盤件周向Ω型榫槽的加工技術(shù)淺談

于潔++史前凱++時(shí)旭++李萌萌

摘 要：課題主要圍繞生產(chǎn)實(shí)際中某零件研制任務(wù)展開。該件是發(fā)動機(jī)上關(guān)鍵件，材料為鈦合金，屬于難加工金屬材料， 增加機(jī)加工難度。零件屬于盤環(huán)類復(fù)雜結(jié)構(gòu)，直徑大，鋼性差，尤其該零件環(huán)形Ω槽結(jié)構(gòu)是加工過程的難點(diǎn)之一。本文在研制過程中應(yīng)用的新模式數(shù)控程序?qū)Νh(huán)形Ω槽加工是一次技術(shù)上的創(chuàng)新，從數(shù)控加工的走刀方式和工藝安排進(jìn)行論證，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化防錯(cuò)數(shù)控程序控制精車環(huán)形Ω槽加工過程，在研制過程中摸索的加工經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)以及數(shù)控加工方式的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可供類似鈦合金盤環(huán)類件加工時(shí)參考使用。

關(guān)鍵詞：鈦合金；環(huán)形Ω槽；標(biāo)準(zhǔn)化防錯(cuò)數(shù)控程序加工

中圖分類號：TS664 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 概述

隨著我國航空業(yè)的不斷發(fā)展，發(fā)動機(jī)的研制已成為我們生產(chǎn)中的重點(diǎn)。該盤件是無輻板結(jié)構(gòu)的環(huán)形盤件，外圓處有環(huán)形Ω槽結(jié)構(gòu)。一般壓氣機(jī)盤件常見為軸向的拉削榫槽，葉片的榫頭與單個(gè)的榫槽工作面相配合，徑向環(huán)形Ω槽的結(jié)構(gòu)是將多個(gè)葉片榫頭共同約束在一起，所以環(huán)形Ω槽與榫頭配合的工作面是一連續(xù)的工作面，要求精度較高，給數(shù)控車加工提出難題。該零件的環(huán)形Ω槽的數(shù)控車加工以新的加工形式，通過數(shù)控編程控制刀心軌跡來模擬現(xiàn)場實(shí)際的加工狀態(tài)完成整個(gè)加工，并在研制加工中進(jìn)一步改進(jìn)加工方案。掌握這種結(jié)構(gòu)盤類件環(huán)形Ω槽的加工技術(shù)，提升航空發(fā)動機(jī)盤類零件的制造水平。

2 零件簡介

2.1零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，剛性差，材料為鈦合金，環(huán)形Ω槽是該盤環(huán)類薄壁零件的研制重點(diǎn)。零件的直徑為φ501.8mm，盤心直徑為φ399mm，鋼性較差，在外圓φ501.8mm處有環(huán)形Ω槽結(jié)構(gòu)，槽口寬6.65 mm， 槽內(nèi)寬度12.8 mm，槽深11.2 mm，槽內(nèi)工作面的表面質(zhì)量均要求Ra0.80，兩側(cè)工作面輪廓公差僅為0.007 mm，其余槽內(nèi)輪廓公差也只在0.05mm～0.10mm，槽內(nèi)工作面由理論軸向高度控制的直徑值φ486+0.09約束，是測量方面的一個(gè)難點(diǎn)。零件尺寸和技術(shù)條件要求嚴(yán)格，給加工過程的測量帶來很大困難。

2.2零件的加工難點(diǎn)分析

（1）從零件材料進(jìn)行分析，零件材料為鈦合金，變形系數(shù)??；熱導(dǎo)率低；鈦合金材料的化學(xué)活性高；在切削過程中，當(dāng)?shù)度胁糠譁囟壬邥r(shí)，刀具材料中的某些元素（C，Ti，Co）極易與被切削的鈦合金生成另一種合金，造成粘刀和燒結(jié)而損壞刀具，從而影響加工質(zhì)量。其次，鈦合金的導(dǎo)熱性很差，切削與刃具前面的接觸面很小，因此產(chǎn)生的切削熱不易傳出，切削產(chǎn)生的高溫集中在切削區(qū)和切削刃附近的較小區(qū)域范圍內(nèi)，造成刀具壽命的縮短和嚴(yán)重的磨損現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)會直接影響零件的精度。（2）從零件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸精度分析，該件是薄壁盤環(huán)類零件，外圓處環(huán)形Ω槽結(jié)構(gòu)的加工和測量是研制過程中的難點(diǎn)，零件最大外圓φ501.8mm，盤心直徑為φ399mm，在研制過程中首先要克服零件變形，該件與葉片榫頭相配合的環(huán)形Ω槽精度要求很高，環(huán)形Ω槽的槽中心至基準(zhǔn)有0.09 mm公差的尺寸要求，因此對刀具結(jié)構(gòu)、加工方法和加工中測量等方面提出了較大挑戰(zhàn)。

