盘件周向Ω型榫槽的加工技术浅谈

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摘 要：课题主要围绕生产实际中某零件研制任务展开。该件是发动机上关键件，材料为钛合金，属于难加工金属材料， 增加机加工难度。零件属于盘环类复杂结构，直径大，钢性差，尤其该零件环形Ω槽结构是加工过程的难点之一。本文在研制过程中应用的新模式数控程序对环形Ω槽加工是一次技术上的创新，从数控加工的走刀方式和工艺安排进行论证，应用标准化防错数控程序控制精车环形Ω槽加工过程，在研制过程中摸索的加工经验和数据以及数控加工方式的应用经验可供类似钛合金盘环类件加工时参考使用。

关键词：钛合金；环形Ω槽；标准化防错数控程序加工

中图分类号：TS664 文献标识码：A

1 概述

随着我国航空业的不断发展，发动机的研制已成为我们生产中的重点。该盘件是无辐板结构的环形盘件，外圆处有环形Ω槽结构。一般压气机盘件常见为轴向的拉削榫槽，叶片的榫头与单个的榫槽工作面相配合，径向环形Ω槽的结构是将多个叶片榫头共同约束在一起，所以环形Ω槽与榫头配合的工作面是一连续的工作面，要求精度较高，给数控车加工提出难题。该零件的环形Ω槽的数控车加工以新的加工形式，通过数控编程控制刀心轨迹来模拟现场实际的加工状态完成整个加工，并在研制加工中进一步改进加工方案。掌握这种结构盘类件环形Ω槽的加工技术，提升航空发动机盘类零件的制造水平。

2 零件简介

2.1零件结构特点

该零件结构复杂，刚性差，材料为钛合金，环形Ω槽是该盘环类薄壁零件的研制重点。零件的直径为φ501.8mm，盘心直径为φ399mm，钢性较差，在外圆φ501.8mm处有环形Ω槽结构，槽口宽6.65 mm， 槽内宽度12.8 mm，槽深11.2 mm，槽内工作面的表面质量均要求Ra0.80，两侧工作面轮廓公差仅为0.007 mm，其余槽内轮廓公差也只在0.05mm～0.10mm，槽内工作面由理论轴向高度控制的直径值φ486+0.09约束，是测量方面的一个难点。零件尺寸和技术条件要求严格，给加工过程的测量带来很大困难。

2.2零件的加工难点分析

（1）从零件材料进行分析，零件材料为钛合金，变形系数小；热导率低；钛合金材料的化学活性高；在切削过程中，当刀刃部分温度升高时，刀具材料中的某些元素（C，Ti，Co）极易与被切削的钛合金生成另一种合金，造成粘刀和烧结而损坏刀具，从而影响加工质量。其次，钛合金的导热性很差，切削与刃具前面的接触面很小，因此产生的切削热不易传出，切削产生的高温集中在切削区和切削刃附近的较小区域范围内，造成刀具寿命的缩短和严重的磨损现象，严重时会直接影响零件的精度。（2）从零件设计结构及尺寸精度分析，该件是薄壁盘环类零件，外圆处环形Ω槽结构的加工和测量是研制过程中的难点，零件最大外圆φ501.8mm，盘心直径为φ399mm，在研制过程中首先要克服零件变形，该件与叶片榫头相配合的环形Ω槽精度要求很高，环形Ω槽的槽中心至基准有0.09 mm公差的尺寸要求，因此对刀具结构、加工方法和加工中测量等方面提出了较大挑战。

3 零件的数控加工

3.1刀具结构的选择

加工环形Ω槽的半精加工选用标准刀杆L3切刀片和R3球刀片，将环形Ω槽粗开成直凹槽，去除大部分余量；精加工环形Ω槽定制专用的成型刀具，采用标准刀杆和非标刀片，分为右方向R及左方向L两个方向刀片，将环形Ω槽分为左右两个部分，分别使用R、L加工左、右槽型面。刀片刃部设计成三面刃，在同一个数控程序中可以实现半封闭槽型的一次加工，避免产生多余的接刀，使用层切法将余量去除掉，一般此种结构的刀具刚性较差，如果切削用量选用不当，会导致刀片打刀，严重情况会将整个刀头打掉。

3.2数控程序的编制

3.2.1加工设备的选择。盘环类零件加工主要是数控车加工，该研制件选择在德国数控卧式数控车床上进行，该机床最大回转直径为800mm，该机床操作系统为西门子840D，没有自动对刀和在线测量技术，是一台普通的数控卧车。

3.2.2数控程序的编制。环形Ω槽现场加工较少，缺少类似零件加工经验。常规数控加工程序是根据零件的轮廓对零件进行补偿上刀，这种试切法的优点是找到刀具的切削规律，对零件加工较为有力，但效率低，操作员加工的随意性大，加工质量难控制。如果该件使用常规方式加工，直接给出轮廓点，由操作员凭借自己的技术完成加工是无法满足零件的全部尺寸和技术条件（环形槽）的。该件采用全过程控制数控加工程序，在西门子840D系统上利用R参数跳转完成整个型面全过程无操作者干涉上刀的加工模式。该程序的特点是将加工过程完成考虑到数控程序编制过程中，将现场加工的每一个细节考虑到程序中。

所谓全过程控制加工即是应用系统的在线补偿功能，用层切削的方式将大部分余量用分层方法切削掉，在程序中设计测量点和输入系统补偿值，分别测量X径向尺寸偏差和Z轴向尺寸偏差，将补偿值分别输入补偿当中。最后根据零件材料及结构特点制订切削深度和切削速度。其中应用层切削方式加工是合理划分每一刀的加工用量、利用刀具的最大切削寿命按照程序指定的每一个路线完成零件大部分余量，中间不需要测量和上刀补，省去了操作者大部分劳动，取而代之的是工艺人员将每一个走刀路线考虑到程序中，最短最快捷地完成加工余量的切削，再根据平时的加工经验来设计最后一次切削的正确性，满足零件尺寸和技术条件的要求。

4 环形Ω槽加工中的检测方法

针对Ω槽难测量内型面，常规方法检测是使用样膏检测法，此种检测法效率低，精度低，检测误差大。该件则根据Ω槽的工作原理和工作状态，派制一个近似榫头形状的样板，将工作面直径方向的检测转化为根据更为精确的外部直径尺寸测量其工作面的宽度，样板形式简单且易测量，是比较巧妙的设计和转化。此后同类零件可参考使用。

结语

通过应用全程序无人干预数控加工程序对环形Ω槽的加工，使我们对Ω槽型面的数控加工有更多加工经验，加工环形Ω槽不在是瓶颈难题，全程序无人干预数控加工程序就是解决难题的有效方式，对类似件加工提供更多参考依据，对提高生产能力有很大帮助。

参考文献

[1]盘轴制造技术[M].科技出版社，2004.

[2]杨丰，黄登红.数控加工工艺与编程[M].国防工业出版社，2009.