异型长轴铣槽加工工艺研究

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【摘 要】异型长轴是某机发动机转子的重要零件，轴上要加工多处键槽及锁片槽，其中最长键槽长1125mm，宽30+0.1mm，深11mm的槽，表面粗糙度Ra0.8μm，对称度0.2mm，还有与侧壁转接R为R1的弧底键槽，技术条件要求极为严格，在工艺制造的过程中很难加工保证，需要制定合理的工艺方案。本文从生产实际出发，针对零件结构特点分析出解决问题的关键难点，选择合理加工顺序、加工参数，减小铣槽后零件变形问题，保证各槽尺寸及技术条件，解决了异型长轴上长键槽难加工问题。

【关键词】异型长轴；长键槽；铣加工

引言

异型长轴是发动机上复杂结构的重要零件，用于安装盘、封严篦齿、轴承座等零件。轴除了承受自身重力外还要传递巨大的扭矩及飞机飞行的陀螺力矩，是在高转速、变负荷条件下工作，要求转子在工作时振动要小，因此轴的各配合表面尺寸精度、形状精度和位置精度要求都很高。某异型长轴为新型结构的轴，材料为GH4169。该轴较长为1738mm，轴上的大键槽也长为1125mm，且又宽又深，以前从未在轴上加工过这样又长又深的槽， 需要通过安排合理的加工路线及采用适当的走刀方式，设计专用工装，使用合理的机夹刀具，才能保证零件的加工要求。

1 异型长轴结构特点、技术要求及材料特性

1.1 结构特点及技术要求

异型长轴长轴为新型结构轴，结构如图1所示，零件总长1738mm，最大外径Ф108mm，内孔Ф62 mm，在最大外径上有4处长1125mm，宽30+0.1mm，深11mm的槽，侧壁表面粗糙度Ra0.8μm，位置度及对称度0.2mm；还有4处与侧壁转接R为R1的弧底键槽；8处腰形槽及2处螺纹上的锁片槽。

1.2 材料特性

零件材料为GH4169，是一种高硬度、高强度、耐腐蚀、耐高温的镍基合金材料， 由于GH4169中含有许多高熔点合金元素及其碳化物、氮化物，强度较高，因此在一定温度范围内，它仍能保持相当高的强度和硬度，而且热导率很低，使其切削加工性较差，具体表现为切削力大、切削温度高、刀具磨损剧烈、加工硬化现象严重、塑性变形大、加工表面质量和精度不易保证。

2 影响键槽铣削的主要因素和解决措施

该轴上的D-D大长槽尺寸及技术条件要求严，B-B弧底槽只能用小刀加工，以上两种槽是该轴的加工难点。针对零件材料及结构特点制定加工合理方案。

2.1 零件的装夹方式的选择

零件装夹时，为防止零件弯曲，中部进行支承，因进行铣加工，中部采用中心架进行支承。

2.2 刀具的选择

选择刀具的基本原则是刀具的两个适用性和一个匹配性。刀具作为直接或间接安装在机床上，用以完成工件加工任务的工具，必须考虑两个适用性和一个协调性。即适用于所选用的机床，适用于所选用的工件，以及与加工任务相匹配。

2.3 各槽铣削顺序

零件铣槽后强度降低，应合理安排各槽的先后加工顺序。D-D槽，需去除余量最多，加工时所需切削力较大大，加工后，零件内部应力平衡状态被破坏，零件易产生加工变形，对零件的影响也最大，先加工D-D槽；因B-B槽里端与C-C槽外端有尺寸要求，为便于测量，先加工B-B槽，再加工C-C槽 ，A-A槽径向贯通，加工后，零件强度降低，最后加工A-A槽。

各槽分粗精加工， D-D槽铣槽后，为保证槽的位置度及对称度要求，采用分层对称铣槽加工方法进行加工。

2.4 铣削参数的选择

铣削参数对表面粗糙度的影响规律：每齿进给量、铣削速度和铣削深度以同样倍数变化时，每齿进给量引起的表面粗糙度变化大于铣削速度引起的表面粗糙度变化，铣削速度引起的表面粗糙度变化大于铣削深度引起的表面粗糙度变化，即铣削参数对于高温合金GH4169高速铣削的表面粗糙度影响大小依次为fz、vc、ap。因此，在精加时，选择较小的每齿进给量、铣削深度及合适的切削速度。针对零件材料，在加工过程中进行充分冷却。

3 长轴铣削加工

因该轴较长，尺寸及技术条件要求又较严，一般设备加工不了，选择了在WFL M65×2000数控卧式车铣加工中心上进行铣槽加工，该设备加工范围Ф800×2000，满足零件加工需求。

加工前找正零件两端外圆跳动不大于0.05。

加工D-D槽时，为避免铣距离机床回转工作台较近一端时机床TBM单元与机床回转工作台产生碰撞，控制零件夹紧距离，选用长160的长刀柄。侧面留0.5mm余量， 0°位置上的槽铣至3mm深时，铣相对180°位置上的槽，铣至3mm深时，再铣相对90°位置上的槽，最后铣相对270°位置上的槽。再从0°位置上的槽铣至6mm深，依次铣180°位置、90°位置、270°位置上的槽；将槽加工至9mm深时。底面与侧面留0.2mm余量，让出底面转接R2，换底面圆角R2 的铣刀进行铣削。

B-B槽加工，先用Ф6立铣刀粗加工， 侧面与底面留0.15mm余量，再用Ф2球刀进行精铣，因槽底为弧面，采用UGCAM的固定轮廓铣进行零件的精铣加工。Ф2刀具直径小，容易打刀，粗加工后，为使各处加工余量均匀，先用Ф2球刀对转接R进行清理。由于刀小， 编程时，精加工时零件的残余高度设为0.0008。加工参数：Vf=300mm/min、n=3000r/min、ap =0.15mm由于刀具太小，在加工过程中，浇注冷却液时，打不打刀不便观察，因此，在加工过程中，需短暂关闭冷却液进行刀具观察，刀具正常时立即接通冷却液。

A-A槽加工，因A-A槽为封闭型槽，为避免刀具进刀时打刀，先用Ф10.5钻头在A-A槽中钻一个通孔，在用Ф10立铣刀在该孔处进刀进行铣槽加工。

4 总结

该零件加工后经检测，各尺寸基本在中差左右，槽宽尺寸两端略比中部宽0.01mm，槽底跳动不大于0.02mm，位置度及对称度在0.02mm以内；槽侧壁表面粗糙度满足图纸要求。D-D槽由于加工时间较长，又采用分层对称铣削方式，使得开槽后零件加工应力得以较充分释放，因此加工后零件的位置度及加工精度较高。该零件的成功加工，为其他长轴类零件铣槽加工积累了宝贵经验。

参考文献：

[1]《盘轴制造技术》《透平机械现代制造技术丛书》编委会编.北京：科学出版社，2002.

[2]刘维伟，李锋，任军学，尉渊.基于标准粒子群算法的GH4169高速铣削表面粗糙度研究.中国机械工程，2011（22）.