Präzisionsbearbeitung von hochpräzisen koaxialen Löchern in einer Kamerahalterung aus einer Titanlegierung

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Präzisionsbearbeitung von hochpräzisen koaxialen Löchern in einer Kamerahalterung aus einer Titanlegierung

2021-10-23

Bei der Bearbeitung von Kamerahalterungen aus Titanlegierung wird eine dreiachsige Werkzeugmaschine verwendet, um mit dem Drehtisch zusammenzuarbeiten. Durch Steuern der Klemmverformung der Teile wird der Hilfsausrichtungsbezugswert hinzugefügt, die Schneidwerkzeuge werden angemessen ausgewählt und die Verformung bei der Bearbeitung wird angemessen gesteuert. Die Bearbeitung aller Bohrungen erfolgt in einer Aufspannung. Die hocheffiziente, kostengünstige und qualitativ hochwertige Bearbeitung von hochpräzisen koaxialen Bohrungen von dünnwandigen Titanlegierungsteilen wird realisiert.

Die Kamerahalterung ist ein sehr wichtiger Bestandteil im Aufnahmeteil der Satellitenkamera. Es wird hauptsächlich verwendet, um das Objektiv der Satellitenkamera präzise zu installieren und die Kamera um 360 ° zu drehen. Eingeschränkt durch die Einsatzbedingungen und die Umgebung müssen die Teile eine leichtere Struktur und eine hohe Festigkeit aufweisen, wenn sie die Anforderungen erfüllen.

Das Teilmaterial ist eine Titanlegierung, die sich durch hohe Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, hohe Hitzebeständigkeit und relativ geringes Gewicht auszeichnet. Die Teile sind dünnwandige Strukturteile, die beim Spannen und Bearbeiten anfällig für Verformungen sind, was die Genauigkeit der Teile stark beeinträchtigt.

1. Teilestrukturmerkmale und technische Parameter

Abbildung 1 zeigt das U-förmige Kamerastativ. Die Außenabmessungen der Teile betragen 516 mm × 407 mm × 227 mm, die Wandstärke beträgt 4 mm, das Ganze ist U-förmig aufgebaut und die meisten davon sind Hohlräume. Die Bearbeitungsgenauigkeit der drei Löcher ist als Bilder

Die Vertikalität von zwei φ100 mm Innenlöchern muss 0.02 mm betragen.

a) Strukturgröße

b) Das physische Objekt

Abbildung 1 U-förmige Kamerahalterung

2. Materialleistungs- und Schnittleistungsanalyse

Die Schneidleistung von Titanlegierungen ist schlecht, hauptsächlich aufgrund ihrer schlechten Wärmeleitfähigkeit, was zu einer hohen Schnitttemperatur führt und somit die Werkzeugstandzeit verringert. Der kleine Verformungskoeffizient beim Schneiden von Titanlegierungen erhöht die Gleitreibungsstrecke der Späne auf der Spanfläche und beschleunigt den Werkzeugverschleiß.

Der Elastizitätsmodul der Titanlegierung ist klein, und es ist leicht, eine Biegeverformung unter Einwirkung von Radialkraft während der Bearbeitung zu erzeugen, die Vibrationen verursacht, den Verschleiß des Werkzeugs erhöht und die Genauigkeit der Teile beeinträchtigt. Aufgrund der starken chemischen Affinität der Titanlegierung zu Werkzeugmaterialien neigt das Werkzeug unter den Bedingungen hoher Schnitttemperatur und großer Schnittkraft pro Flächeneinheit zu Adhäsion und Verschleiß.

Präzisionsbearbeitung von hochpräzisen koaxialen Löchern in einer Kamerahalterung aus einer Titanlegierung

3. Prozessdesign

Das Bearbeitungsprozess ist in zwei Stufen unterteilt: Schruppen und Schlichten. Um die Kaltverfestigung und die Eigenspannung des Materials zu eliminieren, sind zwei Wärmebehandlungen in der Mitte angeordnet, um den Einfluss der Verformung der Teile auf die Bearbeitungsgenauigkeit zu reduzieren. Technologischer Prozess: Schruppfräskontur → Spannungsarmglühen → Fertigfräskontur und Innenkavität → künstliche Alterung plus Kühl- und Erwärmungszyklus → Bohren aller Innenbohrungen.

