大直径薄壁盘件加工技术的研究

2016-11-30郑琪然沈阳黎明航空发动机集团有限责任公司辽宁沈阳110043

中国新技术新产品 2016年2期

时旭　郑琪然　于洁（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁　沈阳　110043）

大直径薄壁盘件加工技术的研究

时旭郑琪然于洁
（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳110043）

摘要：大直径薄壁盘，材料为钛合金，该工件直径大壁薄易变形，幅板壁厚仅3mm，有环形Ω榫槽、篦齿，辐板属于悬臂结构，且在辐板中下方与工件安装边结构形成狭窄深内腔，尺寸及技术条件要求严，加工工艺性差，给机械加工带来很大难度，尤其是要控制工件加工变形和加工中振刀问题。因此，在刀具选择和加工方法上采取一定的措施，开展复杂薄壁盘件数控加工试验工作，选择合适型面刀具材料和结构，同时尝试在全程序无干预数控加工程序中加入自动对刀、自动测量控制程序，实现由机床按程序自主全自动控制整个加工过程，消除或尽可能减少人为干预次数，为类似盘类工件加工时提供了可借鉴的经验。

关键词：薄壁盘件；数控加工；全程序控制加工

工件材料为钛合金，该件属于大直径薄壁悬臂结构工件，结构复杂，工艺性差，其中外圆处环形Ω槽和薄壁辐板给加工带来很大困难。通过对该工件的机械加工研究，从工艺路线、刀具结构、切削用量、模拟加工和自主控制数控程序应用方法等方面进行分析、研究。掌握这种大直径薄壁盘件的自主控制全自动加工技术，该类工件的制造水平，在同类工件上推广应用。

1 制定工艺前准备

1.1 工件难点分析

薄壁盘材料为钛合金，属于大直径薄壁结构工件，尺寸公差及技术条件要求严格，大多数在0.01mm～0.05 mm，加工工艺性差，该件的结构决定其刚性差，加工中受力对工件影响很大。在加工过程中薄壁辐板、环形Ω槽的数控加工测量和薄壁件的防变形加工是加工难点。

2 工艺方法的确定及数控加工

2.1 加工工艺路线的制定

分析工件的图纸要求，根据毛坯来料状态进行工艺路线编制，来料为最终热处理粗车后状态，但表面粗糙度达不到超声波工序的要求，所以毛料后安排光刀工序，之后进行粗车，去除余量后进行消除应力热处理，经过半精车后腐蚀检查，最后精车型面和喷丸平衡等工序。

2.2 数控程序的编制

数控加工程序的编制直接影响到工件的加工效率和加工质量，尺寸和技术条件能否满足设计图纸的要求，数控加工程序起到至关重要的作用。原采用轮廓方式手工编程，这种数控程序在加工中比较灵活，但需要高技术有加工经验的操作者来完成研制加工，否则一些尺寸和技术条件很难保证。现编制方式完全采用无人干预的数控程序，在此基础上，借助设备中的机内对刀仪和在线测量系统，通过二次开发机床指令，使对刀仪和在线测头通过一条指令即可在程序中实现功能调用，完全将操作者从繁重的操作劳动中解脱出来，实现由机床按程序自主全自动控制整个加工过程，机床操作员在过程中只需在需要时按动“绿色”的程序启动按钮，消除或尽可能减少人为干预次数，故此种加工方式称之为GBT加工，即Green Button Technology绿色按钮工艺。以该工件为载体来验证这种方法加工的关键技术，验证GBT全新方法的可行性。

2.3 内腔的数控加工

该工件采用全程序无干预数控加工模式，因此在编制数控程序过程中，将加工中包含的信息全部在数控加工程序中体现，包括下面榫槽的数控加工。因此在掌握刀具信息后，将走刀路线、切削深度（每层切削尝试）、转速、进给量等加工信息编制在数控程序当中，通过软件模拟校验。半精加工的工件余量大，内腔的部分腔体仍然是实体，没有走刀空间，所以采用摆线的方式将工件余量去除掉，在使用对刀仪校准刀具后，同时进行校验，验证合格后开始加工，刀具在腔体内连续切削，直至换刀点进行更换刀片或刀具，期间无需操作者过多干预，尤其在腔深处，程序每行设置进给参数，以达到最佳的切削状态。

2.4 环形Ω榫槽的数控加工

因榫槽在未形成之前中心是不固定的，根据精车后的型面基准才可能确定中心线的位置，在半精车工序中只将榫槽处粗车一个方槽，大部分余量将在精加工工序完成。在精加工工序中首先尽可能多的去除余量，用外圆外较精的尺寸作定位，槽口只留有少量的余量，然后使用槽专用刀具先将左右两侧槽粗开，单边留有一定的余量，然后再精车左侧槽，为防止让刀，将轨迹重复走两遍，将槽左侧位置固定好后，以左侧槽为基准加工右侧槽。