某重型燃機(jī)新結(jié)構(gòu)進(jìn)氣機(jī)匣加工研究

馬利民 王威 吳波

摘 ?要：該文講述了某重型燃機(jī)新結(jié)構(gòu)進(jìn)氣機(jī)匣加工方法的研究過程，通過理論方案制定與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工過程結(jié)合，從加工刀具的選擇、加工參數(shù)的調(diào)整、工藝裝備的優(yōu)化以及加工刀路的優(yōu)化等方面，不斷通過現(xiàn)場(chǎng)加工數(shù)據(jù)的反饋進(jìn)行改進(jìn)，最終總結(jié)出了一種大直徑輪輻式機(jī)匣支板葉型面銑加工的加工方法和實(shí)際可行的加工參數(shù)，為后續(xù)類似零件加工提供了經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：進(jìn)氣機(jī)匣;輪輻式;葉型面銑加工

中圖分類號(hào)：V23 ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

該零件屬于大直徑不銹鋼鑄造輪輻式機(jī)匣零件，材料為ZG1Cr17Ni3，最大直徑大于1 000 mm，高度大于300 mm，鑄造難度大、精度差，其原型機(jī)零件13個(gè)支板靠鑄造成型，不對(duì)支板葉型進(jìn)行機(jī)械加工，由于現(xiàn)有鑄造技術(shù)水平低，導(dǎo)致支板位置度嚴(yán)重超差，影響組件裝配，零件報(bào)廢。

新結(jié)構(gòu)某進(jìn)氣機(jī)匣在原基礎(chǔ)上更改結(jié)構(gòu)后，為保證零件支板位置度，擬采用機(jī)械加工的方式加工支板型面，但由于零件結(jié)構(gòu)類似于整體封閉式葉環(huán)結(jié)構(gòu)，需要銑加工任意2個(gè)支板與內(nèi)外流道之間的環(huán)形腔體，干涉部位多，且支板懸臂長(zhǎng)、剛性差，需要五座標(biāo)加工中心配合特制加長(zhǎng)刀具進(jìn)行加工，目前尚無此類零件加工經(jīng)驗(yàn)，且零件相比原來結(jié)構(gòu)改動(dòng)較大，加工難度更大。

1 項(xiàng)目概述

（1）通過分析加工難點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究，探索并完善出一種大直徑輪輻式機(jī)匣支板葉型面銑加工的加工方法。

（2）研究高效加工方案，控制支板型面及流道的機(jī)械加工時(shí)間在500 h之內(nèi)。

2 工藝方案的分析和制定

該零件材料為大型不銹鋼零件，鑄造難度大、精度差，原零件鑄造后支板直線度最大達(dá)4 mm，無法滿足使用要求，現(xiàn)支板改為機(jī)械加工后，其余部位仍然存在鑄造后局部缺肉導(dǎo)致的余量不足等問題，且后續(xù)加工過程極易出現(xiàn)夾雜、砂眼等缺陷，會(huì)對(duì)零件最終質(zhì)量造成很大影響。

某作動(dòng)筒分別在零件兩側(cè)共4處，長(zhǎng)臂160 mm，短臂90 mm，造成零件外環(huán)相鄰的聯(lián)動(dòng)環(huán)跑道、斜安裝座及孔存在加工干涉的情況。

零件外流道面沿軸向方向?yàn)橹泵?，支板腔體之外的部位可通過車加工形成;支板腔體部分加工時(shí)，常規(guī)四坐標(biāo)只能使用具備縮徑的立銑刀側(cè)刃進(jìn)行銑加工，但需要刀具本身懸長(zhǎng)>170 mm;而五坐標(biāo)加工中心可以通過擺軸使用球銑刀進(jìn)行加工，刀具本身懸長(zhǎng)>130 mm+熱脹刀柄可以實(shí)現(xiàn)，但由于零件鑄造余量不均勻，加工余量局部可能很大，如果使用小直徑球銑刀加工，毛料鑄造余量不均造成的局部余量突增會(huì)造成打刀。

該零件葉型面單邊余量理論為3 mm，粗銑余量1.5 mm，精銑余量1.5 mm，結(jié)構(gòu)類似閉式葉環(huán)結(jié)構(gòu)，銑加工整個(gè)葉型面和銜接的內(nèi)外流道，加工深度最深170 mm，現(xiàn)有常規(guī)刀具無法適用。且支板總長(zhǎng)300 mm，內(nèi)環(huán)懸空，剛性差。

由于設(shè)計(jì)圖要求支板表面粗糙度為3.2，而支板葉型面非常規(guī)機(jī)加表面，無法用銑刀的端刃或側(cè)刃進(jìn)行加工，因此加工表面的光度只能通過減小表面殘余高度、加密刀路的方式進(jìn)行提升，而按殘余高度0.01進(jìn)行加工時(shí)，最后清根1層的加工時(shí)間就已達(dá)2 158 min，而此時(shí)尚未達(dá)到粗糙度6.3的要求，因此純機(jī)加方式很難達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

3 工藝方案的實(shí)施

由于懸臂過長(zhǎng)導(dǎo)致No.45工序在銑加工外環(huán)斜面的時(shí)候常規(guī)刀柄與懸臂側(cè)面干涉，按預(yù)定方案，使用Ф20熱脹刀柄+Ф20合金銑刀，加工前試運(yùn)行程序，無碰撞，最終外環(huán)17個(gè)斜座加工滿足設(shè)計(jì)要求。

