[发明专利]轴承球窝摆动喷管壳体组合铣加工方法及其夹具

说明书

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机轴承球窝摆动喷管，具体指一种轴承球窝摆动喷管壳体组合铣加工方法及其夹具。

背景技术

在固体火箭发动机制造领域，推力矢量控制技术也称推力转向技术，通过控制火箭发动机喷管喷流方向来控制导弹机动变轨飞行。目前，常用的推力矢量控制装置包括柔性摆动喷管和球窝摆动喷管。如图1~3所示，轴承球窝摆动喷管属于球窝摆动喷管中的一种，主要包括固定喷管壳体1、活动喷管壳体2、一对摆动轴3、密封圈等零部件组成，活动喷管壳体2和固定喷管壳体1之间用密封腻子填充，喷管具有单向摆动功能。与柔性喷管相比，轴承球窝摆动喷管具有作动力矩小、摆心偏移小和结构简单等优点。

密封性良好是轴承球窝摆动喷管正常工作的前提，喷管静止和摆动过程中都应具备良好的密封性。喷管静止时，密封性受固定喷管壳体1与活动喷管壳体2装配后两者之间的内球面B和外球面E之间间隙分布影响，间隙过大，喷管无法密封，间隙过小或不均匀，喷管摆动困难。喷管摆动时，固定喷管壳体1和活动喷管壳体2相互转动，球面间隙受固定喷管壳体1的球心、活动喷管壳体2的球心和连接两者的摆动轴安装孔中心轴线重合精度影响，当三者重合时喷管摆动球面间隙不变。因此，保证轴承球窝摆动喷管密封性的关键是控制球面间隙，以及固定喷管壳体1、活动喷管壳体2、摆动轴内安装孔101、102、摆动轴外安装孔201、202中心轴线重合精度。设计要求指标为：固定喷管壳体1和活动喷管壳体2装配后球面单边间隙值0.1mm～0.2mm，固定喷管壳体1内球面B球心、活动喷管壳体2外球面E球心和摆动轴3中心轴线重合，位置度不超过±0.03mm。

现有技术中一般采用固定喷管壳体1和活动喷管壳体2分开铣加工轴承安装孔，产品组装时易出现摆动轴内安装孔101、102与摆动轴外安装孔201、202孔径错位，摆动轴3安装困难，同时喷管摆动时球面间隙值不断变化。并且，由于摆动轴3与安装孔为小间隙配合，单边间隙值为0.01mm～0.25mm，分开加工导致固定喷管壳体1和活动喷管壳体2对应轴承孔内径不一致，摆动轴3无法顺利安装。分开加工后的误差积累还容易导致固定喷管壳体1、活动喷管壳体2、摆动轴内安装孔101、102、摆动轴外安装孔201、202孔径中心轴线不重合，喷管工作时球面间隙值不断变化，影响了喷管密封性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中对轴承球窝摆动喷管进行分开铣加工，导致喷管密封性能不佳的缺陷，提供一种能保证喷管内轴承安装孔尺寸一致、并与中心轴线重合的轴承球窝摆动喷管壳体组合铣加工方法。

本发明的另一目的是提供实现上述方法的夹具。

为实现上述目的，本发明所设计的轴承球窝摆动喷管壳体组合铣加工方法，包括以下步骤：

1）安装及车加工固定喷管壳体：将固定喷管壳体坯料的法兰盘向下固定在带有支撑环的夹具上，支撑环的内壁具有向上突出的凸缘，将固定喷管壳体坯料和支撑环一起车加工，加工固定喷管壳体坯料的上端面A、固定喷管壳体坯料内的球型内腔的内球面B、支撑环的内孔及凸缘上端面C，车加工前，所述凸缘抵住内球面B的下边缘，且凸缘上端面C高于内球面B的下边缘，以保证凸缘上端面C有余量同固定喷管壳体坯料一起车加工；实测记录所述上端面A到凸缘上端面C的高度值、内球面B球径、支撑环内孔径；

2）配车活动喷管壳体：依据步骤1）的实测尺寸，配车活动喷管壳体坯料的外球面E、外球面E上边缘处的上环台面F、外球面E下边缘处的下环台面D、下环台面D内侧的定位凸台、以及定位凸台的下端面G，所述下环台面D用以与所述凸缘上端面C抵接配合；其中，根据所述内球面B与所述外球面E的理论间隙值计算得到外球面E的球径；所述上环台面F到所述下端面G的高度等于所述上端面A到凸缘上端面C高度值加上6mm；所述定位凸台的外壁与支撑环内孔间隙配合；

3）组合铣：将车加工后的固定喷管壳体坯料及活动喷管壳体坯料以内球面B与外球面E的球心重合的方式固定在夹具上，并压紧以防止发生相对位移，同步铣加工内球面B上对称布置的摆动轴内安装孔、外球面E上对称布置的摆动轴外安装孔，得到加工完毕的固定喷管壳体；

4）车除活动喷管壳体坯料下端的定位凸台，然后车出活动喷管壳体坯料上的密封槽，得到加工完毕的活动喷管壳体。

优选地，所述步骤1）中，车加工前，支撑环的凸缘上端面C高于内球面B的下边缘0.3mm。

优选地，所述定位凸台的外壁与支撑环内孔之间的单边间隙值为0.02mm～0.04mm。