4. Analyse von Verarbeitungsschwierigkeiten

Nach der Analyse sind die Verarbeitungsschwierigkeiten des Kamerahalters aus einer Titanlegierung wie folgt.

1) Die Außenabmessungen der Teile sind groß und es ist nicht leicht zu schneiden.

2) Die Kamerahalterung ist ein typisches dünnwandiges Teil, das beim Einspannen und Bearbeiten anfällig für Verformungen ist.

3) Die Spannweite der beiden koaxialen Löcher beträgt 516 mm, und die Koaxialität muss 0.01 mm betragen. Die Genauigkeit des Innenlochs im Bild ist hoch und es ist nicht einfach, die Genauigkeitsanforderungen zu garantieren.

4) Das Toleranzniveau des Innenlochs des größten Bildes erreicht das IT4-Niveau, die Tiefe beträgt 80 mm und die Rechtwinkligkeit zur Achse des 100-mm-Innenlochs beträgt 0.02 mm, und die Maßgenauigkeit ist nicht einfach zu garantieren.


5. ergriffene Maßnahmen

Treffen Sie die folgenden Maßnahmen bei Verarbeitungsschwierigkeiten.

1) Um die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit in Kombination mit den strukturellen Eigenschaften zu erfüllen.

Für die Bearbeitung wird die Koordinatenbohrmaschine T4163 ausgewählt und gleichzeitig wird der Drehtisch verwendet, um die Bearbeitung aller Bohrungen in einer Aufspannung abzuschließen, um den Fehler durch Mehrfachspannung zu reduzieren. Die Klemmmethode der U-förmigen Kamerahalterung ist in Abbildung . dargestellt 

2) Maßnahmen zur Sicherstellung der Maßhaltigkeit der Innenbohrung. 

Bei der Kontrolle der Maßhaltigkeit der Innenbohrung werden zur Sicherstellung der Rundheit und Maßhaltigkeit der Teile ein dynamisch ausgewuchteter Bohrkopf und eine Diamantscheibe zur Bearbeitung verwendet. Der Ebenheitsgrad der Referenzfläche ist gewährleistet. Die Ebenheit des Tests beträgt 0.005 mm, was im Grunde die obere Grenze der Genauigkeit der Werkzeugmaschine erreicht.

Mit der Drehgenauigkeit des Werkzeugmaschinendrehtisches plus der Hilfsausrichtungsmethode wird die Vertikalität des Innenlochs des Bildes und der Referenzebene garantiert 0.02 mm. Gleichzeitig verbleiben beim Bohren des Innenlochs alle Innenlöcher mit einem Rand von 0.4 mm, und die Methode zum Entfernen des Bearbeitungsrands mit mehreren gleichen Rändern wird verwendet, um die Größenänderung zu beobachten und den Entfernungsbetrag anzupassen, um sicherzustellen, dass das Loch Durchmessergenauigkeit und Anforderungen an die Oberflächenrauheit des Innenlochs .

3) Die Hauptmaßnahmen zur Kontrolle der Eigenspannungsverformung, Klemmverformung und Verarbeitungsverformung der Teile sind wie folgt:

① Kontrollieren Sie innere Spannungen und Verformungen.

 Die Teile werden in Schrupp-, Schlicht- und Spannungsarmglühen, künstliche Alterung sowie Hoch- und Niedertemperatur-Heiz- und Kühlzyklen unterteilt, um die Erzeugung von Eigenspannungen zu minimieren.

②Klemmverformung kontrollieren. 

