ACE程序在风扇盘精车加工中的应用

田晓龙++孟震威++闫峰

摘 要：风扇盘是某型发动机转子中风扇增压级单元的核心部件。随着该零件每年需求数量的不断增加，对该零件车削加工的提效研究也亟待解决。ACE程序作为基于刀心编程方式开发的新型数控编程方式，已在多种零件的车削加工中取得了较好的成效，在某型机风扇盘零件的粗加工工序已经完成验证，主要从减少空行程，提高刀具加工能力等方面进行考虑，而精车加工形成零件最终尺寸，与设计相符性直接相关，不仅要考虑到加工效率，降低操作人员加工差异，更主要的是要从防止零件应力变形以及保证尺寸精度等方面进行考虑。

关键词：风扇盘；数控加工；ACE程序

中图分类号：TJ760 文献标识码：A

1.风扇盘结构及ACE程序特点

1.1 风扇盘零件的结构特点

风扇盘零件是风扇增压级单元的核心件，尺寸精度及形位公差要求严格，具有较深的封闭内腔且悬臂较长，零件两侧安装孔系繁多，尤其是零件的处大型榫槽，零件直径尺寸较大，一侧端面延伸出85mm长的飞边结构，最小厚度仅5mm；零件轴向距离较大，内侧具有一悬臂结构，易发生变形。

1.2 ACE程序的特点

ACE程序是基于传统的刀心编程加工而提出的新型数控加工程序，该编程方法针对于车加工的二维编程，由工艺人员根据需要引入恒线速度切削、刀具Kr角度规划、程序选择性停止、提升排屑能力和冷却效果，实现程序不间断的变更刀具补偿值等功能，达到提升数控加工效率、减少人为参与以提升零件加工稳定性、提高刀具加工能力节约加工成本等效果。

主要应用技术包括：

（1）规划零件走刀轨迹。ACE程序通过工艺人员将刀具由运动起点到最终型面的所有轨迹进行规划，有效地消除无意义的空走刀轨迹，并可以规划不同切深的进给速度。

（2）恒线速度切削。恒线速度切削是采用数控设备设定的宏程序，根据切削零件的径向尺寸实时的对机床主轴转速进行调节，实现整个切削过程中被切削部位能够保持相同的切削线速度，它的提出解决了零件在车削加工中由于径向尺寸的剧烈变化而导致的主轴功率、切削力等的大幅变化。这种切削方式有利于控制零件变形，尤其对于盘类零件薄辐板的偏移控制尤为突出。

（3）刀具Kr角度与切削深度。刀具切入被加工零件表面时，切入深度与刀片垂直被加工面垂线间形成的角度，即为刀具的Kr角度。经过试验摸索，当Kr角度保持在45°以内时，刀片加工性能较强，寿命较长，且加工过程平稳；当角度达到45°～60°范围时，刀具会因为切削阻力的提高而使切削能力有所下降，且会出现小幅的振刀现象；当切削Kr角度超过60°，刀片会因不能承受过大切削力而发生强烈的振刀，甚至会出现闷刀、打刀的现象，除非极特殊情况应禁止采用。

（4）程序选择性停止、提升排屑能力和冷却效果。ACE程序加工轨迹较长，需要在加工过程中安排更换刀片等操作，以便操作人员及时检查刀具磨损情况并及时更换刀片。刀片在完成既定加工轨迹后，会自动脱离被切削零件表面，快速运动至安全位置，通过M00指令使程序段暂停，此时由操作人员根据程序提示进行检查刀片或更换刀片的操作，待操作完成后程序继续运行，刀片移动回到被加工零件表面继续完成切削。

（5）刀具补偿值的写入。ACE程序为了最大限度地减少人员参与，使零件加工趋于稳定，通常程序中仅设定两次特定位置测量，又通过对数控设备的二次开发，通过简单指令完成在程序段不结束时对刀补值的写入。由于程序的稳定性，对零件加工至最后一次循环加工时较精的X向、Z向代表性尺寸进行测量，并写入刀具补偿中，完成最终尺寸的加工。

2.加工过程及程序编制示例

程序编制的一般过程为：绘制零件精车余量图—选取加工刀具—设置初始对刀位置—分配切削深度—规划走刀轨迹—设置测量点及换刀点—增加刀具补偿提示信息—完成ACE程序编制—实际验证程序—程序存档—总结。

以零件第一面精车为例，需完成飞边部位及轴组件安装孔一侧悬臂的内外表面加工，对于钛合金大型面的加工，从加工效率出发，应选取大尺寸球形刀片进行，对于零件第一面止口部位，由于转接凹R尺寸为R2，需要使用R0.8菱形刀片进行清根加工。零件切削深度及切削循环层数的确定，零件半精加工后剩余余量约为单边1mm左右，使用刀具为R3球刀片，根据刀具Kr角度应保持在45度以内的原则，其切削深度应控制在0.88mm以内，考虑刀具使用寿命和加工具体情况需要进行3次循环车加工，首层加工需要去除半精车工序的不均余量，故设定切削深度为不少于单边0.2mm；中间层为主要切削层，设定切削深度为单边0.5mm，在完成测量后，进行最后层的切削，该层切削需要尽量防止应力变形的发生，同时需要考虑材料特性，切削层过薄不利于材料的剥离，故设定切削深度为单边0.3mm。

走刀轨迹的确定，需要考虑到刀具的初始测量点，初始测量点相当于传统程序的对刀点，通过对特定部位的X轴、Z轴尺寸的校核，确定刀具位置的正确性。首层Z向校正点设在止口一侧上端面，采用50mm长标准对刀块进行测定，X向校正点设定在止口处。在完成每层的切削后进行一次退刀操作，操作人员及时清除铁屑，检查刀具磨损情况或更换刀具，测量零件尺寸等操作。在最后一层切削的开始，需要进行零件测量，调整最后刀补量。程序需要进行3次更换刀具，6次刀具测量及刀补值的校正。

结语

在风扇盘零件精车加工中使用ACE程序，零件质量得到了有效提升，大幅缩短了加工周期，降低了工人的工作强度，为型号研制和交付需要提供了保障，并有利于平衡生产节拍，提升工厂的生产能力，节约生产成本，使其获得较大的效益。

参考文献

[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（6）：190-192.