孔位置度精确补偿加工技术

2020-03-02袁祥祥姚辉李昂梁津鹤谢辉

机械工程师 2020年2期

关键词：公差圆心象限

袁祥祥，姚辉，李昂，梁津鹤，谢辉

（天津航天长征火箭制造有限公司，天津300462）

0 引言

图1 环类工装简图

1 加工工艺分析

1.1 工件状态

如图1所示，该工件外径尺寸达φ5880 mm，毛坯材料为碳素结构钢Q235-A的焊接件，外圆面和上下底面均为车削加工完成。由于工件尺寸跨度大，刚度较差，在加工过程中容易变形，且孔的位置度要求较高。这对孔的位置度控制造成很大困难。此外，在实际加工过程中，影响孔位置度的因素有很多，如工件变形量、机床加工位置精度、刀具刚度不足、温度变化等，都会影响加工孔的位置度。从而在对此类大型工件加工时，一般很难达到图样设计的位置度要求。

1.2 加工方案

已加工孔数量较多，为完成位置度误差的快速判定和补偿加工任务，先按最大实体要求对超差孔位置度公差进行补偿，在满足装配要求的条件下，尽可能减少孔的加工数量。此外，针对工件尺寸大、刚度较差和孔位置度要求高等问题，拟采用位置度精确补偿技术进行加工，从而做到对孔位置度的精确控制，以提高加工精度。加工工艺流程如图2所示。

图2 加工工艺流程

2 加工过程

2.1 位置度测量

在工件装夹找正后，对已加工孔位置度误差进行在线检测。目前用于大尺寸几何量测量仪器中，激光跟踪仪具有测量范围大、精度高、便于在线检测和良好的动态测量特性等优点，在重大装备精密测量、大型零部件安装定位及机器人校准等方面具有显著的优势[1]。现使用Leica AT901-B激光跟踪仪对工件圆周分布孔位置度进行在线测量，以A基准圆心作为测量坐标系原点，以指向Ⅰ象限孔圆心方向为X正方向，指向Ⅱ象限孔圆心方向为Y正方向，测量结果如表1所示。激光跟踪仪测量图如图3所示。

表1 质心环圆周分布孔位置度测量结果

图3 激光跟踪仪测量坐标系

由表1可知，孔位置度误差不合格（大于φ0.15 mm）的比例高达48.3%，有86个孔的位置度超差。如果对每个超差孔返修，将耗费较大的人力、物力。

2.2 补偿位置度公差

式中：D1为孔实际尺寸，mm；D0为孔最大实体尺寸，mm；f0为位置度公差给定值，f0=0.15 mm。

以4个象限孔为例，对其进行位置度补偿计算。象限孔位置度测量结果如表2所示。

表2 象限孔位置度测量结果 mm

表2中第Ⅰ、Ⅱ象限孔的f值合格，第Ⅲ、Ⅳ象限孔的f值不合格。根据式（1）计算第Ⅲ、Ⅳ象限孔的位置度补偿公差值，并判断其位置度是否合格。位置度补偿公差值计算结果如表3所示。

表3 象限孔位置度补偿公差值计算与判定结果 mm

由表3可知，第Ⅲ象限孔的位置度公差，按最大实体要求进行补偿计算后，重新判定为合格。而第Ⅳ象限孔的位置度误差依旧不合格。

按最大实体要求对86个超差孔的位置度补偿计算后，有82个孔位置度误差符合装配要求，判定为合格，节省了95%的加工时间。依然有4个孔的位置度超差。

2.3 位置度补偿加工

2.3.1 补偿加工方案制定

表4 位置度补偿计算后不合格孔数据

图4 嵌套结构简图

2.3.2 位置度补偿加工技术

装配孔和象限孔位置度补偿加工的关键在于确定其理论位置，并做到精准加工。根据图5可知，表4中超差孔是在测量坐标系下得到的理论与实际坐标值，不可用于机床加工。需将其测量坐标转换成机床坐标方能加工。由于机床加工行程越长，其位置度误差越大。为减少机床加工时的位置度误差，将孔的实际圆心设为加工坐标系原点，坐标轴方向与机床坐标系相同。利用fx、fy，加工坐标系与测量坐标系的角度偏差θ，进行位置度补偿加工。加工坐标系与测量坐标系相对角度偏差如图5所示。

根据表4中孔的理论坐标和相应实际坐标值，计算得到差值fx、fy。由差值fx、fy计算理论孔圆心与原点连线在测量坐标系下的角度值σ，计算公式如下：