鈦合金渦輪蝸桿安裝座數(shù)控加工淺析

黃斌

摘要：本文針對(duì)某產(chǎn)品鈦合金殼體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)數(shù)控加工的難點(diǎn)及加工方法進(jìn)行了分析探討，重點(diǎn)介紹了內(nèi)孔的數(shù)控鏜削加工，并介紹了一種消除重復(fù)定位間隙的方法，通過(guò)實(shí)際加工，本文提供的加工方法能夠滿足設(shè)計(jì)要求，給以后加工類似零件提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：鈦合金；殼體；定位夾具；數(shù)控鏜孔；零點(diǎn)找正

1 引言

鈦合金以其比強(qiáng)度高、機(jī)械性能及抗蝕性良好而成為飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)理想的制造材料，但由于其切削加工性差，長(zhǎng)期以來(lái)在很大程度上制約了它的應(yīng)用。隨著加工工藝技術(shù)的發(fā)展，近年來(lái)，鈦合金已廣泛應(yīng)用于飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的壓氣機(jī)段、發(fā)動(dòng)機(jī)罩、排氣裝置等零件的制造以及飛機(jī)的大梁隔框等結(jié)構(gòu)框架件的制造。

某產(chǎn)品殼體零件材料為鈦合金TC6，屬難加工材料并且尺寸精度要求高，尤其是殼體內(nèi)孔的加工尺寸精度和形位精度要求都很高，而內(nèi)孔又是用于渦輪和蝸桿的安裝，孔尺寸精度和形位精度的好壞直接影響渦輪蝸桿的裝配。

2 殼體結(jié)構(gòu)分析及加工難點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)分析

圖1所示為某產(chǎn)品殼體結(jié)構(gòu)示意圖，該殼體結(jié)構(gòu)并不是很復(fù)雜，但是零件外形不規(guī)則，殼體內(nèi)部由一大一小的內(nèi)孔十字相貫，外形由一圓柱和一方形凸臺(tái)相交組合而成。加工外形時(shí)不能夠一次車成型，還需要數(shù)控對(duì)外形進(jìn)行加工。另外，內(nèi)孔為臺(tái)階孔，其中φ26+0.016 +0.007，φ27+0.05 0，φ27組成一組臺(tái)階孔。

2.2 加工難點(diǎn)

①材料難加工。材料為鈦合金TC6，切削加工性能差，容易粘刀，加速刀具的損壞。在切削區(qū)局部溫度高，因而影響刀具的耐用度。另外，毛坯為棒料，余量較大，給加工增加了很大難度。

②內(nèi)孔φ26+0.016 +0.007公差帶僅為0.009，空間尺寸27+0.02 0很難控制。

③形位公差要求高，垂直度不大于0.014，圓柱度不大于0.012，圓度不大于0.012。

3 殼體φ26+0.016+0.007內(nèi)孔的加工

3.1定位夾具設(shè)計(jì)

如圖2所示，定位夾具大外圓φ140，定位部位圓柱直徑φ47-0.005 -0.010，在φ140圓柱面上加工一處平面，尺寸為50，大于尺寸42，目的是在裝夾時(shí)該平面可以作為靠平基準(zhǔn)，并且保證零件小端面與臺(tái)虎鉗不干涉。

該定位夾具可以起到定位作用并且在壓緊零件時(shí)，虎鉗鉗口不直接夾住零件端面，避免壓傷零件。此外，加工內(nèi)孔φ26+0.016 +0.007需要兩個(gè)圓柱定位夾具其中一件為鋁制件，另一件為鋼制件，鋁制件為粗銑內(nèi)孔時(shí)用，定位間隙允許為0.02。鋼制件為半精鏜、精鏜內(nèi)孔時(shí)用，定位間隙為0.005，盡量減小定位誤差對(duì)尺寸精度的影響。

3.2加工方案確定

殼體內(nèi)孔φ26+0.016 +0.007加工步驟：鉆φ26+0.016 +0.007底孔為φ16→銑至φ25.6→半精鏜至φ25.84→精鏜內(nèi)孔φ26+0.016 +0.007。

3.3 粗銑孔

3.3.1 銑刀的選擇。查閱相關(guān)資料，加工鈦合金應(yīng)選擇硬質(zhì)合金刀具，因此粗銑孔采用的銑刀為φ10×22的三齒合金銑刀。

3.3.2 裝夾方法

切削鈦合金時(shí)吃刀抗力較大，故工藝系統(tǒng)需保證有足夠的剛度。由于鈦合金易變形，所以切削夾緊力不能大，必要時(shí)可使用一定的輔助支承。粗銑孔時(shí)采用兩次裝夾掉頭加工孔。主要是銑刀的長(zhǎng)度不夠制約，刀具越長(zhǎng)剛性不夠，切削效果不理想。如圖3所示，第1次裝夾時(shí)，首先在機(jī)床臺(tái)面上固定住精密臺(tái)虎鉗，并校準(zhǔn)。然后將零件和定位夾具一起裝到臺(tái)虎鉗上找到合適的裝夾位置，然后安裝輔助定位支承，并校準(zhǔn)。裝夾零件時(shí)，將零件方形凸臺(tái)的上平面貼住輔助支承平面，留出一定的位置作為校正零件用。

3.3.3 粗銑內(nèi)孔。切削鈦合金一般采用較低的切削速度、適中的進(jìn)給量和較大的切削深度。切削速度宜低，以免切削溫度過(guò)高；進(jìn)給量適中，過(guò)大易燒刀，過(guò)小則因刀刃在加工硬化層中工作而磨損過(guò)快；切削深度可較大，使刀尖在硬化層以下工作，有利于提高刀具耐用度。切削參數(shù)給定為：主軸轉(zhuǎn)速S=300r/min，進(jìn)給量F=20mm/min，切削深度10mm。

