2020年第４期
中国高新科技 11
TECHNOLOGY INNOVATION 技术创新
刘轶博
（沈阳发动机研究所，辽宁 沈阳 110015）
摘要：拉杆作为发动机预装架的支撑转接的重要部件，在发动机预装过程中起到重要的作用，而拉杆的球窝转接头为其主要的连接、回转部分，其加工质量直接影响预装架的装配效果。文章针对拉杆球窝转接部分的技术要求，对球窝的传统机械成型加工工艺方式进行分析，结合生产实际情况、具体的零件状态，反复试验，确定了合适的机械加工方式，总结出新的机械加工方法，确保加工出符合设计技术要求的拉杆球窝部件。
关键词：球窝；加工工艺；机械加工方法 文献标识码：A 中图分类号：TG519
文章编号：2096-4137（2020）04-11-03 DOI：10.13535/jki.10-1507/n.2020.04.02
Tie rod ball and socket new machining technology
LIU Yibo
(Shenyang Engine Research Institute, Shenyang 110015, China)
发动机支撑架Abstract: As an important part of the support and transfer of the engine preassembly frame, the tie rod plays an important role in the engine preassembly process, while the ball and socket adapter of the tie rod is the main connection and rotating part, and its processing quality directly affects the assembly effect of the preassembly frame. The article analyzes the traditional mechanical forming and processing methods of the ball and socket according to the technical requirements of the connecting part of the tie-ball ball and socket. In combination with the practical situation of production, the specific parts status, trial and error, the paper formulated the suitable way of mechanical processing, summed up the new mechanical processing method to ensure that work out linkage parts to meet the requirements of design technology.
Keywords:
ball and socket; processing technology; machining method
0 引言
预装架作为辅助发动机装配使用的主要工装支撑体，在发动机装配时起到主要支撑装配的作用，对发动机整体定型装配有着重要的影响，而拉杆作为传感器与预装架的主要连接装置，其作用是支撑和固定传感器并与整体架连接，保证传感器与发动机整体装配的位置精度及可旋转的角度，而球窝部分作为支杆的唯一支持旋转的部位，其加工的质量尤为重要，作为拉杆与传感器的连接部分，球窝的加工的粗糙度、轮廓度等加工精度对整体传感器的支撑有着重要的影响。
1 拉杆的结构及工艺性分析1.1 拉杆的结构特征
拉杆的整体外形为长轴类形状，其整体形状如图1所示，一端为扁平球形型头，其外形为球体状曲面样式，整个型面呈流线形体，整体多为轴类形状，且保证与预装架的装配连接，故另一端结构为螺纹结构，保证与预装架的连接。其球窝部分在球体扁平面处，球窝位置在整个零件的中心轴线上，并且球窝
