平移殼體側(cè)孔旋轉(zhuǎn)軸的計(jì)算研究

張　舒，竇長(zhǎng)安

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇揚(yáng)州225001）

平移殼體側(cè)孔旋轉(zhuǎn)軸的計(jì)算研究

張舒，竇長(zhǎng)安

（中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，江蘇揚(yáng)州225001）

圍繞某產(chǎn)品殼體側(cè)面插座孔的加工，主要論述了平移側(cè)孔旋轉(zhuǎn)軸后坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算方法，在加工側(cè)孔的工序設(shè)計(jì)了專用工裝，采用臥式加工中心編程加工試驗(yàn)件，經(jīng)過(guò)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)滿足圖紙技術(shù)要求，驗(yàn)證了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換計(jì)算的可行性，最后將平移旋轉(zhuǎn)軸的方法應(yīng)用于殼體的批量生產(chǎn)中。

平移旋轉(zhuǎn)軸；殼體側(cè)孔；坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；專用工裝

Rotman透鏡的殼體，如圖1所示，材料選用鋁板6061，外形曲面多、尺寸大，結(jié)構(gòu)類型屬于薄壁件，需要預(yù)留裝夾用的工藝端，透鏡是一種具有多個(gè)輸入口和多個(gè)輸出口的波束形成網(wǎng)絡(luò)［1］，殼體的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，厚度為Hmm，主要平面和側(cè)孔的加工精度高，一般應(yīng)將粗、精加工工序分階段進(jìn)行［2］。兩側(cè)曲面形狀不對(duì)稱，一側(cè)是圓弧，另一側(cè)是臺(tái)階面，并且左右兩側(cè)曲面上分別各有n組輸入插座孔和n組輸出插座孔。側(cè)孔的軸線的延長(zhǎng)線需要通過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)圓心（即點(diǎn)O和點(diǎn)O''），以兩個(gè)理論設(shè)計(jì)圓心分別建立坐標(biāo)系，然后按照?qǐng)D紙要求旋轉(zhuǎn)角度加工殼體的側(cè)孔，由于需要多次裝夾，必然產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差，增大加工難度，采用這種方法加工的殼體無(wú)法滿足圖紙尺寸的精度要求。用工序基準(zhǔn)作為精基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)重合”，以免產(chǎn)生基準(zhǔn)不重合誤差［3］。因此，進(jìn)行了平移殼體側(cè)孔旋轉(zhuǎn)軸的計(jì)算研究。

圖1　殼體外形圖

1　殼體側(cè)孔的工序內(nèi)容分析

殼體側(cè)孔選用臥式加工中心加工，首先通過(guò)中心圓孔找正，拉平外形，然后加工側(cè)孔同軸且對(duì)稱，同軸度≤0.02，而且加工時(shí)必須有兩人共同操作，互相復(fù)核。

1.1基準(zhǔn)的選擇

仔細(xì)分析圖紙，殼體上下對(duì)稱，左右兩側(cè)曲面不對(duì)稱，設(shè)計(jì)定位基準(zhǔn)存在左右兩個(gè)圓心，這與橢圓的結(jié)構(gòu)類似。將兩個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)軸平移到工藝基準(zhǔn)的旋轉(zhuǎn)軸，將兩個(gè)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)簡(jiǎn)化為同一個(gè)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，以零件中心作為工藝基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系進(jìn)行定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將殼體側(cè)孔軸向旋轉(zhuǎn)至水平方向，再通過(guò)x、y方向上的平移運(yùn)動(dòng)，將側(cè)孔的最外端移動(dòng)至對(duì)刀零點(diǎn)，可以保證每組側(cè)孔的加工深度尺寸一致。按照?qǐng)D紙和工藝的要求旋轉(zhuǎn)指定的角度，加工下一組側(cè)孔，依次循環(huán)，加工出圖紙上所有的2n組側(cè)孔。

1.2平移旋轉(zhuǎn)軸

首先，確定刀具在點(diǎn)X0進(jìn)行對(duì)刀，將側(cè)孔的最外端移動(dòng)到對(duì)刀點(diǎn)，同時(shí)保證側(cè)孔軸線在水平方向上。我們將兩個(gè)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)圓心（即點(diǎn)O和點(diǎn)O''）的旋轉(zhuǎn)軸平移到零件中心點(diǎn)P，以點(diǎn)P作為圓心進(jìn)行定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將殼體側(cè)孔軸向旋轉(zhuǎn)至水平方向，再通過(guò)平移臥式加工中心工作臺(tái)，將側(cè)孔中心h'移動(dòng)到對(duì)刀點(diǎn)，如圖2所示。

圖2平移旋轉(zhuǎn)軸示意圖

圖3中點(diǎn)h為任意一組側(cè)孔的中心點(diǎn)，設(shè)計(jì)以O(shè)''為圓心，旋轉(zhuǎn)角度∠1=θ.從零件中心點(diǎn)P作直線O''h的垂線，由相似三角形關(guān)系可知此垂線與Y軸的夾角即∠2，等于旋轉(zhuǎn)角度θ.因此，以點(diǎn)P為圓心旋轉(zhuǎn)角度θ，然后再將零件旋轉(zhuǎn)后插座孔的坐標(biāo)點(diǎn)h'平移到點(diǎn)X0，通過(guò)合成運(yùn)動(dòng)可以將兩個(gè)設(shè)計(jì)圓心（O、O''）的旋轉(zhuǎn)軸平移到點(diǎn)P作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，側(cè)孔以點(diǎn)P為圓心旋轉(zhuǎn)至水平方向的角度與兩個(gè)設(shè)計(jì)圓心（O、O''）旋轉(zhuǎn)的角度一樣。

