專利名稱：非金屬異形舵片的加工方法及加工用夾具的制作方法
技術領域：
本發明屬于導彈武器系統中機動式彈頭非金屬舵片技術領域，具體是指一種非金屬異形舵片的加工方法及加工用夾具。
背景技術：
機動式彈頭是在彈道末段按預定程序改變飛行彈道的導彈武器系統彈頭。機動式彈頭再入飛行時，其控制系統是由空氣舵偏轉產生的空氣動力作為控制力，有效地控制導彈在大氣層內保證良好的姿態飛行?？諝舛嬗啥嫫⑥D接環及其連接件構成，舵片與轉接環采用螺紋連接。針對武器系統機動飛行時間長，對舵、翼的燒蝕和高溫結構強度要求高的特點，非金屬舵片在武器系統中應用日趨普遍。常見非金屬舵片的結構如附圖I和2所示，由舵片I和位于其下緣面的舵軸2構成，由于舵片I在工作過程中需承受較大的熱沖擊力，裝 配后要求舵片I與控制艙殼體牢固可靠，舵片I中心面與彈體對稱度不大于O. 1_，位于舵片I下緣平面的舵軸2與控制艙殼體為過盈配合，舵片I尺寸公差僅為6級。又由于舵片I外型為氣動型面，因此對舵片I外型尺寸精度和表面質量的要求很高。由于舵軸2結構小，精度高，舵片I的舵面為不規則異形型面，加工過程中工藝基準面無法確定，因此對舵片加工方法的要求很高，而非金屬異形舵片產品加工的難點是外型尺寸、舵面表面質量以及舵面與舵軸對稱度精度的控制。非金屬材料舵片硬度約為莫氏硬度9. 5，切削性能差，刀具成本高。為了確保產品精度滿足要求，不但要在產品加工方面尋求最佳的工藝流程和參數，同時需要制做一套精度精準的型面定位專用工裝，否則容易造成定位不準以及舵軸與舵面對稱度不合格。舵軸的設計要求尺寸偏差不大于±0. 0055mm,兩舵面相對舵軸的中心對稱度不大于O. 1mm，舵片的上緣、下緣尺寸公差要求都不大于O. 1mm，下緣角度偏差不大于±3’，表面粗糙度要求為Ra3.2。目前，因非金屬異形舵片結構復雜，原材料硬度高，零件結構剛性差，加工時將舵片中心基面水平放置，分別用鎢鋼刀具和硬質合金刀具進行粗、精加工，最后鉗工修配舵軸，具體工藝程為坯料制備一粗加工上型面一粗加工下型面一精加工上型面一精加工下型面一鉗工修配舵軸。此工藝存在的問題是加工后產品舵軸尺寸無法保證，鉗工修配的舵軸無互換性，表面粗糙度差，產品重量差異大，加工成本高，而且效率低。

發明內容
本發明的目的就是要提供一種非金屬異形舵片加工方法，該方法能有效保證非金屬異形舵片的加工精度及形位公差，同時本發明還提供一種非金屬異形舵片加工用夾具，為實現上述目的，本發明所設計的非金屬異形舵片的加工方法，包括以下步驟I)按照產品最大外形尺寸設計非金屬舵片平板坯料，并單面留加工余量5 10mm ；2)立式裝夾非金屬舵片平板坯料，對稱平磨非金屬舵片平板坯料的兩基準面，保證兩基準面的平行度和平面度誤差均在O. 06mm以內，留單面加工的余量f 3mm ；3)粗銑加工非金屬舵片平板坯料外型，舵面留單面加工余量2 3mm，并在舵軸所在部位加工出后續裝夾的工藝夾頭，工藝夾頭對兩基準面中心的對稱度誤差在0. 04mm以內；4)立式裝夾工藝夾頭，找正兩基準面中心平面，半精銑非金屬舵片平板坯料兩基準面，留單面加工余量0. 2~0. 3mm，然后精銑單面至設計尺寸，形成舵片；5)立式裝夾舵片，半精銑工藝夾頭至舵軸形狀，留單面加工余量0.1~0. 2mm ；6)精銑加工舵軸，切削深度控制在0.1~0. 15mm，至設計尺寸，即可完成非金屬異形舵片的加工。