盤(pán)件狹窄深腔的加工技術(shù)研究

（沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110034）

1 概述

隨著我國(guó)航空業(yè)的發(fā)展，發(fā)動(dòng)機(jī)的研制已成為我們生產(chǎn)中的重點(diǎn)，該零件是發(fā)動(dòng)機(jī)上的關(guān)鍵件，零件材料為高溫合金。該零件外圓尺寸小，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其輻板與斜面構(gòu)成的深腔結(jié)構(gòu)給加工帶來(lái)困難。通過(guò)對(duì)該零件機(jī)械加工研究，從刀具結(jié)構(gòu)、切削用量、模擬加工和數(shù)控程序控制等方面進(jìn)行分析、研究。掌握這種小直徑深腔結(jié)構(gòu)盤(pán)類(lèi)件的加工技術(shù)，提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)盤(pán)類(lèi)件的制造水平。

2 零件簡(jiǎn)介

2.1 零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該零件是位于鼓筒組件中最后一級(jí)盤(pán)件，零件結(jié)構(gòu)較特殊，在研制過(guò)程中深腔的數(shù)控加工控制和薄壁內(nèi)腔轉(zhuǎn)接R的加工是研制中難點(diǎn)。

2.2 零件的加工難點(diǎn)分析

（1）從零件的材料分析，屬于鎳基高溫合金，在切削過(guò)程中，鉬、鈮、鈦等金屬元素使刀具產(chǎn)生磨損、破損等現(xiàn)象；材料中的鎳、鉻等金屬元素使切屑不易被斷開(kāi)，切屑容易劃傷零件，影響零件加工表面的質(zhì)量；材料的導(dǎo)熱性能較差，加工過(guò)程產(chǎn)生的切削熱量不易散去，加工過(guò)程中硬化現(xiàn)象較嚴(yán)重，導(dǎo)致切削時(shí)刀具的粘接現(xiàn)象較為嚴(yán)重，刀具的磨損現(xiàn)象嚴(yán)重，耐用程度很低。

（2）從零件的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及尺寸精度分析，該零件屬小直徑深內(nèi)腔結(jié)構(gòu)薄壁零件，其外徑直徑僅為φ346.2mm，零件輻板與安裝邊斜壁形成一個(gè)狹窄腔體，腔深為34mm，最窄處為4.5mm，腔體開(kāi)口尺寸為18mm，安裝邊直徑為φ246.76mm，輻板與輪轂交點(diǎn)處直徑為φ167.8mm，開(kāi)口處距離交點(diǎn)處位置39mm，且零件輻板和深腔內(nèi)斜壁都是理論直徑軸向控制點(diǎn)約束的，尺寸公差約束較嚴(yán)格。因此對(duì)刀具結(jié)構(gòu)、刀桿強(qiáng)度、加工軌跡等方面均提出了較大挑戰(zhàn)。深腔內(nèi)加工余量大，腔體深，敞開(kāi)性差，不利用排屑和加工中散熱，對(duì)腔內(nèi)深處加工表面質(zhì)量有一定影響。

3 零件的數(shù)控加工

3.1 刀具結(jié)構(gòu)的選擇

對(duì)于狹窄腔體結(jié)構(gòu)而言，須使用非標(biāo)刀桿加工。因研制條件有限，本案在現(xiàn)有條件下借用加工類(lèi)似結(jié)構(gòu)盤(pán)件的專(zhuān)用刀具進(jìn)行修磨后使用。但對(duì)于加工狹窄腔體而言，借用R3.075半徑的刀具稍有不適，刀具與狹窄腔體的接觸面積過(guò)大，產(chǎn)生的切削力也大，不利于狹窄深腔的加工。

在加工中改磨刀具（車(chē)床刀具）是普遍做法，主要是防止刀具與被加工零件發(fā)生干涉，在不影響刀具強(qiáng)度的前提下去掉與零件或與夾具干涉的部位，主要以試切法為主，隨著加工過(guò)程中刀具的運(yùn)行，找出與零件干涉的部位，根據(jù)操作者的主觀(guān)認(rèn)識(shí)改磨，再重新對(duì)刀試加工后觀(guān)察是否與零件干涉，如此反復(fù)多次，才能將刀具改磨合適，滿(mǎn)足加工需求。

