Ra为0.067～0.313μm，满