某重型燃机新结构进气机匣加工研究

马利民 王威 吴波

摘  要：该文讲述了某重型燃机新结构进气机匣加工方法的研究过程，通过理论方案制定与现场实际加工过程结合，从加工刀具的选择、加工参数的调整、工艺装备的优化以及加工刀路的优化等方面，不断通过现场加工数据的反馈进行改进，最终总结出了一种大直径轮辐式机匣支板叶型面铣加工的加工方法和实际可行的加工参数，为后续类似零件加工提供了经验。

关键词：进气机匣;轮辐式;叶型面铣加工

中图分类号：V23                 文献标志码：A

0 引言

该零件属于大直径不锈钢铸造轮辐式机匣零件，材料为ZG1Cr17Ni3，最大直径大于1 000 mm，高度大于300 mm，铸造难度大、精度差，其原型机零件13个支板靠铸造成型，不对支板叶型进行机械加工，由于现有铸造技术水平低，导致支板位置度严重超差，影响组件装配，零件报废。

新结构某进气机匣在原基础上更改结构后，为保证零件支板位置度，拟采用机械加工的方式加工支板型面，但由于零件结构类似于整体封闭式叶环结构，需要铣加工任意2个支板与内外流道之间的环形腔体，干涉部位多，且支板悬臂长、刚性差，需要五座标加工中心配合特制加长刀具进行加工，目前尚无此类零件加工经验，且零件相比原来结构改动较大，加工难度更大。

1 项目概述

（1）通过分析加工难点、现场试验研究，探索并完善出一种大直径轮辐式机匣支板叶型面铣加工的加工方法。

（2）研究高效加工方案，控制支板型面及流道的机械加工时间在500 h之内。

2 工艺方案的分析和制定

该零件材料为大型不锈钢零件，铸造难度大、精度差，原零件铸造后支板直线度最大达4 mm，无法满足使用要求，现支板改为机械加工后，其余部位仍然存在铸造后局部缺肉导致的余量不足等问题，且后续加工过程极易出现夹杂、砂眼等缺陷，会对零件最终质量造成很大影响。

某作动筒分别在零件两侧共4处，长臂160 mm，短臂90 mm，造成零件外环相鄰的联动环跑道、斜安装座及孔存在加工干涉的情况。

零件外流道面沿轴向方向为直面，支板腔体之外的部位可通过车加工形成;支板腔体部分加工时，常规四坐标只能使用具备缩径的立铣刀侧刃进行铣加工，但需要刀具本身悬长>170 mm;而五坐标加工中心可以通过摆轴使用球铣刀进行加工，刀具本身悬长>130 mm+热胀刀柄可以实现，但由于零件铸造余量不均匀，加工余量局部可能很大，如果使用小直径球铣刀加工，毛料铸造余量不均造成的局部余量突增会造成打刀。

该零件叶型面单边余量理论为3 mm，粗铣余量1.5 mm，精铣余量1.5 mm，结构类似闭式叶环结构，铣加工整个叶型面和衔接的内外流道，加工深度最深170 mm，现有常规刀具无法适用。且支板总长300 mm，内环悬空，刚性差。

由于设计图要求支板表面粗糙度为3.2，而支板叶型面非常规机加表面，无法用铣刀的端刃或侧刃进行加工，因此加工表面的光度只能通过减小表面残余高度、加密刀路的方式进行提升，而按残余高度0.01进行加工时，最后清根1层的加工时间就已达2 158 min，而此时尚未达到粗糙度6.3的要求，因此纯机加方式很难达到设计要求。

3 工艺方案的实施

由于悬臂过长导致No.45工序在铣加工外环斜面的时候常规刀柄与悬臂侧面干涉，按预定方案，使用Ф20热胀刀柄+Ф20合金铣刀，加工前试运行程序，无碰撞，最终外环17个斜座加工满足设计要求。

按预定方案编制数控程序，在立式五坐标加工中心进行加工，由于毛料铸造超差导致局部余量过大，无法达到预定的进给速度，且所用铣刀为镶嵌刀片式铣刀，刀片质量相对较差，容易打刀，未达到刀具商所提供的预期效果，加工效率远低于预计。

转接时刀具震颤极易打刀，进给速度仅提至F50，第2、3层加工时同样遇到转角震颤问题，但余量相对均匀，进给速度提升至F90～F120。

在根据实际情况调整加工参数后，零件净加工时间约为17600 min=293 h，比预计仿真时间多了116 h。

按粗铣加工经验，如果按预定方案继续进行精铣加工，将会影响生产任务交付，因此依据现有收集的加工数据和经验，拟进行加工方案的优化。

4 工艺方案的改进

在粗铣加工完成之后，攻关小组对整个加工方案进行了深度分析，根据加工过程中的问题进行了针对性改进，从加工刀具、走刀路线等方面重新制定了方案。

在铣加工支板型面及内、外流道过程中都会涉及与支板根部圆角的转接，每个支板内、外环共4处，13个支板共52处，如果按原方案加工，在转角部位需降速至30%以下，加工效率极低，因此决定在加工前先对转接圆角余量进行清除。

在精加工时外流道面单边余量为1.5 mm，余量均匀，使用ф16加长锥式球铣刀进行加工，表面加工残余高度设定为0.01 mm，一次加工到位。在加工完成后对每个接刀部位进行清根。加工参数设定为S3000，F600。

由于内流道面为拟合斜曲面，且相对外流道面干涉位置较少，为了增加刀具刚性减少震动，将内流道分2个部分进行加工，上半部分使用130 mm长的ф16锥球铣刀加工，下半部分使用180 mm长的锥球铣刀进行加工。表面加工残余高度设定为0.01 mm，一次加工到位。加工参数设定为S3000，F600。

为了保证加工效率，采用了高进给小切深的方式进行加工，为了保证加工的稳定性，使用了热胀刀柄，由于刀柄的特殊性，同时避免了加工空间过小带来的干涉情况。

5 改进后工艺方案的验证

在数控重新优化之后，在立式五坐标加工中心进行加工验证，首先进行了内、外环支板根部转接圆角的清根加工。

预定加工参数为S3000，F400，现场进行试验加工，由于“NO.50粗铣内外流道及支板型面”未对圆角进行加工，因此加工余量相对较大，约为3 mm，因此第1层加工进给提升过程中发现刀具震动较大，因此未按100%进给速度进行加工，第2层余量均匀为0.5 mm，进给速度有所提升。

UG编程生成刀路时，为了保证加工效率，残余高度设定为0.01，经验证表面加工质量未达到粗糙度3.2，后续仍需拋磨。

铣加工内流道面预定加工参数为S3000，F600，第1层余量1 mm，现场试验调整加工参数，在保证加工质量的前提下，进给速度提升至F480（80%），第2层余量为0.5 mm，进给速度有所提升，试验后为F560（93.3%）。

6 结论

编制类似大直径不锈钢轮辐式机匣工艺规程时，务必考虑零件铸造缺陷问题，合理安排无损检测工序在工艺路线中的位置。编制数控程序时需考虑零件表面余量是否均匀，并据此考虑加工参数的调整。整体合金式铣刀刚性和加工精度要好于镶嵌刀片式铣刀，在精加工时应首先考虑。在合理的加工参数下可以对零件进行数控机床表面抛光加工，加工质量和效率优于钳工抛修。掌握了一种轮辐式机匣支板叶型面的加工方法和可行的加工参数。

参考文献

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