的加工尺寸与相配的球头零件尺寸的配合间隙不大于0.04mm，表面粗糙度不低于Ra0.8，尺寸公差要求严格，粗糙度要求高，整体轮廓度要求高，其中间部位还有
输油环槽，位置精度要求严，整体的机械加工难度大。
图1 拉杆简图
1.2 球窝的工艺性分析
如图2可知，球窝加工的位置在整个零件的中心轴线上，并且与拉杆的另一端有尺寸要求，在进行加工时需保证整体尺寸的要求、各个部位尺寸链的精度，而且在进行球窝加工前由于其整体加工量大，需要先进行粗加工，去除部分多余量，故在球窝位置的中心处加工出合适的底孔，这样既减少了球窝加工时的加工余量，又方便后续加工时刀具的加工进刀和零件的位置正。如图3可知，在球窝中间位置的环形输油槽由于其位置和结构的原因，使用普通刀具无法满足
加工需求，需要特殊的T型刀具进行加工。
图2 球窝拉杆示意图
图3 球窝尺寸简图
1.3 球窝加工难点
如图3所示，球窝的整体形状为完整的球型，按图纸要
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求粗糙度不大于Ra0.8，整体球面尺寸公差不大于0.04mm，轮廓度要求高，表面的粗糙度要求较高，整体尺寸要求严格，并且要保证装配零件能够完好地贴合旋转，因其特殊的形状和状态，如何保证其加工精度要求，保证加工完成后的使用状态尤为重要。
2 球窝的加工
2.1 传统的球窝加工方式
传统的球窝加工方式多为车削加工和镗削加工两种方式，这两种方式在实际的加工过程中起到了一定的作用，但也都存在一定的制约条件，不能很好地满足所有拉杆类球窝的加工要求，对这两种加工方式进行优缺点对比，试验总结出最适合的加工方式。
2.2 车削加工
在传统的球窝加工中，有一种方法是采用数控车进行加工，在加工过程中先加工出球窝处的底孔，然后采用车刀从已加工的底孔进刀，根据数控程序指令，按照图纸要求尺寸进行球窝形状的车削加工，沿着
曲面进行车削加工，先粗加工去余量，然后沿型面进行车削精加工，逐步加工出球窝的形状，直至满足图纸要求。
2.2.1 车削加工优点
车削加工球窝的优点在于加工完成后球窝的整体形状和轮廓度能够得到较好的满足，因其在加工时整体都处于全回转状态，整个球窝的形状能够得到保证，并且在冷却液的浇灌作用下，零件与刀具都能得到很好的冷却和润滑，减少切削过程中产生的摩擦应力和热应力，保证球窝的粗糙度。
2.2.2 车削加工缺点
由于拉杆的整体形状属于轴类形状，其整体长度有时较长，在车削加工中需要垫盘、压板和螺钉等较多的工装配合，使拉杆能够稳定地装夹，保证零件的固定（见图4），并且在加工过程中，零件一直处于旋转状态，为保证零件正常的加工回转和回转平稳、平衡，需要对其进行加工配重，而配重又是一个较大的问题，不仅需要更多的工装进行装夹，而且还加大了对整体零件进行基准正的难度，对零件的装夹和加工的制约性较大，同时由于过多对应工装的使用，又
增加了装夹、正的难度以及整体的加工成本。
图4 装夹示意图
2.2.3 车削总结
结合车削加工的优缺点，可以看出，虽然车削加工可以较好地满足拉杆球头部分的设计技术要求，但其过多的工装应用和烦琐的装夹方式制约着整个加工过程，同时也增加了加工成本，造成加工资源的浪费，并且对于较长的拉杆零件，无法满足其实际加工生产的需求和更高的技术要求。
2.3 镗削加工
另一种传统球窝加工方法是采用镗床进行加工，其加工过程中采用整体的成型刀具对球窝进行加工，通过调整镗头对刀具进行横轴调整，使其对加工部位进行切削，按照成型刀具的整体型面直接进行加工，依靠刀具的形状直接保证拉杆球窝部分的加工精度。
2.3.1 镗削加工优点
相对于车削加工，镗削加工时拉杆的整体形状的长短对于零件装夹的制约性铰小，零件整体更便于装夹，方便零件基准的正，整个拉杆更利于固定，可以保证零件整体的稳定和牢固，同时在加工过程中，镗床的刀具处于回转加工的状态，而拉杆始终处于静止状态，无须过多的工装进行辅助支撑。
2.3.2 镗削加工缺点