3 零件的數(shù)控加工

3.1刀具結(jié)構(gòu)的選擇

加工環(huán)形Ω槽的半精加工選用標(biāo)準(zhǔn)刀桿L3切刀片和R3球刀片，將環(huán)形Ω槽粗開成直凹槽，去除大部分余量；精加工環(huán)形Ω槽定制專用的成型刀具，采用標(biāo)準(zhǔn)刀桿和非標(biāo)刀片，分為右方向R及左方向L兩個(gè)方向刀片，將環(huán)形Ω槽分為左右兩個(gè)部分，分別使用R、L加工左、右槽型面。刀片刃部設(shè)計(jì)成三面刃，在同一個(gè)數(shù)控程序中可以實(shí)現(xiàn)半封閉槽型的一次加工，避免產(chǎn)生多余的接刀，使用層切法將余量去除掉，一般此種結(jié)構(gòu)的刀具剛性較差，如果切削用量選用不當(dāng)，會導(dǎo)致刀片打刀，嚴(yán)重情況會將整個(gè)刀頭打掉。

3.2數(shù)控程序的編制

3.2.1加工設(shè)備的選擇。盤環(huán)類零件加工主要是數(shù)控車加工，該研制件選擇在德國數(shù)控臥式數(shù)控車床上進(jìn)行，該機(jī)床最大回轉(zhuǎn)直徑為800mm，該機(jī)床操作系統(tǒng)為西門子840D，沒有自動對刀和在線測量技術(shù)，是一臺普通的數(shù)控臥車。

3.2.2數(shù)控程序的編制。環(huán)形Ω槽現(xiàn)場加工較少，缺少類似零件加工經(jīng)驗(yàn)。常規(guī)數(shù)控加工程序是根據(jù)零件的輪廓對零件進(jìn)行補(bǔ)償上刀，這種試切法的優(yōu)點(diǎn)是找到刀具的切削規(guī)律，對零件加工較為有力，但效率低，操作員加工的隨意性大，加工質(zhì)量難控制。如果該件使用常規(guī)方式加工，直接給出輪廓點(diǎn)，由操作員憑借自己的技術(shù)完成加工是無法滿足零件的全部尺寸和技術(shù)條件（環(huán)形槽）的。該件采用全過程控制數(shù)控加工程序，在西門子840D系統(tǒng)上利用R參數(shù)跳轉(zhuǎn)完成整個(gè)型面全過程無操作者干涉上刀的加工模式。該程序的特點(diǎn)是將加工過程完成考慮到數(shù)控程序編制過程中，將現(xiàn)場加工的每一個(gè)細(xì)節(jié)考慮到程序中。

所謂全過程控制加工即是應(yīng)用系統(tǒng)的在線補(bǔ)償功能，用層切削的方式將大部分余量用分層方法切削掉，在程序中設(shè)計(jì)測量點(diǎn)和輸入系統(tǒng)補(bǔ)償值，分別測量X徑向尺寸偏差和Z軸向尺寸偏差，將補(bǔ)償值分別輸入補(bǔ)償當(dāng)中。最后根據(jù)零件材料及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制訂切削深度和切削速度。其中應(yīng)用層切削方式加工是合理劃分每一刀的加工用量、利用刀具的最大切削壽命按照程序指定的每一個(gè)路線完成零件大部分余量，中間不需要測量和上刀補(bǔ)，省去了操作者大部分勞動，取而代之的是工藝人員將每一個(gè)走刀路線考慮到程序中，最短最快捷地完成加工余量的切削，再根據(jù)平時(shí)的加工經(jīng)驗(yàn)來設(shè)計(jì)最后一次切削的正確性，滿足零件尺寸和技術(shù)條件的要求。

4 環(huán)形Ω槽加工中的檢測方法

針對Ω槽難測量內(nèi)型面，常規(guī)方法檢測是使用樣膏檢測法，此種檢測法效率低，精度低，檢測誤差大。該件則根據(jù)Ω槽的工作原理和工作狀態(tài)，派制一個(gè)近似榫頭形狀的樣板，將工作面直徑方向的檢測轉(zhuǎn)化為根據(jù)更為精確的外部直徑尺寸測量其工作面的寬度，樣板形式簡單且易測量，是比較巧妙的設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)化。此后同類零件可參考使用。

結(jié)語

通過應(yīng)用全程序無人干預(yù)數(shù)控加工程序?qū)Νh(huán)形Ω槽的加工，使我們對Ω槽型面的數(shù)控加工有更多加工經(jīng)驗(yàn)，加工環(huán)形Ω槽不在是瓶頸難題，全程序無人干預(yù)數(shù)控加工程序就是解決難題的有效方式，對類似件加工提供更多參考依據(jù)，對提高生產(chǎn)能力有很大幫助。

參考文獻(xiàn)

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[2]楊豐，黃登紅.數(shù)控加工工藝與編程[M].國防工業(yè)出版社，2009.endprint