進一步地，所說的步驟4)中，半精銑非金屬舵片平板坯料兩基準面時，采用金剛石刀具、用等高線加工方法加工，半精加工切削速度控制為12(Tl50m/min，切削深度控制為0. 2~0. 4mm，進給速度控制為0. 3~0. 45mm/z ;精銑舵面時，采用金剛石刀具用曲面精加工且切向進刀，精加工切削速度控制為20(T220m/min，切削深度控制為0. 2~0. 3mm，進給速度控制為 0. 2 0. 35mm/z。進一步地，所說的步驟5)中，半精銑工藝夾頭至舵軸形狀時，采用舵面型面定位、裝夾舵片，找正工藝夾頭，找正誤差控制為0. 03mm以內。進一步地，所說的步驟6)中，精銑加工舵軸時，找正舵軸，找正誤差在0. 02mm以內，精加工的切削速度控制為20(T220m/min，切削深度控制為0.1~0. 15mm，進給速度控制為 0.1 0. 15mm/z。本發明的非金屬異形舵片加工用夾具，用于加工舵軸時夾持舵片，它包括兩塊型面墊板和夾持所述型面墊板的精密虎鉗，所述兩塊型面墊板內側均設置有與待加工舵片的兩側舵面分別相適配的舵面槽，所述兩塊型面墊板上端面均設置有用于限制舵片在夾具中位置的兩個夾持支耳。夾具工作時，兩塊型面墊板內側的舵面槽形成類似倒錐面夾持槽，會使舵片有向上運動的趨勢，兩處支耳可防止舵片向上移動。本發明采用立式加工中心舵面，有利于提高加工精度和加工效率。銑舵面分半精加工和精加工，有效以保證零件尺寸精度和表面粗糙度。加工舵軸時，優選選用本發明的非金屬異形舵片加工用夾具對舵片進行裝夾固定，裝夾時既保證零件便于裝夾，具有足夠的剛性，又可將對稱度基準位移誤差縮小。實踐證明，采用本發明非金屬異形舵片的加工方法，加工精度高，完全滿足產品設計精度要求。實踐證明，采用本發明的方法和裝置實際加工時可控制舵軸偏差在±0. 004mm以內、兩舵面相對舵軸中心對稱度誤差在0. 08mm以內、舵面下緣角度偏差實際為±3’、上緣尺寸偏差在±0. 03mm以內、表面粗糙度為Ra3. 2，均高于設計要求的標準。與舵面中心水平放置加工方法比較，提高加工效率約8倍，而且產品質量穩定，舵軸尺寸一致，產品已順利通過多次地面試驗和多批飛試試驗。


圖1為舵片的主視結構示意圖。圖2為舵片的俯視結構示意圖。圖3為粗銑加工后非金屬舵片平板坯料上工藝夾頭的結構示意圖。圖4為非金屬異形舵片加工用夾具的型面墊板的結構示意圖。圖5為非金屬異形舵片加工用夾具的使用狀態結構示意圖。圖6為圖5中的Z— Z剖視結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。圖I和圖2所示舵片結構在背景技術中已詳細說明，在此不做贅述。圖4和圖5所示非金屬異形舵片加工用夾具，用于加工舵軸時夾持舵片，它包括兩塊型面墊板4. I、4. 2和夾持 所述型面墊板4. I、4. 2的精密虎鉗5，兩塊型面墊板4. 1、4. 2內側均設置有與待加工舵片I的兩側舵面分別相適配的舵面槽6，兩塊型面墊板4. 1、4. 2上端面均設置有用于限制舵片I在夾具中位置的兩個夾持支耳7. 1,7. 2。夾具工作時，兩塊型面墊板4. 1,4. 2內側的舵面槽6形成類似倒錐面夾持槽，會使舵片I有向上運動的趨勢，兩處支耳7. 1,7. 2可防止舵片I向上移動。