一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备及其使用方法与流程

1.本发明属于火箭发动机配套零件的机械加工技术领域，尤其涉及一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备及其使用方法。


背景技术：

2.薄壁圆筒类零件因其结构紧凑、重量小等优异特点，因而在火箭发动机中广泛使用，但受其外形限制，该类零件在机械加工时对夹紧力与切削力等尤敏感。传统工装的装夹定位多通过产品与夹具点接触或是线接触实现，该类情况下夹紧力的不一致导致零件装夹后发生不均匀变形难以避免；此外，加工时由于切削热在夹具与零件的接触部位和非接触部位之间的散热速率不一致，会进一步导致热变形；当产品加工完毕后从工装上取下，各种外力撤消后零件自身存在的应力重新分布导致进一步变形，此类种种情况对薄壁圆筒类零件的加工精度均有不可逆转的损伤。尤其是火箭发动机的生产研制对其所属零件的要求极为严格，传统工装的装夹方式完全无法满足薄壁圆筒类零件尺寸与形状精度的精密加工要求。
3.在以往的生产过程中，通常在加工前花费大量时间精准找正，并采用减小进刀量、增加进刀次数等方法以保证薄壁圆筒类零件的加工精度，这严重地抑制了加工效率；既便如此，加工出来的产品合格率较低，难以满足火箭发动机日益大幅增长的加工生产节奏。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备及其使用方法，具有定位精准、操作便利、安全可靠的优点。
5.本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，包括：车铣槽工装和尾座；其中，所述车铣槽工装包括心轴、键、定位盘、销子、涨套、压紧盘和螺帽；所述心轴的一端装夹于机床主轴上，所述心轴的另一端与所述尾座相压；所述键设置于所述心轴的键槽内；所述定位盘通过所述键定位安装于所述心轴的外表面上并被限制周向转动；所述涨套套于所述心轴的外表面，并且所述涨套的一端通过所述销子与所述定位盘相连接；所述压紧盘的轴孔套设于所述心轴的另一端的外表面，所述压紧盘的外锥面与所述涨套的另一端的内锥面相压；所述螺帽与所述心轴的另一端螺纹连接。
6.上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，所述心轴与所述定位盘的配合面采用磨光处理，配合面外圆直径为配合面的表面粗糙度不高于ra0.4。
7.上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，所述心轴与所述压紧盘的配合面采用磨光处理，配合面外圆尺寸为表面粗糙度不高于ra0.4。
8.上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，所述键槽为a型键槽，槽长为10mm-13mm，槽宽为10mm-12mm，槽深为2.6mm-3mm。
9.上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，所述定位盘与所述涨套配合的外锥
面角度为31
°
，所述定位盘的外圆锥上开设有直径为的销孔，销孔的轴心线垂直于定位盘上与心轴配合的中心孔，该中心孔对所述定位盘的中心的跳动量不大于0.002mm。
10.上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，所述压紧盘与所述涨套配合的外锥面角度为31
°
，所述压紧盘的中心孔对所述压紧盘的中心的跳动量不大于0.002mm。
11.上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，所述涨套的一端的内锥面角度为30
°
，表面粗糙度不高于ra0.4；所述涨套的另一端的内锥面角度为30
°
，表面粗糙度不高于ra0.4。
12.上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的变形平衡系数通过如下公式得到：
[0013][0014]
其中，ζv为火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的变形平衡系数，α为材料刚性系数，θ为理论接触角度，h为涨套有效厚度，l为涨套轴向高度，r为涨套半径，ε为整体修正系数。
[0015]
上述火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备中，所述定位盘开设有多个通孔，多个通孔沿定位盘的圆周均匀分布。
