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      隨著航空發(fā)動機(jī)設(shè)計(jì)性能的不斷提高，航空發(fā)動機(jī)零部件的設(shè)計(jì)精度越來越高，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，重量越來越輕。難加工材料的大量使用，加工硬化嚴(yán)重，工件易產(chǎn)生熱變形，加工表面質(zhì)量和精度不易保證。特別是壁厚在2mm以下，并帶有（斜）深槽的較為復(fù)雜型面的薄壁件加工，其變形量的控制和避免數(shù)控加工深槽過程中的打刀現(xiàn)象更是此類零件制造技術(shù)提升的關(guān)鍵。

      1.典型薄壁斜深槽加工特點(diǎn)

      高溫合金整體環(huán)形薄壁類零件，在高溫下有良好的高溫強(qiáng)度和抗應(yīng)力、抗腐蝕性能。由于零件的材料為高溫合金，屬難加工材料。加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重，高溫合金的可切削性能低，因此從加工工藝性分析，此類零件既有薄壁件的工藝特點(diǎn)又有難加工材料的工藝特點(diǎn)。為了避免或減小此類零件的變形，確保零件的、形狀位置偏差及技術(shù)條件，必須在工藝路線的安排、工藝方法、設(shè)備的選用、工藝裝備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刀具的選用及切削參數(shù)優(yōu)化等方面采取一系列的工藝措施。

      如圖1 、圖2 所示，典型薄壁零件為錐形，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，曲率半徑大，涉及相關(guān)工藝多，屬于復(fù)雜型面的薄壁件。最大外徑600mm，最小內(nèi)徑500mm，高度80mm，最小壁厚僅為1mm，零件上有6處深度為7mm，寬為2mm的環(huán)槽，且每個(gè)環(huán)槽的傾斜角度不一樣。零件的毛料為自由鍛件，金屬去除量大，在加工中易產(chǎn)生較大的加工應(yīng)力，造成零件的機(jī)加變形。因?yàn)樵摿慵牟壅疑?，給零件的車加工帶來很大的難度，特別是在數(shù)控設(shè)備上加工時(shí)，易打刀造成零件報(bào)廢。

      2. 數(shù)控加工策略

      （1）確定合理的加工路線

      綜合刀具材料、結(jié)構(gòu)硬度和耐磨性、工藝性能等方面，我們在數(shù)控臥車上進(jìn)行粗車、半精車型面。主要目的是去除大部分余量，使下工序數(shù)控精車型面所加工余量均勻。從圖3中可以看到在局部數(shù)控半精車所去的余量比較大，最大處余量單邊為17mm，采用傳統(tǒng)的內(nèi)外車輪廓型面（上刀補(bǔ)）的方法，數(shù)控操作者需要通過在數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)中預(yù)留刀補(bǔ)，加工效率低，零件易變形。我們可以采用點(diǎn)位循環(huán)程序分段加工的方法，提高零件的加工效率，降低操作者的勞動強(qiáng)度，減小零件的變形量。最大程度上實(shí)現(xiàn)全程序無干預(yù)加工，提高零件加工自動化率。

      （2）數(shù)控精車型面

      精車型面是加工難點(diǎn)，零件壁薄易變形，必須選擇合適的走刀軌跡；槽比較深（深約7mm），且?guī)в胁煌膬A斜角度，加工過程中易打刀，造成零件報(bào)廢。為了控制零件的變形量，在加工斜深槽采用循環(huán)進(jìn)退刀的方法加工。

      槽底機(jī)加振紋的解決。由于該零件的斜槽較深且窄，加工時(shí)，刀體探出較長，剛性不夠。通過多次試驗(yàn)加工，找到消除振紋的方法：①在精加工槽后，換一個(gè)新的成形刀片，重走精車槽程序，這樣可以保證機(jī)夾刀片的鋒利，減小切削力。②在到達(dá)槽底時(shí)，暫停刀具的進(jìn)給（保證零件切削旋轉(zhuǎn)一周），同時(shí)提高轉(zhuǎn)速，然后繼續(xù)按程序退刀。

