一种逆向求证多角度斜面型孔的加工方法

  本文论述了计量活门衬套多角度斜面型孔的加工方法。通过构建电极模型的方法，先将电极加工出来，然后通过三坐标计量确保电极各型面角度和尺寸的正确性，最后通过在数控电火花机床上完成活门衬套多角度斜面型孔的加工。该加工方法采用逆向求证的工艺方式进行特征分析，为同类型零组件特征加工工艺方法的研究提供新的切入点、打开新思路。
    计量活门是航空发动机油泵控制中的关键零件之一，由内、外两个衬套组成，其功能是向燃烧室提供燃油衬套表面形状各异的型孔来控制燃油流量，因此计量活门表面型孔的形状及尺寸是保证航空发动机正常工作的关键所在。
    计量活门多角度型面的成因及特点
    计量活门的工作原理是：内衬套相对于外衬套的旋转就会改变计量开关的流道面积，从而改变航空发动机的燃油流量，如果计量活门衬套型孔设计为均匀角度的斜面，发动机工作时就会在控制油泵的油量时形成涡流，进而影响发动机的性能。通过大量的实践证明：要解决计量活门出口形成的涡流，将计量活门衬套窗口设计成多角度斜面，能方便的解决这一设计难题，但给型孔的加工带来一定难度。
    我厂传统计量活门衬套的窗口多为直角形或均匀斜面型，采用立铣刀直接铣削加工而成。本文所列举的计量活门型孔属于多角度斜面，参考传统的工艺方法很难实现，如果采用五轴联动数控加工只能实现型面角度，而型孔小转接处角度变化则难以实现。所以必须采用一种简便、高效、创新的方法来解决多面体型孔的加工问题。
    计量活门多角度斜面型孔加工分析
    以图1为计量活门多角度斜面型孔：A斜面为45（4处），B斜面为40（2处），窗口宽度3.3mm。通过结构分析得出：与传统的计量活门衬套型孔相比较，该型孔加工的难度主要表现在型孔外多面体的加工。
    2.1.型孔加工方法分析
    2.1.1.采用传统工艺方法在普通铣床上铣削加工，加工出的型面均为45斜面，结合型孔尺寸选择刀具加工后型孔的宽度应不小于13mm，而该型孔宽度只有3.3mm（图2所示），因此该型孔不适合进行铣削加工。
    2.1.2.采用三轴或五轴联动数控加工中心，借助UG软件建立模型仿真加工型孔，因为该型孔尺寸小导致刀具模拟加工时产生干涉，且根据理论计算出的刀具直径均不能用于实际加工。
    2.2.逆向分析思路
    结合我厂的电加工技术、数控加工技术以及三位建模软件，通过逆向思维：把计量活门型孔本身比作阴模，需要去除该计量活门型孔的材料比作阳模的原理，通过计算得出型孔去除材料的尺寸并将其作为阳模，结合电火花技术的加工原理将该阳模作为电极，采用数控电火花加工使多角度斜面型孔，一次加工成型技术从而满足型孔要求。
    计量活门多角度斜面型孔的加工方案
    3.1.电极的设计
    在确定使用刀具切削的工艺方法无法满足计量活门衬套多角度斜面型孔的要求，尝试采用UG软件构建电极模型，是电极各型面参数符合多角度型孔斜面参数的要求。经过大量的试验验证：电极杆的材料选用45号钢，点击并的材料选用紫铜，两者通过螺纹连接，又因电极型面为多角度斜面无法找正基准，在制造电极时增加电极找正面，其目的是便于重复装夹找正电极，并要求与电极一次装夹加工完成，尽量减少电极制造过程中的误差；或使电火花成型用柔性工具在数控机床加工出成型电极，再使用成型工具夹住电极进行电火花加工型孔，其优点是减少电极的找正工步，消除找正误差、精确电极重复定位。
    3.2.电极的制造
    根据计量活门多角度斜面型孔的特征，结合逆向构建的电极三维模型，使用90倒角刀在数控机床上按照设计出的电极型面尺寸，采用循环加工的方法进行铣削加工。该工艺方法的使用既方便编程，又能去除较大的加工余量，并为同类结构多角度斜面型孔的的加工提供参数依据。多角度斜面电极参数（以电极杆中心为零点）见下表1：

         表1         电极型面参数