[0016]
一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备使用方法，包括：
[0017]
将心轴安装在机床主轴上，用四爪单动卡盘将心轴上需与定位盘、压紧盘配合的面的圆跳动量及直线度全部找正至0.001mm以内；
[0018]
将键安装在心轴的键槽内；定位盘通过键连接安装在心轴上；将涨套通过销子与定位盘连接定位；将压紧盘通过轴孔配合安装在心轴上，同时将压紧盘与涨套配合；
[0019]
将待加工零件安装在涨套上，将螺帽与心轴的另一端螺纹连接，在轴向移动过程中推动压紧盘移动使待加工零件与涨套贴合；
[0020]
将心轴的另一端与尾座相压后，启动数控程序完成车铣槽加工；
[0021]
待零件车铣槽加工完成后松开螺帽，使压紧盘松开且涨套收缩并取出零件。
[0022]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0023]
(1)本发明不仅可以实现车槽功能还可以完成车槽后的铣槽功能，加工完成后拆卸方便，因而操作简单、功能齐全；
[0024]
(2)本发明解决了火箭发动机薄壁内圆筒车铣槽加工时装夹不便、找正困难、效率低下、加工易变形、精度难控制的难题；
[0025]
(3)本发明设计了不同角度的内锥面与外锥面配合，避免了车铣槽完成后因机械加工受力导致零件与胎具粘在一起的问题，拆简单、使用方便。
附图说明
[0026]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0027]
图1是本发明实施例提供的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的结构示意图；
[0028]
图2是本发明实施例提供的定位盘结构图；
[0029]
图3是本发明实施例提供的压紧盘结构图；
[0030]
图4是本发明实施例提供的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的立体图。
具体实施方式
[0031]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0032]
图1是本发明实施例提供的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的结构示意图。图4是本发明实施例提供的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的立体图。如图1和图4所示，该火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备包括：车铣槽工装和尾座；其中，所述车铣槽工装包括心轴1、键2、定位盘3、销子4、涨套5、压紧盘6和螺帽7。
[0033]
心轴1的一端装夹于机床主轴上，心轴1的另一端与尾座相压；键2设置于心轴1的键槽内；定位盘3通过键2定位安装于心轴1的外表面上并被限制周向转动；涨套5套于心轴1的外表面，并且涨套5的一端通过销子4与定位盘3相连接；压紧盘6的轴孔套设于心轴1的另一端的外表面，压紧盘6的外锥面与涨套5的另一端的内锥面相压；螺帽7与心轴1的另一端螺纹连接。
[0034]
心轴1由四爪卡盘装夹找正后与机床主轴固定，键2安装在心轴1的键槽内，定位盘3通过键2定位安装在心轴1上并被限制周向转动，涨套5与定位盘3经销子4连接定位后依次固定在心轴1上，压紧盘6同样通过轴孔与心轴1连接后，再通过锥面定位与涨套5相互配合，其中涨套5内锥面与压紧盘6外锥面的尺寸结构相同，可实现两者的自定心，螺帽7通过螺纹副与心轴1连接安装；心轴1的一端装夹与机床主轴，另一端通过尾座顶紧。
[0035]
心轴1由四爪卡盘装夹找正后与机床主轴固定，工装胎体由四爪卡盘夹紧后与机床主轴相连接，产品通过涨套5的涨胎与工装胎体配合并固定。工装整体在机床上采用一夹一顶的方式进行装夹固定，车铣槽时首先利用四爪单动卡盘将心轴1的跳动量找正至0.001mm以内，然后依次在心轴1上安装键2、定位盘3、销子4、涨套5、压紧盘6，最后套上螺帽7拧紧，螺帽7拧紧时旋转会推动压紧盘6发生轴向移动进使压紧盘6发生涨胎，从而零件可紧贴固定在工装上。用尾座顶紧工装的一端。本发明的火箭发动机所采用的加工装备，可用于火箭发动机薄壁内圆筒的压胎、车外圆环槽、铣槽等。本发明具有定位精准、操作便利、安全可靠等优点。
[0036]
心轴1分别与定位盘3、压紧盘6的配合面均采用磨光处理，其配合面外圆尺寸为表面粗糙度不高于ra0.4。
