1 序言
炮長鏡是坦克裝甲車的重要部件，負責對目標進行搜索、瞄準和跟蹤，其中曲線套筒為炮長鏡變焦系統中的重要零件，其精度及尺寸穩定性直接決定炮長鏡工作的穩定性。
目前，曲線套筒類零件的加工多采用普通四軸聯動銑削或通過電脈沖結合研磨完成，零件加工質量波動較大，加工效率較低且成本較高。隨著數控設備的不斷升級及加工輔具和熱處理技術的不斷提升，可立足于公司加工能力，制定合理可行的技術方案，滿足零件精度要求，彌補該類零件加工的短板，提高零件加工合格率及穩定性。
2 加工工藝性分析
圖1所示為典型薄壁筒類零件，材質為2A12-T4[1]。零件壁厚為2mm，長度為124mm，內孔與外圓均為IT7級公差，且同軸度為φ0.02mm。同時零件圓周分布兩條函數曲線通槽，屬于非對稱分布。兩條曲線軸向行程分別為16.5mm、46mm，占零件軸向總長的50.4%，且曲線槽寬公差僅為0.03mm，零件精度要求高，結構剛度較弱，加工極易產生變形。
a）結構尺寸
b）三維立體圖
圖1 典型薄壁筒類零件
3 工藝設計
3.1 工序劃分
零件加工過程材料去除率約為85%，加工過程中產生較大應力，在完成兩條函數曲線加工后，零件會產生較大變形，同時由于零件精度較高，需保證其在使用過程中尺寸的穩定性，因此將零件加工劃分為粗加工、半精加工和精加工3個階段[2]，中間分別增加時效處理、穩定化處理，從而保證零件精加工及裝配使用過程中尺寸的穩定性。各階段加工內容見表1。
表1 各階段加工內容
3.2 確定加工余量
根據同類零件加工經驗，零件粗加工后通常留余量0.5～1mm。零件加工精度主要取決于半精加工及精加工工序，因零件在精加工前剛度較弱，加工變形較大，故應在滿足零件變形及強度要求的前提下，盡量減小加工余量。通過使用abaqus 2020軟件對零件車削過程進行模擬仿真（見圖2），對切削力、殘余應力及徑向變化進行計算，發現主要變形部位在兩槽中間部位，在其中一條曲線長度20～30mm內變化最大（見圖2a）。
a）切削過程仿真
b）切削力變化
通過對零件加工過程中切削力的分析可知，在加工過程中，軸向力Fz未發生明顯變化，徑向力Fx隨著零件的加工不斷發生變化，且在長槽中間位置變化最大，對應的零件徑向變形量為0.12mm，由此確定零件的精加工余量為0.2mm。
c）殘余應力變化
d）徑向變形量變化
圖2 零件切削仿真分析
4 工裝設計
該零件由于剛性弱，裝夾極易產生變形，在精加工階段，減小零件裝夾變形成為夾具設計的要素，由于零件外圓自身存在兩條函數曲線槽，采用端面壓緊極易產生變形，因此在工藝設計時，提前在零件端面預留工藝臺，方便零件底面軸向壓緊，同時為提高裝夾可靠性，在夾具設計時，充分利用薄壁零件的結構特征，用心軸定位鏡筒內孔，底部用螺紋套壓緊預留的工藝臺階，頂部通過設計內脹支撐，作為輔助壓緊提高零件加工穩定性[3]，避免曲線槽銑削時產生位移和振動。夾具及裝夾如圖3所示。
a）剖視圖
b）實物
圖3 夾具及裝夾
5 數控程序設計
初始試驗時，采用計算機直接生成點坐標的方式處理加工程序，由于零件給出的方程中數值已經精確到小數點后9位，有些需要計算數值的N次方，然后進行乘積或者加減計算，因此計算結果誤差較大，且在計算機上處理程序時，取點的密集程度也影響計算結果的準確性，如果點過于密集，處理出的程序較長，影響機床對程序的識讀，同時數控程序數據量遠大于機床內存，不方便程序調用。
在程序編制過程中，根據零件曲線方程，采用宏程序手工編程，大大縮短程序序列，方便程序識讀修改，并對程序計算方法進行優化，提高曲線點的精度。原先在處理點位精度時，將乘方出來的數據與10的-N次方進行加減乘除運算，由于機床宏程序對小數點后幾位的值有限制，容易造成數據精度的損失。后對計算方法進行改進，采用綜合計算法，即將數據的N次方分解成2次方乘以2次方再乘以2次方等形式，計算后先用2次方的結果乘以10的-2次方，這樣將數據的值控制在誤差允許的范圍內，提高了計算精度。
由于在第四軸參與運動時，進給速度不易控制，容易造成某一點加工速度過快。在編程時引進反比時間進給方法，該指令的使用將加工過程的切削速度均勻化，實現了零件的光滑加工，提高了零件的加工質量。零件加工宏程序代碼如圖4所示。
圖4 零件加工宏程序代碼
6 結束語
本文針對高精度雙曲線鏡筒零件的結構特征和加工難點，通過加工階段劃分、時效和穩定化處理、工裝設計和宏程序降次處理等措施，很好地控制了零件加工及裝配使用過程中的變形，從根本上解決了該零件的加工質量問題，大大降低了生產成本，節省了人力、物力，提高了企業的競爭力，同時也為類似結構零件的加工提供了一種工藝思路。
