機(jī)匣對開類零件擺線銑加工技術(shù)研究

陳亞莉 郝卓 劉德生

摘 ?要：某后機(jī)匣材料為GH907是較硬材料的零件代表，其零件結(jié)構(gòu)規(guī)則對稱，島嶼數(shù)量較少結(jié)構(gòu)簡單清晰，毛料屬于大余量規(guī)則形狀類。某前機(jī)匣材料為TA19是標(biāo)準(zhǔn)的鈦合金材料，硬度適中屬于易加工材料，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜島嶼數(shù)量較多且分布不均，毛料屬于大余量不規(guī)則形狀類。受傳統(tǒng)的加工方式和加工方案限制，刀具使用和設(shè)備性能不能發(fā)揮到極致，同時(shí)在大余量的處理過程中缺乏先進(jìn)性，大量的切削軌跡和較低的切削速度決定了最終的效率層級，并且大量的人為參與也無法確保效率的提升。

關(guān)鍵詞：擺線軌跡控制;刀具選擇;刀具裝夾要求;方案制定

中圖分類號：V261 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

數(shù)控設(shè)備資源匱乏無法滿足零件逐年提升的需求量，通過該次攻關(guān)有效提升加工效率。刀具成本持續(xù)走高，傳統(tǒng)切削方式無法準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)機(jī)匣廠降本增效的目標(biāo)，通過該次攻關(guān)有效降低加工成本。傳統(tǒng)的切削方式在行業(yè)內(nèi)部已經(jīng)延用多年，新的切削理念和方法需要在加工過程中給以驗(yàn)證，從而發(fā)揮優(yōu)勢改進(jìn)短板。

1 技術(shù)方案

1.1 技術(shù)背景

高溫合金、鈦合金等難加工材料在機(jī)匣類零部件中廣泛應(yīng)用。這類材料其去除后的表面易反彈，易與刀具間產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，形成大量切削熱，同時(shí)切削性能差在加工時(shí)切削力較大，最終造成刀具磨損嚴(yán)重。

與傳統(tǒng)加工不同，擺線銑加工過程中刀具與工件包角一直處于較小的狀態(tài)，刀具在公轉(zhuǎn)一周的過程中處于切削狀態(tài)的時(shí)間較少，同時(shí)在強(qiáng)烈摩擦不可消除的情況下最大限度地降低了接觸面積，材料去除過程更為合理穩(wěn)定，確保了整體的加工效率得以大幅提升。

德國亞琛工業(yè)大學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，在切削難加工材料時(shí)，刀具與工件包角對刀具的磨損有重要影響。有效控制刀具與工件的包角對于控制切削加工過程中的熱力耦合作用、減少刀具磨損有顯著效果。

1.2 技術(shù)方案核心點(diǎn)研究

1.2.1 軌跡規(guī)劃

利用UG現(xiàn)有的UG變軸往復(fù)切削方式生成軌跡。

利用UG生成的變軸往復(fù)切削方式運(yùn)動(dòng)軌跡如圖1所示。

利用UG中展開命令→平面刀軌→軌跡曲線→纏繞→擺線軌跡

往復(fù)銑（長城軌跡）進(jìn)行加工的實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

機(jī)夾刀刃部的不連續(xù)結(jié)構(gòu)在如此高速切削的情況下造成了振感強(qiáng)烈的問題，刀具磨損速度快，同時(shí)對主軸的傷害也極大，因此機(jī)夾刀極不適用于擺線加工。4刃D20銑刀加工穩(wěn)定震動(dòng)相對較小，切深23 mm切寬1 mm加工參數(shù)可設(shè)定為S1700轉(zhuǎn)B為F50，加工范圍至150 mm時(shí)刀具涂層出現(xiàn)明顯磨損。

結(jié)合往復(fù)銑和圓弧擺動(dòng)單向銑的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，形成適合于機(jī)匣類零件擺線銑加工的新型方案：機(jī)夾刀與整體合金刀聯(lián)合開槽、進(jìn)退刀軌跡橫跨距離縮短、切削軌跡調(diào)整為直線狀。