[0037]
心轴1右端中心孔为b型中心孔，所有表面粗糙度均不高于ra0.4，在心轴1上分别与定位盘3、压紧盘6配合的两处圆周表面同轴度为0.001mm。
[0038]
心轴1与定位盘3的配合面有一处a型键槽，槽长
×
槽宽
×
槽深＝13mm
×
12mm
×
2.6mm，a型键槽的两端圆头半径为r6。
[0039]
如图2所示，定位盘3与涨套5配合的外锥面角度为31
°
，在直径为ф107mm的分圆周
上均匀分布6个直径为ф36mm的通孔，在外圆锥面上存在一处直径为的销孔，其轴心线垂直于定位盘。3上与心轴1配合的中心孔，且距小端端面距离为9mm，与心轴1配合的中心孔表面存在一处宽为的键槽，深为2.9mm，该中心孔对外圆上锥体中心的跳动量不大于0.002mm。
[0040]
如图3所示，压紧盘6与涨套5配合的外锥面角度为31
°
，在直径为ф107mm的分圆周上均匀分布6个直径为ф36mm的通孔，紧盘6的中心孔对外圆上锥体中心的跳动量不大于0.002mm。
[0041]
涨套5左右两端的锥体分别与位盘3、压紧盘6配合，其内锥面角度为30
°
，表面粗糙度不高于ra0.4，左右两端圆周方向各均布6条宽4.5mm的槽，每条槽终止位置距端面71mm，左右两端的槽交叉相错30
°
，涨套5内孔尺寸为ф155，外圆尺寸为ф167，外圆柱面对锥体中心的跳动量不大于0.002mm。
[0042]
涨套5在工作过程中结构整体的涨大应各处保持一致，变形均匀性直接影响产品的加工质量，火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的变形平衡系数ζv是描述其均匀性的关键参数：
[0043][0044]
其中，ζv为变形平衡系数，该系数越大涨套整体变形越均匀，α为材料刚性系数，θ为理论接触角度，h为涨套有效厚度、l为涨套轴向高度、r为涨套半径；ε为整体修正系数。
[0045]
由公式可知，涨套5的工作效果主要与材料刚性系数、理论接触角度、有效厚度、高度、半径等有关，但材料刚性系数为固有属性不可改变，有效厚度、高度、半径均受限于待加工产品结构，因此优化理论接触角度为行之有效的方法。
[0046]
火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备所有采用的接触角度为最优解，可使装夹过程中涨套5各处变形均匀、涨紧效果最优，进而可确保薄壁内筒圆产品装夹及拆卸变形量及加工精度完全可控。
[0047]
本实施例还提供了一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备使用方法，具体步骤如下：
[0048]
步骤1：将心轴1安装在机床主轴上，用四爪单动卡盘将心轴1上需与定位盘3、压紧盘6配合的面的圆跳动量及直线度全部找正至0.001mm以内，
[0049]
步骤2：将键2安装在心轴1的键槽内；定位盘3通过键2连接安装在心轴；涨套5通过销子4与定位盘3连接定位；压紧盘6通过轴孔配合安装在心轴1上，同时也与涨套5配合；
[0050]
步骤3：将待加工零件安装在涨套上，安装螺帽7并拧紧，其在轴向移动过程中推动压紧盘6移动使待加工零件与涨套5紧密贴合；
[0051]
步骤4：将心轴1另一端通过尾座顶紧后，启动数控程序完成车铣槽加工；
[0052]
步骤5：待零件车铣槽加工完成后松开螺帽7(无需完全脱离心轴)，使压紧盘6松开、涨套收缩并取出零件；
[0053]
步骤6：循环操作步骤2～5即可完成批量快速装夹、加工。
[0054]
本发明不仅可以实现车槽功能还可以完成车槽后的铣槽功能，加工完成后拆卸方便，因而操作简单、功能齐全；本发明解决了火箭发动机薄壁内圆筒车铣槽加工时装夹不
便、找正困难、效率低下、加工易变形、精度难控制的难题；本发明设计了不同角度的内锥面与外锥面配合，避免了车铣槽完成后因机械加工受力导致零件与胎具粘在一起的问题，拆装简单、使用方便。