實施例I針對某C/SiC陶瓷材料異形舵片，舵軸尺寸為16mmX 21mm，舵片的最大長X寬尺寸為198_X95mm,舵片的最大厚度為17. 5_、最小厚度為9mm,加工方法包括以下步驟I)按照產品最大外形尺寸設計C/SiC陶瓷舵片平板材料，留單面加工余量5 IOmm ；2)立式夾緊舵片坯料，對稱平磨舵片坯料的兩基準面，保證平行度和平面度誤差在O. 06mm以內，厚度留單面加工余量l 3mm ；3)夾緊舵片坯料，粗銑加工舵片坯料外型，去除舵片坯料大部分加工余量，舵面留單面加工余量2 3mm，并在舵軸2部位加工出后續裝夾的工藝夾頭3，工藝夾頭3對兩基準面中心的對稱度誤差在O. 04mm ；4)用精密虎鉗立式裝夾工藝夾頭3，找正兩基準面中心平面，采用Φ16Ι 3金剛石粗加工刀具用等高線加工方法半精銑舵面，切削速度150m/min，切削深度O. 4mm，進給速度O. 42mm/z，加工后留單面加工余量O. 2^0. 3mm ;再采用Φ 16R3金剛石精加工刀具用曲面精加工且切向進刀精銑舵面，切削速度210m/min，切削深度O. 25mm，進給速度O. 30mm/z，保證舵面尺寸要求和表面粗糙度要求，即完成舵片I的加工；5)采用圖5所示非金屬異形舵片加工用夾具按圖6所示方式裝夾舵片1，拉直舵片I下緣平面，找正工藝夾頭3中心，找正誤差在O. 03mm以內，將工藝夾頭3半精銑至舵軸形狀，半精統留后續精統單面加工余量O. I "O. 2mm ；6)精銑加工舵軸2，找正舵軸2中心，找正誤差在O. 02 mm以內，校對舵面兩型面中心，采用全讀數外徑千分尺精密檢測舵軸2尺寸，采用Φ 8R2金剛石刀具精加工舵軸2，切削速度為220m/min，切削深度O. 1_，進給速度O. 15mm/z,即可得到C/SiC陶瓷材料空氣舵異形舵片。用上述方法對C/SiC陶瓷材料空氣舵異形舵片加工后，產品精度較高，完全滿足產品設計精度要求，兩舵面相對舵軸中心對稱度為O. Imm ;舵軸尺寸為16±0. 005mm ;上緣尺寸為9±0. 05mm ;舵面下緣角度偏差不大于±3’;表面粗糙度為Ra3. 2。在發動機燒蝕和地面試驗中取得圓滿成功。實施例2針對某SiC陶瓷材料異形舵片，舵軸尺寸為Φ18 mm，舵片最大長X寬尺寸為260mmX70mm,舵片最大厚度為12mm,最小厚度為2mm,加工控制過程如下
I)按照產品最大外形尺寸設計SiC陶瓷舵片平板材料，留單面加工余量5 10mm ；2)立式夾緊SiC陶瓷舵片坯料，對稱平磨SiC陶瓷舵片坯料的兩基準面，保證兩基準面的平行度、平面度誤差在O. 06mm以內，厚度留單面加工余量f 3mm ;3)夾緊SiC陶瓷舵片坯料平板劃線銑加工舵片外型，去除舵片坯料大部分加工余量，舵面留單面加工余量2 3mm，并在舵軸2部位加工出后續裝夾的工藝夾頭3，工藝夾頭3對兩基準面中心的對稱度誤差在O. 04mm以內；4)用精密虎鉗立式裝夾工藝夾頭3兩側面，找正兩基準面中心平面，采用Φ16Ι 3金剛石粗加工刀具用等高線加工方法半精銑舵面，切削速度130m/min，切削深度O. 3_，進給速度O. 3mm/z，加工后留單面加工余量O. 2^0. 3mm ;再采用Φ 16R3金剛石精加工刀具用曲面精加工且切向進刀精銑舵面，切削速度200m/min，切削深度O. 2mm,進給速度O. 35mm/z,保證舵面尺寸要求和表面粗糙度要求，即完成舵片I的加工；，