由于受到机床特性的限制，使用镗削加工时只能采用成型刀具进行加工（见图5～6），并且没有良好的冷却措施，在加工时不能较好地对加工部位进行冷却，这样易使刀具与零件加工部位产生加工热应力，不易散发，增加对刀具的磨损，使刀具的损耗过大，消耗量增加，同时对零件的加工部位也产生较大的磨损，使其加工后整体的轮廓度较差，易产生“椭圆”的情况，并且零件的曲面粗糙度也不能得到很好
的保证，很难保证球窝的粗糙度要求。
图5 成型刀具图 图6 镗刀示意图
2.3.3 镗削总结
结合镗削的优缺点，可以发现，虽然镗削加工可以克服零件的长度限制，使拉杆更加简单、方便、稳固地装夹，但是对于球窝转接部分的加工难以满足设计技术的要求，不能很好地保证曲面的轮廓度和粗糙度，不能有效地保证零件的精度，同时由于成型刀具的唯一对称性和刀具磨损度，也加大了机械加工的成本。
2.4 新式球窝加工方式
为了满足实际的加工需要，更加方便、简单、低成本地加工出符合技术要求的零件，对比传统的车削和
镗削加工方法，结合两种加工方式的优点，克服两种加工方式的缺点，通过反复的摸索与试验，探索出新式的球窝加工方法，利用数控铣削的方式进行球窝的加工。
2.4.1 加工刀具
如图7～8所示，加工刀具采用T型全圆角铣刀刀具，其形状与一般T型刀具类似，其为三刃T型铣刀，刀刃为全圆角
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R型，在加工过程中，使铣刀端刃总有合适的切削角度进行切削，能够与球窝的弧面内壁更好地贴合，并且切削平稳，切
削力小，更好地进行加工切削。
图7 Ｔ型铣刀示意图
图8 刀片示意图
2.4.2 装夹方式
这里的装夹方式与镗削的装夹方式相类似，将拉杆整体固定在机床的加工平台上，使用压板、V型铁等将拉杆装夹，压紧，固定。这样既有效地限制了拉杆应被限制的自由度，又保证了拉杆被加工位置的要求。方便零件基准的正，并且整个拉杆更利于固定，可以保证拉杆整体的稳定和 牢固。
2.4.3 加工方式
采用的新式加工方式为数控螺旋铣削加工方式，数控螺旋铣削加工方法是指数控加工时刀具相对工件做连续的环绕加工动作，其加工轨迹为一条平顺光滑连续的螺旋线。如图9～10所示，其加工方法利用数控铣床螺旋线插补功能进行铣削，在X、Y轴进行圆弧插补的同时，Z轴进行插补进给，采用等残余高度法，确定程序的参数变量，使每一切削层的残余高度值一致，以变切深的切削层进行加工，得到螺旋式的无行间过渡的环绕切削刀路轨迹，这种加工方法可以避免切削方向的突变，使机床进给的流畅度和刀具轨迹的连贯性不受影响，利于实现高速加工。具体加工时将刀具沿圆中心进入，沿球窝曲面形状进行螺旋线加工的方式，使刀具与曲面沿一角度进行螺旋线加工铣削，让刀具与球窝曲面内型进行
贴合加工，使其能够精确有效地加工出球窝的型面。
图9 刀路示意图
图10 加工轨迹简图
2.5 新式加工方式的优势
相对于传统的加工方式，新式的加工方法更有优势，既能保证球窝加工后的整体形状轮廓度，保证球窝的尺寸精度与粗糙度，又能克服零件装夹稳固、正不便等问题，使之确保零件装夹的稳定性，与传统的车削和镗削加工方式相比，既保留了原有的车削和镗削加工方式的优点，又克服了其缺点，显著提高了加工效率，而且减少了对刀具的消耗以及对工装的使用，降低了加工成本，大幅度缩减了装夹及准备状态时间，使零件的整体加工水平得到明显的提升。
3 结语
球窝的精度主要包括轮廓的尺寸、球窝的表面粗糙度和球窝的轮廓度。同时，还有装夹正、成本核算等一系列要求。本文通过对3种加工方式的对比，总结出了更加适合的新式加工方法，不仅能够更加全面地体现出数控机床的加工特性，而且改变了以往加工零件时的局限性和低效率，继而提
升了实际加工的综合能力。
作者简介：刘轶博（1987- ），男，辽宁锦州人，沈阳发动机研究所工艺设计师、工程师，研究方向：机械加工工艺。
[1]徐秉铨.航空制造工程手册[M]．北京：航空工业出版社，1997.
[2]王爱玲，李梦，冯裕强.数控加工理论与实用技术[M]．北京：机械工业出版社，2009.
（责任编辑：周加转）
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