粗銑內(nèi)孔至φ25.6的同時(shí)，將φ27+0.05 0內(nèi)孔粗銑至φ26.5，并將端面銑平，保證尺寸84±0.2要求。然后用數(shù)控車床將內(nèi)孔φ27加工至尺寸，這樣做的目的是在進(jìn)入半精鏜和精鏜時(shí)減少鏜孔的切削面積，能有效的保證內(nèi)孔φ26+0.016+0.007尺寸精度和形位公差。

3.4 半精鏜、精鏜孔

3.4.1 鏜刀的選擇。鏜刀選擇半精鏜刀、精鏜刀兩種。鏜刀采用進(jìn)口的501白鋼刀磨制而成。合理的鏜刀片幾何角度對(duì)鏜孔切削力的大小、工件表面質(zhì)量都是至關(guān)重要的。我們知道，刀具的主要幾何角度對(duì)切削力的影響是很大的。刀具前角大小，決定了刀具的鋒利程度。前角大，摩擦力減小，切削阻力小。若前角過(guò)大，會(huì)使刀具的楔角減小，刀具強(qiáng)度減弱，具散熱條件差，切削阻力大，刀磨損加快。而在鏜孔加工中，前角取10°～15°較合適。粗鏜時(shí)取較小前角10°，精鏜時(shí)取較大前角15°。鈦合金已加工表面彈性恢復(fù)大、冷硬現(xiàn)象嚴(yán)重，采用大后角可減小對(duì)后刀面造成的摩擦、粘附、粘結(jié)、撕裂等現(xiàn)象，以減小后刀面的磨損。各種切削鈦合金刀具的后角基本上都大于等于15°。后角取15°～20°較合適。粗鏜時(shí)取較小后角15°，精鏜時(shí)取較大前角20°。

3.4.2 裝夾方法

鏜孔裝夾方法和粗銑孔裝夾方法一致，但只進(jìn)行一次裝夾，利用鏜刀將兩端內(nèi)孔φ26+0.016 +0.007一次鏜到位。見(jiàn)圖4。

定位可靠性分析：定位夾具與孔配合間隙0.005，精密臺(tái)虎鉗精度高0.005，裝夾時(shí)夾緊力方向?yàn)閅方向，并用輔助支承靠住零件工藝基準(zhǔn)面，裝夾可靠，零件定位精度高。

3.4.3 找正零件坐標(biāo)零點(diǎn)。

1）首先明確坐標(biāo)零點(diǎn)位置，如圖5所示，零件坐標(biāo)零點(diǎn)設(shè)置在φ26+0.016+0.007孔中心位置處，Z0設(shè)置在凸臺(tái)平面上。

2）如圖5所示，校直B工藝基準(zhǔn)面。在找正坐標(biāo)零點(diǎn)之前首先校直B面，保證兩孔軸線互相垂直。

3）如圖5所示，設(shè)置X0，常規(guī)做法是校正φ68-0.05-0.10外圓圖示位置1和位置2處找到零件中心，然后向凸臺(tái)位置移動(dòng)27.01（注：僅移動(dòng)X軸），然后清零，完成X0設(shè)置。但由于數(shù)控機(jī)床本身存在一定的軸向間隙，造成重復(fù)定位誤差，在找正X0過(guò)程中，會(huì)造成零點(diǎn)設(shè)置誤差。采用以下方法消除軸向間隙帶來(lái)的不利影響：當(dāng)百分表位于圖示位置1時(shí)，找正零件φ68-0.05-0.10外圓，當(dāng)主軸向位置2移動(dòng)時(shí)，主軸應(yīng)超出位置2多移動(dòng)一段距離直到位置3，然后再返回位置2找正φ68-0.05-0.10外圓，確定零件中心，然后再向凸臺(tái)位置移動(dòng)27.01mm（注：僅移動(dòng)X軸），然后清零，X0就設(shè)置完成。在找正過(guò)程中有一點(diǎn)特別重要，那就是必須先找正位置1，不允許先找正位置2。這樣可以消除是X軸變向時(shí)產(chǎn)生一定的定位誤差。通過(guò)運(yùn)用該方法，尺寸27+0.02 0得到有效的控制。

4）如圖5所示，按照消除軸向間隙的方法，首先將Y軸移到位置4，然后再返回到找正端面A，最后將Y軸向負(fù)方向移動(dòng)31mm，數(shù)據(jù)清零，Y0設(shè)置完成。

5）如圖5所示，找正尺寸84±0.2端面，數(shù)據(jù)清零，設(shè)置Z0。

3.4.4 裝夾、找正好零件后，對(duì)孔進(jìn)行加工，首先，進(jìn)行半精鏜，切削參數(shù)的選擇：主軸轉(zhuǎn)速100r/min，進(jìn)給量15mm，切削深度0.12mm。加工至尺寸φ25.84，并利用內(nèi)徑千分尺測(cè)量?jī)?nèi)孔尺寸，根據(jù)實(shí)測(cè)值進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整達(dá)到理想狀態(tài)。其次，進(jìn)行精鏜φ26+0.016 +0.007。切削參數(shù)與半精鏜一致，只需要將半精鏜刀換成精鏜刀即可。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上的加工方法對(duì)11件殼體零件內(nèi)孔φ26+0.016 +0.007進(jìn)行加工，加工后通過(guò)三坐標(biāo)檢測(cè)，各項(xiàng)參數(shù)均滿足圖紙要求，解決了加工中的難點(diǎn)，為后續(xù)加工生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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