某新型压气机盘车削加工方法浅析

孟震威 时 旭 李萌萌 郑 飞

（沈阳黎明航空发动机集团（有限）责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 概述

随着我国航空业的不断发展，新型发动机的研制进程进一步的加快，其中某型机零级轮盘作为高压压气机的第一级，采用新型钛合金材料TC8-1，该零件外廓尺寸远小于常规压气机盘类零件且结构复杂，给加工带来很大困难，需从工艺路线、刀具结构、切削用量、模拟加工和数控程序编制等方面对该零件进行分析、研究。掌握这种小直径结构盘类件的加工技术，能够提升航空发动机新型钛合金轮盘的制造水平。

2 零件结构特点

该零件外径尺寸仅Φ315mm，具有两侧对称的辐板结构，辐板壁厚较薄；零件单侧具有对称的双卡圈槽结构，深度1.8mm，槽宽1.6mm；零件的整体粗糙度较小,仅有部分倒角处要求粗糙度1.6，其他均为0.8μm ，零件整体尺寸虽小，但卡圈、凸耳、等结构俱全，给机械加工带来较大难度。

3 零件加工难点及解决方案

零件的车削加工难点主要由四个方面构成：

1 ）由于零件内外径尺寸较小以及加工设备和刀具的限制，走刀轨迹需要考虑到多方因素，零件具有较薄的壁厚和较厚的轮毂，较大角度的刀具在加工中易发生干涉，而采用直柄球头刀具进行加工，由于球头刀具刀R较大，无法完成止口处 圆角的加工要求；又考虑采用直柄球头刀与菱形刀片互相接刀的加工方式，如接刀部位选择在基准面上，又不能满足该表面平面度0.02mm的技术条件。经过分析考虑刀具的实际使用情况提出两种解决方案：第一、采用刀角为38度的偏刀杆配合R0.4的菱形刀片，将基准面与轮毂部位一次加工完毕。其优点是：加工一次完成，零件辐板无接刀痕迹，缺点是：刀具角度较小，刀尖处切削刃使用较少，切削深度较小，加工效率和表面质量有所降低。第二、采用球头刀具与偏刀相结合，在设计允许的部位进行接刀，接刀部位位于基准面与斜辐板交接处，圆弧轨迹切出。其优点是：零件接刀不影响零件要求的尺寸及形位公差，能够保证基准面的平面度要求，球头刀具能够进行大余量的切削，加工效率较高。缺点是：接刀位置偏低，由于零件辐板较短，零件加工中需要在轮毂上安装压盖，在压盖的设计上要考虑到刀具是否干涉【1】。经过实际应用，第二种方式更有利于零件加工。

2 ）零件工艺尺寸链较长，设计给定部分尺寸公差较大，积累误差也相应增加，如不重新规划零件尺寸，则在精车第二面工序及加工中由于测量方式的不同而存在一定的尺寸超差隐患，另外由于零件结构特殊，部分测量表面较小，需要进行测量基准的转换，由于其公差较大，在零件后期的榫槽拉削工序、凸耳的铣削工序中零件的一致性将出现较大的误差，测量数据也会出现一定的问

题，导致工艺人员需要不断的根据实际加工尺寸进行数控程序的调整，既容易造成零件的超差也增加了工艺人员的工作量，需要从精车加工的尺寸分布上进行改进。第一、对影响后续加工精度的过大尺寸公差进行扣严。零件精车第一面的三层台阶面作为拉榫槽工序的测量基准面，其尺寸原为和1.5±0.07，将其扣严至和1.5±0.02 ;零件内孔尺寸公差也进行扣严到0.05mm 。第二、进行尺寸链的换算，考虑到精加工第二面，车加工端面中需要同一程序段加工，而零件的总厚度尺寸与辐板壁厚尺寸公差等级不同，若以总

厚为测量基准则辐板尺寸存在超差隐患。另外，在后期的铣凸耳工序中，铣刀的对刀面与尺寸链指向面相反，数控程序编制中需要计算相关尺寸的实际测量值，如按同一铣加工程序进行加工则存在切削量不足的现象，其误差可达0.6mm，需将其尺寸链进行调整，总厚度25.935分解为第一面轴向尺寸10.075、辐板壁厚4.96和第二面尺寸10.9；第二面尺寸4.538由轴向尺寸10.9和6.362保证 ；卡圈处壁厚尺寸22.758分解为第一面轴向尺寸10.075和第一面基准到卡圈距离12.683，公差上也相应的进行调整【2】。调整后的尺寸能够使后续加工尺寸误差控制在0.06mm以内，对于凸耳处径向0.4mm的公差来说，可完全将数控程序进行固化。

3 ）零件双侧卡圈的车加工，由于其上下卡圈对称分布，且槽宽相等，无论首先加工哪一侧卡圈，第二个加工的卡圈处的铁屑都会沿着刀具排屑槽挤入已加工的卡圈中，铁屑一旦嵌入卡圈便可造成打刀现象的发生。为了避免打刀现象，可以从以下几点进行改善：第一、在刀具的选用上使用略窄于卡圈槽的刀具，使切出的切屑小于卡圈宽度，即便铁屑进入已加工的卡圈，也较容易通过冷却液将其带出。第二、减小刀具单次切入深度，根据卡圈槽深度将进刀次数和退出排屑次数增加，在退刀过程中，设置准停指令，清除切屑并完成退刀过程。在卡圈槽深和槽宽的测量上，可以采用样膏和成型样板进行检测，实际应用中，由于样膏测量精度较低、测量用时较长而不利于生产，故优先选择使用槽宽样板和槽深样板的通端、止端比对检测方式。

4 ）零件的精车加工由于外圆与内孔尺寸较为接近，整体呈圆环状，在装夹方式上，不能采用四爪卡盘进行装夹，易发生扭曲变形。实际生产中采用外侧压板，内部压盖转换压紧的方法，使零件轴向受力，有效降低扭曲变形的几率【3】。为了保证基准的平面度要求，在零件的半精车加工中将近外圆面与轮毂面保持一致，在腐蚀检查后增加平端面工序。

结语

该零件外圆尺寸小，结构复杂，给加工带来很大困难。本文从工艺路线、刀具结构、切削用量、模拟加工和数控程序编制等方面对整个机械加工过程进行了分析、研究。从加工过程入手，给出了加工难点的解决方法，为TC8-1新材料高压压气机零件的加工开辟了道路，为日后的零件加工积累了丰富的经验。

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

[2]曹伟，陈庆焦，熊丽萍. 工艺尺寸链的应用实例[J].机电工程技术，2013（06）.