      對零件加工過程中刀具干涉問題的解決。由于零件為環(huán)形、薄壁類零件，型面復(fù)雜，在加工過程中，如果刀具結(jié)構(gòu)選擇不當(dāng)或刀具的裝夾位置選擇不當(dāng)，刀具易與零件發(fā)生干涉，需要通過虛擬仿真技術(shù)優(yōu)化走刀路徑。虛擬仿真環(huán)境下建立零件、夾具、刀具、機(jī)床精確的三維數(shù)據(jù)模型，運(yùn)行數(shù)控加工程序，檢查刀具軌跡是否過切，判斷刀具是否與零件、機(jī)床產(chǎn)生干涉。條件允許的話，還可以采用復(fù)合加工機(jī)床，減少非標(biāo)刀具使用數(shù)量。

      優(yōu)選刀具，降低刀具成本。在選用刀具時(shí)，結(jié)合難加工材料和復(fù)雜槽型的特點(diǎn)優(yōu)選刀具。如圖4所示，若直接加工面1，沒有合適的刀具，加工位置外圓面上的槽較深（約20mm），所加工的余量較大（單邊約10mm）。經(jīng)過現(xiàn)場分析和試驗(yàn)，找出了解決問題的方法：

      使用正常的機(jī)加偏刀按虛線2處的尺寸加工，這樣可以避免偏刀后角干涉的問題，使用偏刀就能去除90%以上的余量。接下來，使用成形刀體，保證斜面1的傾斜度。若直接采用成形刀體加工浪費(fèi)較大，因?yàn)檫@種刀體所安裝的都是非標(biāo)刀片，較昂貴。采用通用機(jī)夾偏刀和成形刀混合使用既減少了刀具的換刀次數(shù)，又節(jié)省使用外購成形刀具的費(fèi)用，經(jīng)濟(jì)性較好。

      （3）優(yōu)化切削參數(shù)

      針對由“機(jī)床+主軸+刀具+工件”構(gòu)成的數(shù)控加工工藝系統(tǒng)，通過對其進(jìn)行系統(tǒng)模態(tài)參數(shù)測試和切削過程動力學(xué)仿真計(jì)算，獲取切削力、切削轉(zhuǎn)矩、主軸功率等信息以及切削穩(wěn)定域曲線，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控加工參數(shù)和工藝的優(yōu)化選擇。切深、進(jìn)給直接影響加工質(zhì)量和刀具壽命，對于給定寬度的刀片，如切深太大或進(jìn)給太高，刀片將受載過大，由此導(dǎo)致刀片的破損；在精加工時(shí)采用優(yōu)化的切削用量十分必要。通過對零件的試驗(yàn)加工，結(jié)合現(xiàn)場所使用的數(shù)控設(shè)備，我們確定了以下的切削參數(shù)較為適合此零件的加工，數(shù)控加工參數(shù)為：n=20～30r/min，f=0.15～0.25mm/r，ap=0.15～0.3mm。采取上述措施同時(shí)加強(qiáng)生產(chǎn)過程的管理和完善生產(chǎn)過程中的質(zhì)量控制，就可以生產(chǎn)出合格的零件。

      3. 結(jié)語

      薄壁斜深槽的加工是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及機(jī)床、夾具、工藝等各個(gè)環(huán)節(jié)。我們必須重點(diǎn)從數(shù)控加工工藝路線、切削參數(shù)、加工方法等方面進(jìn)行分析及試驗(yàn)研究，制定出合理的數(shù)控加工工藝路線，選擇先進(jìn)的高性能刀具，運(yùn)用先進(jìn)的數(shù)控設(shè)備，從多角度出發(fā)研究薄壁斜深槽的加工方法，實(shí)現(xiàn)此類零件的高效率、高精度及低成本加工。