5)采用圖5所示非金屬異形舵片加工用夾具按圖6所示方式裝夾舵片1，拉直舵片I下緣平面，找正工藝夾頭3中心，找正誤差在O. 03mm以內，將工藝夾頭半精銑至舵軸形狀，半精銑留后續精銑單面加工余量O. Γ0. 2mm ；6)精銑加工舵軸2，找正舵軸2中心，找正誤差在O. 02mm以內，校對舵面兩型面中心，采用全讀數外徑千分尺精密檢測舵軸2尺寸，采用Φ 8R2金剛石刀具精加工舵軸2，切削速度為200m/min,切削深度O. 15mm,進給速度O. lmm/z,即可得到SiC陶瓷材料空氣舵異形舵片。用上述方法對SiC陶瓷材料異形舵片加工后，產品精度較高，完全滿足產品設計精度要求，兩舵面相對舵軸中心對稱度為O. Imm ;舵軸尺寸為Φ 18±0. 004mm ;舵面下緣角度偏差不大于±3’，上緣尺寸為2±0. 05mm ;表面粗糙度為Ra3. 2。在發動機燒蝕和地面試驗中取得圓滿成功。實施例3針對某SiC陶瓷材料異形舵片，舵軸尺寸為Φ17 mm，舵片最大長X寬尺寸為230mmX80mm,舵片最大厚度為15mm,最小厚度為4mm,加工控制過程如下I)按照產品最大外形尺寸設計SiC陶瓷舵片平板材料，留單面加工余量5 10_ ；2)立式夾緊SiC陶瓷舵片坯料，對稱平磨SiC陶瓷舵片坯料的兩基準面，保證兩基準面的平行度、平面度誤差在O. 06mm以內，厚度留單面加工余量f 3mm ;3)夾緊SiC陶瓷舵片坯料平板劃線銑加工舵片外型，去除舵片坯料大部分加工余量，舵面留單面加工余量2 3mm，并在舵軸2部位加工出后續裝夾的工藝夾頭3，工藝夾頭3對兩基準面中心的對稱度誤差在O. 04mm以內；4)用精密虎鉗立式裝夾工藝夾頭3兩側面，找正兩基準面中心平面，采用Φ16Ι 3金剛石粗加工刀具用等高線加工方法半精銑舵面，切削速度120m/min，切削深度O. 2_，進給速度O. 45mm/z，加工后留單面加工余量O. 2^0. 3mm ;再采用Φ 16R3金剛石精加工刀具用曲面精加工且切向進刀精銑舵面，切削速度220m/min，切削深度O. 3mm，進給速度O. 2mm/z,保證舵面尺寸要求和表面粗糙度要求，即完成舵片I的加工；5)采用圖5所示非金屬異形舵片加工用夾具按圖6所示方式裝夾舵片1，拉直舵片I下緣平面，找正工藝夾頭3中心，找正誤差在O. 03mm以內，將工藝夾頭半精銑至舵軸形狀，半精銑留后續精銑單面加工余量O. Γ0. 2mm ；
6)精銑加工舵軸2，找正舵軸2中心，找正誤差在O. 02mm以內，校對舵面兩型面中心，采用全讀數外徑千分尺精密檢測舵軸2尺寸，采用Φ 8R2金剛石刀具精加工舵軸2，切削速度為210m/min，切削深度O. 15mm，進給速度O. 12mm/z,即可得到SiC陶瓷材料空氣舵異形舵片。用上述方法對SiC陶瓷材料異形舵片加工后，產品精度較高，完全滿足產品設計精度要求，兩舵面相對舵軸中心對稱度為O. Imm ;舵軸尺寸為Φ 17±0. 003mm ;舵面下緣角 度偏差不大于±3’，上緣尺寸為4±0. 02mm ;表面粗糙度為Ra3. 2。在發動機燒蝕和地面試驗中取得圓滿成功。
權利要求