[0055]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于包括：车铣槽工装和尾座；其中，所述车铣槽工装包括心轴(1)、键(2)、定位盘(3)、销子(4)、涨套(5)、压紧盘(6)和螺帽(7)；所述心轴(1)的一端装夹于机床主轴上，所述心轴(1)的另一端与所述尾座相压；所述键(2)设置于所述心轴(1)的键槽内；所述定位盘(3)通过所述键(2)定位安装于所述心轴(1)的外表面上并被限制周向转动；所述涨套(5)套于所述心轴(1)的外表面，并且所述涨套(5)的一端通过所述销子(4)与所述定位盘(3)相连接；所述压紧盘(6)的轴孔套设于所述心轴(1)的另一端的外表面，所述压紧盘(6)的外锥面与所述涨套(5)的另一端的内锥面相压；所述螺帽(7)与所述心轴(1)的另一端螺纹连接。2.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：所述心轴(1)与所述定位盘(3)的配合面采用磨光处理，配合面外圆直径为配合面的表面粗糙度不高于ra0.4。3.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：所述心轴(1)与所述压紧盘(6)的配合面采用磨光处理，配合面外圆尺寸为表面粗糙度不高于ra0.4。4.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：所述键槽为a型键槽，槽长为10mm-13mm，槽宽为10mm-12mm，槽深为2.6mm-3mm。5.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：所述定位盘(3)与所述涨套(5)配合的外锥面角度为31
°
，所述定位盘(3)的外圆锥上开设有直径为的销孔，销孔的轴心线垂直于定位盘(3)上与心轴(1)配合的中心孔，该中心孔对所述定位盘(3)的中心的跳动量不大于0.002mm。6.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：所述压紧盘(6)与所述涨套(5)配合的外锥面角度为31
°
，所述压紧盘(6)的中心孔对所述压紧盘(6)的中心的跳动量不大于0.002mm。7.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：所述涨套(5)的一端的内锥面角度为30
°
，表面粗糙度不高于ra0.4；所述涨套(5)的另一端的内锥面角度为30
°
，表面粗糙度不高于ra0.4。8.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的变形平衡系数通过如下公式得到：其中，ζ
v
为火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备的变形平衡系数，α为材料刚性系数，θ为理论接触角度，h为涨套有效厚度，l为涨套轴向高度，r为涨套半径，ε为整体修正系数。
9.根据权利要求1所述的火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备，其特征在于：所述定位盘(3)开设有多个通孔，多个通孔沿定位盘(3)的圆周均匀分布。10.一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备使用方法，其特征在于包括：将心轴(1)安装在机床主轴上，用四爪单动卡盘将心轴(1)上需与定位盘(3)、压紧盘(6)配合的面的圆跳动量及直线度全部找正至0.001mm以内；将键(2)安装在心轴(1)的键槽内；定位盘(3)通过键(2)连接安装在心轴(1)上；将涨套(5)通过销子(4)与定位盘(3)连接定位；将压紧盘(6)通过轴孔配合安装在心轴(1)上，同时将压紧盘(6)与涨套(5)配合；将待加工零件安装在涨套(5)上，将螺帽(7)与心轴(1)的另一端螺纹连接，在轴向移动过程中推动压紧盘(6)移动使待加工零件与涨套(5)贴合；将心轴(1)的另一端与尾座相压后，启动数控程序完成车铣槽加工；待零件车铣槽加工完成后松开螺帽(7)，使压紧盘(6)松开且涨套(5)收缩并取出零件。

技术总结
本发明公开了一种火箭发动机薄壁内筒圆加工工艺装备及其使用方法，其中，该装备包括：车铣槽工装和尾座；其中，所述车铣槽工装包括心轴、键、定位盘、销子、涨套、压紧盘和螺帽；所述心轴的一端装夹于机床主轴上，所述心轴的另一端与所述尾座相压；所述键设置于所述心轴的键槽内；所述定位盘通过所述键定位安装于所述心轴的外表面上并被限制周向转动；所述涨套套于所述心轴的外表面，并且所述涨套的一端通过所述销子与所述定位盘相连接；所述压紧盘的轴孔套设于所述心轴的另一端的外表面，所述压紧盘的外锥面与所述涨套的另一端的内锥面相压；所述螺帽与所述心轴的另一端螺纹连接。本发明具有定位精准、操作便利、安全可靠的优点。安全可靠的优点。安全可靠的优点。


技术研发人员：杨培剑 何小虎 黄君鑫 姚波 张鑫 张伟 宋国飞
受保护的技术使用者：西安航天发动机有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/8/1