一種曲線型Al-Si涂層數(shù)控車削加工方法

楊國(guó)文，劉毅，林虎，桂小琴，周晗

（1.中國(guó)南方航空工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，湖南 株洲 412002；2.湖南航空工業(yè)職工工學(xué)院，湖南 株洲 412002）

0 引 言

隨著航空技術(shù)的發(fā)展，新型航機(jī)不斷涌現(xiàn)，新材料、新工藝方法應(yīng)用越來越多，對(duì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)氣體流動(dòng)的流道件外形尺寸、表面粗糙度要求更加苛刻。特別是帶涂層的流道件，因材料性質(zhì)特點(diǎn)，限制了加工方法選擇范圍。采用Mastercam 默認(rèn)設(shè)置進(jìn)行數(shù)車程序編程，加工出的零件輪廓度和粗糙度不滿足設(shè)計(jì)要求。為使加工出的流道件尺寸更好的符合設(shè)計(jì)圖，更大限度地降低流道面對(duì)氣流的影響，加工出高精度的流道面，對(duì)Mastercam 編程參數(shù)設(shè)置及數(shù)車加工參數(shù)選擇進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。

1 問題描述

當(dāng)前航機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)上流道面零件多種多樣，但有一個(gè)共同點(diǎn)：流道面多數(shù)都是通過少數(shù)離散點(diǎn)，再加上輪廓度、粗糙度來描述的。零件流道面多采用數(shù)車加工，噴涂后的流道面，分粗、精加工，零件加工后，流道面粗糙度為Ra1.2～1.9，而設(shè)計(jì)要求粗糙度為Ra0.8。如圖1 所示。

圖1 流道面加工結(jié)果

2 原因分析

根據(jù)加工結(jié)果，逆向查找結(jié)果產(chǎn)生的原因。分別對(duì)數(shù)控程序、加工刀具、加工參數(shù)三個(gè)方面進(jìn)行調(diào)查核對(duì)，結(jié)果如下：

2.1 數(shù)控程序核對(duì)

通過檢查發(fā)現(xiàn)，加工流道面的程序段為小直線段+短圓弧線組合成（如圖2）。

圖2 程序代碼

分析：該流道面在軟件Mastercam 中采用直線插補(bǔ)方式進(jìn)行擬合，但擬合的直線段相對(duì)較長(zhǎng)，因而加工出的零件表面出現(xiàn)明顯的線性波紋。

2.2 刀具核對(duì)

刀具為斯特納姆的CNMG120404E-1B 型刀具，刀尖圓弧為R0.4（如圖3）。

圖3 車刀型號(hào)

分析：刀具過尖，影響流道粗糙度。

2.3 加工參數(shù)核對(duì)

零件加工參數(shù)如下：進(jìn)給量f=0.15 mm；切削速度v=80 m/min；背吃刀量ap=0.2 mm；

根據(jù)粗糙度公式

式中：f 為每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，mm/r；r 為刀尖圓弧。計(jì)算得f≤0.125～0.143 mm/r。雖然f=0.15 比較接近理論公式，考慮到刀具磨損、讓刀等因素，進(jìn)給量還是高了，切削粗糙度低了。

3 改進(jìn)措施

3.1 處理軟件設(shè)置

對(duì)Mastercam 軟件中各選項(xiàng)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)影響樣條曲線后置處理程序精度的參數(shù)主要有兩個(gè)：Linearization（直線度）和Filter（過濾器）中的Tolerance（公差）。經(jīng)過多次嘗試，得出將Linearization 參數(shù)設(shè)置為0.000 1 以及將Tolerance 參數(shù)設(shè)置為0.0002 時(shí)，Mastercam軟件后置生成的加工程序?yàn)槎喽螆A弧圓滑過渡，通過此方法完美地解決了零件表面線性波紋問題。

圖4 后置軟件更改前后

圖5 數(shù)車程序改進(jìn)前后

3.2 刀具選用

表1 不同刀尖半徑、表面粗糙度下的進(jìn)給量mm/r

根據(jù)刀尖半徑與進(jìn)給量、表面粗糙度的理論值的關(guān)系（表1），實(shí)際加工時(shí)一般不超過此值。

通過以上分析，同時(shí)考慮加工效率，現(xiàn)場(chǎng)加工時(shí)將原R0.4 mm 的刀片（CNMG120404E-1B）更換為R0.8 mm 的刀片（CNMG120408-SM H13A）。

圖6 新選刀具型號(hào)

3.3 進(jìn)給量f

為滿足零件粗糙度Ra0.8 的要求，根據(jù)式（1）計(jì)算得f≤0.125～0.143 mm/r，實(shí)際加工時(shí)進(jìn)給量f=0.05～0.08 mm/r。

3.4 切削速度

目前加工時(shí)采用的線速度Ac=80 m/min，被加工面光潔度比較差，通過查閱相關(guān)資料和與國(guó)內(nèi)外刀具廠家進(jìn)行溝通交流，推薦線速度為200 m/min。

4 試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)，加工出的零件輪廓度非常高，流道涂層表面粗糙度為Ra0.4～Ra0.7，且表面有金屬光澤（如圖7）。

狀態(tài) 刀具半徑/mm進(jìn)給量/mm切削速度（/m·min-1）表面粗糙度改進(jìn)前0.40.1580Ra1.2～1.9改進(jìn)后0.80.08280Ra0.4～0.7

圖7 加工結(jié)果對(duì)比

5 結(jié) 語

該方法把Mastercam 中后置處理軟件中插補(bǔ)的容差精度提高了將近兩個(gè)數(shù)量級(jí)，生成的數(shù)控程序由小直線段+短圓弧線組成變?yōu)槌绦蛉坑纱髨A弧轉(zhuǎn)接組成，改善了轉(zhuǎn)接部位的平滑性；選用較大刀尖圓弧，降低進(jìn)給量和成倍增大切削速度，零件流道輪廓精度、表面質(zhì)量方面有很大的提高。

［1］ 國(guó)家機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì).金屬切削原理與刀具［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

［2］ 于春生，韓旻.數(shù)控機(jī)床編程及應(yīng)用［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［3］ 張明松.機(jī)械加工成形原理的探討［J］.機(jī)床與液壓，2010（22）：25-27.