1.一種非金屬異形舵片的加工方法，其特征在于，它包括以下步驟 O按照產品最大外形尺寸設計非金屬舵片平板坯料，并單面留加工余量5 10mm ； 2)立式裝夾非金屬舵片平板坯料，對稱平磨非金屬舵片平板坯料的兩基準面，保證兩基準面的平行度和平面度誤差均在O. 06mm以內，留單面加工的余量f 3mm ； 3)粗銑加工非金屬舵片平板坯料外型，舵面留單面加工余量疒3mm，并在舵軸(2)所在部位加工出后續裝夾的工藝夾頭(3)，工藝夾頭(3)對兩基準面中心的對稱度誤差在O.04mm 以內； 4)立式裝夾工藝夾頭(3)，找正兩基準面中心平面，半精銑非金屬舵片平板坯料兩基準面，留單面加工余量O. 2^0. 3mm,然后精銑單面至設計尺寸，形成舵片(I); 5)立式裝夾舵片(1)，半精銑工藝夾頭(3)至舵軸(2)形狀，留單面加工余量O.1^0. 2mm ； 6)精銑加工舵軸(2)，切削深度控制為O.Γ0. 15mm，至設計尺寸，即可完成非金屬異形舵片的加工。
2.根據權利要求I所述的非金屬異形舵片的加工方法，其特征在于所說的步驟4)中，半精銑非金屬舵片平板坯料兩基準面時，采用金剛石刀具、用等高線加工方法加工，半精加工切削速度控制為12(Tl50m/min，切削深度控制為O. 2^0. 4mm,進給速度控制為O.3^0. 45mm/z ;精銑舵面時，采用金剛石刀具用曲面精加工且切向進刀，精加工切削速度控制為20(T220m/min，切削深度控制為O. 2^0. 3_，進給速度控制為O. 2^0. 35mm/z。
3.根據權利要求I或2所述的非金屬異形舵片的加工方法，其特征在于所說的步驟5)中，半精銑工藝夾頭(3)至舵軸(2)形狀時，采用舵面型面定位、裝夾舵片(I)，找正工藝夾頭(3)，找正誤差控制在O. 03mm以內。
4.根據權利要求I或2所述的非金屬異形舵片的加工方法，其特征在于所說的步驟6)中，精銑加工舵軸(2)時，找正舵軸(2)，找正誤差在O.02mm以內，精加工的切削速度控制為 20(T220m/min，進給速度控制為 O. Γθ. 15mm/z。
5.一種非金屬異形舵片加工用夾具，用于加工舵軸時夾持舵片，其特征在于，它包括兩塊型面墊板(4. 1、4. 2)和夾持所述型面墊板(4. 1、4. 2)的精密虎鉗(5)，所述兩塊型面墊板(4. 1,4.2)內側均設置有與待加工舵片(I)的兩側舵面分別相適配的舵面槽(6)，所述兩塊型面墊板(4. 1,4. 2)上端面均設置有用于限制舵片(I)在夾具中位置的兩個夾持支耳(7. 1,7. 2)。
全文摘要
本發明公開了一種非金屬異形舵片的加工方法及加工用夾具。該加工方法，包括以下步驟1)按照產品最大外形尺寸設計非金屬舵片平板坯料；2)立式裝夾非金屬舵片平板坯料，對稱平磨非金屬舵片平板坯料的兩基準面；3)粗銑加工非金屬舵片平板坯料外型，并在舵軸所在部位加工出后續裝夾的工藝夾頭；4)立式裝夾工藝夾頭，找正兩基準面中心平面，半精銑非金屬舵片平板坯料兩基準面，然后精銑單面至設計尺寸，形成舵片；5)立式裝夾舵片，半精銑工藝夾頭至舵軸形狀；6)精銑加工舵軸，至設計尺寸，即可完成非金屬異形舵片的加工。使用該非金屬異形舵片加工方法及加工用夾具，能有效保證非金屬異形舵片的加工精度及形位公差。
文檔編號B23C3/00GK102873383SQ20121036393
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月26日 優先權日2012年9月26日
發明者周大華, 徐明亮, 范海旭, 韓慶波 申請人:湖北三江航天江北機械工程有限公司