Abbildung 3 zeigt die Echtzeit-Überwachungsmaßnahmen für die Verformung der U-förmigen Kamerahalterung. Um die Größe der Klemmkraft zu kontrollieren, wird die Messuhr für den Mehrpunktdruck verwendet, und die Messuhr und der Verdichtungspunkt werden nacheinander mit der Methode der Dreipunktverdichtung mit kleinem Drehmoment und der Methode der Mehrfachzyklen abgeglichen der schrittweisen Verdichtung wird angenommen, um die Freiheit zu gewährleisten Im Zustand bleiben die X-Achsen- und Y-Achsen-Werte jeder Spannpunkt-Messuhr unverändert, um die Klemmverformung zu minimieren und gleichzeitig eine gleichmäßige Kraft und eine zuverlässige Klemmung zu gewährleisten.

③ Verwenden Sie eine wasserlösliche Emulsion auf Kühlbasis zum Kühlen, während Sie die Innentemperatur kontrollieren, um die Raumtemperatur zu gewährleisten (20±2) ℃.

um die thermische Verformung der Verarbeitung zu kontrollieren; Minimieren Sie durch die Auswahl geeigneter Werkzeugmaterialien, Winkel und Schnittparameter die Bearbeitung in der Schnittkraft und reduzieren Sie dadurch die bei der Bearbeitung entstehende Verformung.

4) Stellen Sie die Koaxialitätsanforderungen sicher. 

Das Befestigen eines Bezugsblocks auf dem Drehtisch entspricht dem Hinzufügen eines zusätzlichen Ausrichtungsbezugspunkts. Nachdem Sie das Innenloch eines Bildes bearbeitet haben, drehen Sie es um 180°, um das Innenloch eines anderen Bildes zu bearbeiten. Der Drehwinkel wird mit dem Referenzblock mit einer Messuhr eingestellt, um den Winkelfehler zu beseitigen, wenn der Drehteller maximal gedreht und gedreht wird, und dann mit der Verlängerungsstange konfigurieren Richten Sie das Innenloch des bearbeiteten Bildes mit einer Messuhr aus um die Koaxialitätsanforderungen der Teile sicherzustellen.

5) Kontrolle der Werkzeugvibration während der Bearbeitung. 

①Maßnahmen zur Kontrolle erzwungener Schwingungen: Halten Sie sich von der Schwingungsquelle fern, vermeiden Sie Schwingungen mit anderen Werkzeugmaschinen und die Bildung von Resonanzen zwischen Werkzeugmaschinen. ②Maßnahmen zur Kontrolle der selbsterregten Schwingung: Es soll den übereinstimmenden Grad von Werkstücksteifigkeit, Werkzeugsteifigkeit und Schnittkraft während der Bearbeitung lösen.

Um die endgültige geometrische Genauigkeit der Teile zu gewährleisten und sicherzustellen, dass die Auswirkungen der Spannverformung auf die Teile minimiert werden, sollten die passenden Schneidwerkzeuge, Schneidparameter und Werkzeugwinkel gewählt werden, ohne die Steifigkeit des Werkstücks zu erhöhen, d.h Schnitttiefe reduzieren, Schnittgeschwindigkeit reduzieren, einen angemessenen Vorschub wählen und die Steifigkeit des Werkzeugs erhöhen.

6. Produktqualitätsprüfung

Nach der Bearbeitung der U-förmigen Kamerahalterung werden die wichtigsten technischen Indikatoren mit einem Drei-Koordinaten-Messgerät geprüft und die Ergebnisse entsprechen alle den Anforderungen der Zeichnung. Die Ergebnisse der Eckdatenerfassung des Drei-Koordinaten-Messgeräts sind in Tabelle 1 aufgeführt.

7. Abschließende Bemerkungen

Durch die Bearbeitung von Kamerahalterungen aus Titanlegierung wurden gewisse Erfahrungen bei der Bearbeitung von großspannigen koaxialen Löchern von U-förmigen Teilen und der Verhinderung der Verformung dünnwandiger Teile gesammelt, die eine gewisse Referenzbedeutung für die Bearbeitung solch großer Titanlegierungen haben Teile in die Zukunft.

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