首次新型擺線銑加工方案實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

較長的刀具壽命和較低的刀具品質(zhì)要求，未出現(xiàn)刀具折斷情況，未出現(xiàn)明顯的振感，擺線銑軌跡設(shè)計(jì)合理。切削時(shí)間略有漲幅，擺線銑加工技術(shù)在相同合理程度的加工方案前提下，能有效地降低加工成本，降低操作者的工作強(qiáng)度（5 min換刀片→57 min換刀）。加工高溫合金材料時(shí)，刀具與工件包角（切寬）0.7 mm較為合理。原因：使用1 mm切寬時(shí)，相同的切削參數(shù)下振感明顯，刀具磨損較快;使用0.5 mm切寬時(shí)，切削參數(shù)仍無法按比例提升，同時(shí)切削軌跡增多，使效率嚴(yán)重降低。

1.2.2 加工鈦合金材料時(shí)刀具與工件包角的確定

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：切寬為1 mm～1.5 mm時(shí)效率與成本達(dá)到平衡點(diǎn)（切深24 mm）。

實(shí)驗(yàn)方案：與高溫合金加工方案相同。

1.2.3 擺線銑高速切削過程對刀具裝夾強(qiáng)度的需求

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：熱脹刀柄和ER刀柄在擺線銑加工過程中的差異。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用ER刀柄和熱脹刀柄分別進(jìn)行擺線銑加工，刀具磨損情況和加工效率未出現(xiàn)差異，因此在刀具的裝夾強(qiáng)度方面擺線銑加工技術(shù)沒有特殊要求。

1.2.4 切削刀具的選擇

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：最終輪廓寬度與刀具直徑間的關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：使用D13R3刀具加工最終輪廓寬度為14 mm，深度為30 mm的耳片區(qū)域（切深為30 mm、切寬為0.7 mm、加工參數(shù)為S900/F150），加工中無明顯振感，刀具磨損速度比較理想。由此可見，只要刀具直徑小于輪廓寬度，便可滿足擺線要求。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：分別切削3 mm～7 mm深的大面和4 mm深的花邊，觀察擺線結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：切深較?。ǖ毒吲c零件表面的接觸面積降低）的擺線銑加工，當(dāng)被加工對象的剛性較弱時(shí)，會(huì)由于擺線銑較高的速度而引起零件振動(dòng)，加劇刀具磨損速度;當(dāng)材料去除僅在刀具端部發(fā)生時(shí)，由于碎屑不能及時(shí)排出而造成端部磨損強(qiáng)烈，正常的擺線切深所成的屑為針屑。

1.2.5 依據(jù)擺線銑技術(shù)的加工方案確定

開槽位置應(yīng)確保后續(xù)擺線軌跡由內(nèi)向外的變化，從而達(dá)到無多余清根過程發(fā)生。避免擺線過程中切削量突變情況發(fā)生，保證刀具切削過程穩(wěn)定。注意刀具刃長，合理規(guī)劃有效切削范圍內(nèi)的切削深度，若分層擺線應(yīng)考慮層間的不等量擺幅，從而消除讓刀情況造成的研刀問題。

2 經(jīng)驗(yàn)、問題及建議

擺線銑加工技術(shù)適合于高溫合金、鈦合金材料的大余量去除過程，不受零件結(jié)構(gòu)限制，為保證良好的切削效果和符合目前現(xiàn)場刀具刃長實(shí)際情況，切深應(yīng)控制在20 mm～30 mm，使用時(shí)更應(yīng)參照上述核心點(diǎn)驗(yàn)證結(jié)論。

某前機(jī)匣未能完成課題目標(biāo)，因此不能全盤否定以往的加工方案，需要實(shí)驗(yàn)確定加工成本與效率間平衡點(diǎn)是否被所有人接受。

擺線銑加工技術(shù)在承力環(huán)的應(yīng)用情況顯示，零件質(zhì)量方面未出現(xiàn)較為明顯的變化。

該次攻關(guān)的總體目標(biāo)是在加工效率上取得成績，但隨著攻關(guān)進(jìn)程的不斷推進(jìn)，我們發(fā)覺部分零件的效率目標(biāo)無法實(shí)現(xiàn)，但在成本控制方面收益顯著，因此一個(gè)好的技術(shù)雖然不會(huì)萬能的解決所有問題，但是只要我們抱著一顆務(wù)實(shí)求真、堅(jiān)定探索的心，就一定能在其他方面有所斬獲。

參考文獻(xiàn)

[1]廖鈴吉，任景剛，楊金鋒.擺線銑加工技術(shù)及其在航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2015，481（12）：47-50.

[2]王晶，羅明，吳寶海，等.航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣擺線粗加工軌跡規(guī)劃方法[J].航空學(xué)報(bào)，2018，39（6）：216-227.