圖3　專用工裝簡(jiǎn)圖

1.3坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的計(jì)算

要方便的識(shí)別工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)后坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，就必須解決一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題，即在加工中心的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)任何一個(gè)角度的時(shí)候，能夠始終尋找到實(shí)際工件的原點(diǎn)位置［4］。在側(cè)孔軸線旋轉(zhuǎn)至水平方向之后，通過(guò)平移臥式加工中心工作臺(tái)，將側(cè)孔中心h'平移到點(diǎn)X0，需要計(jì)算的就是坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的移動(dòng)距離和矢量。

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換主要通過(guò)各點(diǎn)之間幾何關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，圓弧面上側(cè)孔偏移距離計(jì)算如下，由示意圖可知，Qh'與X軸平行，O''X0在X軸上，因此Qh'// O''X0，同時(shí)Qh' =O''X0=R，所以四邊形Qh'X0O''是平行四邊形，可得h'X0=O''Q.

偏移矢量在x軸上的投影：

偏移矢量在y軸上的投影：

圓弧面和臺(tái)階面條件不一樣，需要分別計(jì)算，假設(shè)臺(tái)階面上側(cè)孔H旋轉(zhuǎn)角為α，偏移矢量計(jì)算如下。

偏移矢量在x軸上的投影：

偏移矢量在y軸上的投影：

2　設(shè)計(jì)專用工裝

考慮到將來(lái)需要批量生產(chǎn)，工藝過(guò)程必須受控制，制作專用工裝可以保證快速準(zhǔn)確裝夾。通過(guò)小組討論確定夾具定位方案，合理設(shè)計(jì)專用工裝，可以保證加工精度，提高生產(chǎn)率。首先，在中心設(shè)計(jì)了圓孔用于定位，同時(shí)在專用工裝上設(shè)計(jì)了與殼體位置一致的安裝孔，還有與機(jī)床等高支座聯(lián)接的平底沉孔。專用工裝如圖3所示。

將專用工裝安裝在臥式加工中心旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，找正中間圓孔，然后將殼體安裝在專用工裝上用定位銷固定，用螺釘緊固。通過(guò)設(shè)計(jì)專用工裝只需要進(jìn)行一次找正，以機(jī)床自身的精度可以保證側(cè)孔的相對(duì)位置和精度要求。

3　效果確認(rèn)

加工樣件，如圖4所示，一方面可以驗(yàn)證新工藝方案的可操作性，另一方面可以避免因工藝方案不成熟產(chǎn)生不必要的損失。樣件加工完后使用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)殼體側(cè)孔的位置進(jìn)行檢測(cè)，還編寫了精密測(cè)試報(bào)告，報(bào)告顯示樣件外形及內(nèi)腔均符合圖紙尺寸精度要求。因此，平移殼體側(cè)孔旋轉(zhuǎn)軸的工藝方案有效。

圖4　殼體加工樣件

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)平移殼體側(cè)孔旋轉(zhuǎn)軸的計(jì)算研究，完成了殼體側(cè)孔樣件的加工，綜上所述，殼體側(cè)孔的工序方案固化如下：

（1）找正，在旋轉(zhuǎn)角零位對(duì)刀；

（2）工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)角度，分別偏移距離x、y；

（3）按圖紙要求加工各孔；

（4）循環(huán)加工2n次。

［1］伍韜，李峰.平板型Rotman透鏡的研究與設(shè)計(jì)［C］.2007年全國(guó)微波毫米波會(huì)議論文集（上冊(cè)），2007：323-326.

［2］葉文華，陳蔚芳，馬萬(wàn)太，等.機(jī)械制造工藝與裝備［M］.南京：南京航空航天大學(xué)，2010.

［3］王先逵.機(jī)械加工工藝手冊(cè)［M］.第2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［4］唐先俊，周良琴，鮑克堅(jiān).臥式加工中心工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及應(yīng)用［J］.機(jī)械，2011，38（4）：50-52.

Calculation of the Side Hole of the Translation Shell

ZHANG Shu，DOU Chang-an
（The 723rd Research Institute of CSIC，Yangzhou Jiangsu 225001，China）

This paper focuses on a shell side outlet hole processing，mainly discusses the calculation method for the holes on the side of the translational rotational coordinate transformation，in the holes on the side of the machining process design the special tool，using horizontal machining center programming and machining test parts，after three coordinate measuring machine inspection measurement meet the technical requirements of the drawings，validation of the coordinate conversion computational feasibility.Finally，the translation axis of rotation method is applied in themass production of the shell.

translation rotating shaft；side hole of the shell；coordinate transformation；special tool

TH162.1

A

1672-545X（2016）06-0058-02

2016-03-10

張舒（1989-），男，江蘇揚(yáng)州人，本科，助理工程師，主要研究領(lǐng)域?yàn)槔走_(dá)微波器件結(jié)構(gòu)與工藝。