該方式效率低且無(wú)準(zhǔn)確性，并且要求試切的零件敞開(kāi)性好，可以用肉眼觀(guān)察到刀具的干涉部位。對(duì)狹窄深內(nèi)腔結(jié)構(gòu)而言是不可行的，刀具伸入腔內(nèi)后就無(wú)法被觀(guān)察到是否干涉，因此，無(wú)法實(shí)現(xiàn)試切法改磨刀具。加工此種零件只能在加工零件前將刀具改磨合適。

定量判斷刀具干涉的方法有很多，在UG或VERICUT下建模也可判斷，但不免繁瑣，本案使用一種新的判斷方法，在CAD制圖軟件中創(chuàng)建零件三維實(shí)體，通過(guò)面域拉伸創(chuàng)建三維仿真刀具結(jié)構(gòu)，并利用三維布爾運(yùn)算，找到差集，利用三維動(dòng)態(tài)觀(guān)察找出刀具干涉部位，并實(shí)際測(cè)量干涉尺寸大小，簡(jiǎn)單快捷又準(zhǔn)確。

3.2 刀具切削用量的選擇

在加工狹窄內(nèi)腔時(shí)，由于內(nèi)腔封閉，腔內(nèi)余量大，不能采用分層輪廓切削，該零件使用“插式分層法切削”，根據(jù)刀具切削時(shí)Kr角度來(lái)判斷刀具切削的深度，當(dāng)Kr角度大于65度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)巨大響聲，刀具近乎切削極限，此時(shí)容易出現(xiàn)打刀、挖刀現(xiàn)象，若在腔深處，刀具伸出距離較長(zhǎng)，刀具振動(dòng)嚴(yán)重，容易出現(xiàn)振紋，因此將刀具加工時(shí)Kr角度控制在參考參數(shù)65度以下，達(dá)到該數(shù)值時(shí)，刀具馬上撤出，再重新進(jìn)刀切削，為防止振刀或打刀的現(xiàn)象，加工參數(shù)選定恒線(xiàn)速度為S50 m/ min，進(jìn)給量f=0.08mm/r，最大外圓外轉(zhuǎn)數(shù)約為n=49r/min。

3.3 數(shù)控程序的編制

該盤(pán)件深內(nèi)腔使用刀具R3.075球刀片，根據(jù)刀體結(jié)構(gòu)和刀片直徑，在深腔處無(wú)法使用刀補(bǔ)進(jìn)行輪廓加工。深腔處狹窄，若使用刀補(bǔ)輪廓程序會(huì)出現(xiàn)G41/G42干涉的刀具報(bào)警。解決此問(wèn)題方案之一是使用刀心程序，人為編排刀具軌跡，以控制刀片切削時(shí)的Kr角度為編制原則，當(dāng)?shù)镀腒r角度大于65度以上就會(huì)產(chǎn)生很大響聲，這意味著刀片與切削面積接觸太大，對(duì)刀片產(chǎn)生的損傷就越大，很容易打刀，如刀桿強(qiáng)度不夠甚至容易產(chǎn)生挖刀現(xiàn)象，致使零件超差。根據(jù)該原則編制刀心軌跡數(shù)控程序，將余量化整為零，樹(shù)杈式切削去除余量。在刀具切削角度Kr控制下，將腔內(nèi)余量“樹(shù)杈式”直切進(jìn)入后，用該空間切削掉一層余量，然后再直切進(jìn)入余量，將下一層余量切削掉，該步驟重復(fù)加工數(shù)次后將零件深腔加工完成，其中在腔體最深處R接刀，接刀效果比較好?！叭^(guò)程控制加工”編程方式由技術(shù)人員按照技術(shù)參數(shù)編制數(shù)控加工程序，在整個(gè)切削加工過(guò)程由數(shù)控程序控制完成，無(wú)需操作者依據(jù)經(jīng)驗(yàn)干預(yù)加工，減少出錯(cuò)環(huán)節(jié)，降低研制風(fēng)險(xiǎn)。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)小直徑狹窄深腔結(jié)構(gòu)的新方法研制加工，保證零件的設(shè)計(jì)要求，同時(shí)也為今后類(lèi)似結(jié)構(gòu)的盤(pán)件研制加工奠定了基礎(chǔ)。

[1]盤(pán)軸制造技術(shù)[M].北京：科技出版社，2004.

[2]孔德音.機(jī)械加工工藝基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998.