按預(yù)定方案編制數(shù)控程序，在立式五坐標(biāo)加工中心進(jìn)行加工，由于毛料鑄造超差導(dǎo)致局部余量過大，無法達(dá)到預(yù)定的進(jìn)給速度，且所用銑刀為鑲嵌刀片式銑刀，刀片質(zhì)量相對(duì)較差，容易打刀，未達(dá)到刀具商所提供的預(yù)期效果，加工效率遠(yuǎn)低于預(yù)計(jì)。

轉(zhuǎn)接時(shí)刀具震顫極易打刀，進(jìn)給速度僅提至F50，第2、3層加工時(shí)同樣遇到轉(zhuǎn)角震顫問題，但余量相對(duì)均勻，進(jìn)給速度提升至F90～F120。

在根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整加工參數(shù)后，零件凈加工時(shí)間約為17600 min=293 h，比預(yù)計(jì)仿真時(shí)間多了116 h。

按粗銑加工經(jīng)驗(yàn)，如果按預(yù)定方案繼續(xù)進(jìn)行精銑加工，將會(huì)影響生產(chǎn)任務(wù)交付，因此依據(jù)現(xiàn)有收集的加工數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，擬進(jìn)行加工方案的優(yōu)化。

4 工藝方案的改進(jìn)

在粗銑加工完成之后，攻關(guān)小組對(duì)整個(gè)加工方案進(jìn)行了深度分析，根據(jù)加工過程中的問題進(jìn)行了針對(duì)性改進(jìn)，從加工刀具、走刀路線等方面重新制定了方案。

在銑加工支板型面及內(nèi)、外流道過程中都會(huì)涉及與支板根部圓角的轉(zhuǎn)接，每個(gè)支板內(nèi)、外環(huán)共4處，13個(gè)支板共52處，如果按原方案加工，在轉(zhuǎn)角部位需降速至30%以下，加工效率極低，因此決定在加工前先對(duì)轉(zhuǎn)接圓角余量進(jìn)行清除。

在精加工時(shí)外流道面單邊余量為1.5 mm，余量均勻，使用ф16加長(zhǎng)錐式球銑刀進(jìn)行加工，表面加工殘余高度設(shè)定為0.01 mm，一次加工到位。在加工完成后對(duì)每個(gè)接刀部位進(jìn)行清根。加工參數(shù)設(shè)定為S3000，F(xiàn)600。

由于內(nèi)流道面為擬合斜曲面，且相對(duì)外流道面干涉位置較少，為了增加刀具剛性減少震動(dòng)，將內(nèi)流道分2個(gè)部分進(jìn)行加工，上半部分使用130 mm長(zhǎng)的ф16錐球銑刀加工，下半部分使用180 mm長(zhǎng)的錐球銑刀進(jìn)行加工。表面加工殘余高度設(shè)定為0.01 mm，一次加工到位。加工參數(shù)設(shè)定為S3000，F(xiàn)600。

為了保證加工效率，采用了高進(jìn)給小切深的方式進(jìn)行加工，為了保證加工的穩(wěn)定性，使用了熱脹刀柄，由于刀柄的特殊性，同時(shí)避免了加工空間過小帶來的干涉情況。

5 改進(jìn)后工藝方案的驗(yàn)證

在數(shù)控重新優(yōu)化之后，在立式五坐標(biāo)加工中心進(jìn)行加工驗(yàn)證，首先進(jìn)行了內(nèi)、外環(huán)支板根部轉(zhuǎn)接圓角的清根加工。

預(yù)定加工參數(shù)為S3000，F(xiàn)400，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)加工，由于“NO.50粗銑內(nèi)外流道及支板型面”未對(duì)圓角進(jìn)行加工，因此加工余量相對(duì)較大，約為3 mm，因此第1層加工進(jìn)給提升過程中發(fā)現(xiàn)刀具震動(dòng)較大，因此未按100%進(jìn)給速度進(jìn)行加工，第2層余量均勻?yàn)?.5 mm，進(jìn)給速度有所提升。

UG編程生成刀路時(shí)，為了保證加工效率，殘余高度設(shè)定為0.01，經(jīng)驗(yàn)證表面加工質(zhì)量未達(dá)到粗糙度3.2，后續(xù)仍需拋磨。

銑加工內(nèi)流道面預(yù)定加工參數(shù)為S3000，F(xiàn)600，第1層余量1 mm，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整加工參數(shù)，在保證加工質(zhì)量的前提下，進(jìn)給速度提升至F480（80%），第2層余量為0.5 mm，進(jìn)給速度有所提升，試驗(yàn)后為F560（93.3%）。

6 結(jié)論

編制類似大直徑不銹鋼輪輻式機(jī)匣工藝規(guī)程時(shí)，務(wù)必考慮零件鑄造缺陷問題，合理安排無損檢測(cè)工序在工藝路線中的位置。編制數(shù)控程序時(shí)需考慮零件表面余量是否均勻，并據(jù)此考慮加工參數(shù)的調(diào)整。整體合金式銑刀剛性和加工精度要好于鑲嵌刀片式銑刀，在精加工時(shí)應(yīng)首先考慮。在合理的加工參數(shù)下可以對(duì)零件進(jìn)行數(shù)控機(jī)床表面拋光加工，加工質(zhì)量和效率優(yōu)于鉗工拋修。掌握了一種輪輻式機(jī)匣支板葉型面的加工方法和可行的加工參數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]吳瓊，張以都，張洪偉.航空薄壁型腔件拐角銑削加工的研究（英文）[J].Chinese Journal of Aeronautics，2009（6）：107-114，141.

[2]趙厚偉，張松，王高琦，等.球頭銑刀加工傾角對(duì)表面形貌的影響[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2013，19（10）：2438-2444.