高精度大型整體薄壁零件高效加工制造技術研究

摘 要：本文對大型整體薄壁零件加工制造技術進行了詳細的論述。通過應用法國數控立車，應用高效數控加工程序及新式控制變形工裝，探索出了解決大型薄壁零件高效數控加工方法，解決了零件加工變形問題，大大提升了行業高精度大型整體薄壁零件高效加工制造技術水平。

關鍵詞：大型薄壁零件；工藝分析；減振工裝；數字化制造

中圖分類號：V261 文獻標識碼：A

1 工藝分析

增壓級整體薄壁零件是航空發動機中的關鍵核心部件。在高溫、高壓、高轉速的惡劣環境條件下工作；零件材料為TC4鈦合金，強度高，韌性和延伸率大，導熱性差，加工面的加工硬化現象嚴重，切削性能差；增壓級薄壁最大輪廓尺寸為Φ844mm×374.5mm，最小壁厚為2.5mm，屬于高精度大型整體薄壁零件該零件共有4級環形燕尾槽，敞開性差，尺寸及技術條件要求極嚴，燕尾槽工作面的面輪廓度為0.02，槽外徑處徑向跳動要求在0.03之內，同時該件32個精密安裝孔位置度為Φ0.03，孔徑直徑公差0.015。由于零件直徑大、軸向高度高、壁厚薄，屬于懸臂結構，不適于在臥式車床上進行加工，必須使用立式車床加工。如何解決加工中零件的變形問題和減少加工中產生的振動是完成該項攻關的關鍵，需要通過安排合理的加工路線及采用適當的走刀方式，設計專用減振工裝，使用合理的機夾刀具，才能保證零件的加工要求。

2 技術難點與研究途徑

2.1 技術難點

（1）零件直徑大，精度高，壁薄，結構復雜，尺寸繁多，技術條件要求嚴。需研究出一個合理、高效的數控加工工藝。如：確定零件工藝路線，裝夾方式，刀具結構，走刀路線，數控程序，切削用量等。

（2）高精度大型整體薄壁薄壁零件結構特點使得其在加工中容易振動、變形，裝夾、加工難度大。設計出理想的防振夾具結構，具有極大的難度。

（3）零件的加工實施全數字化制造技術，考驗加工能力。

2.2 研究途徑

（1）利用先進的法國數控立車，開展大型復雜薄壁件數控加工試驗工作。

（2）選擇適合加工增壓級薄壁零件型面刀具材料和結構，確定每把機夾刀具的接刀點，和走刀路線，減少零件變形。

（3）為防止加工變形，研究設計數控立車內、外型面專用減振工裝。

（4）利用UG建立模型、模擬仿真、開發后置處理程序輸出，對零件全程跟蹤。

3 高效加工試驗

3.1 選用設備

根據增壓級薄壁零件特點，精度要求，選用法國數控立車進行加工。

3.2 工藝方案

3.2.1 防振工裝

為防止大型薄壁件加工變形，加工中采用了防振工裝。該新式防振工裝的優點是：輔助支撐機構柔性高、吸力強、承力均勻、防振性能突出。在加工外型面時，對薄壁、剛性較差的零件使用內部輔助支撐工裝，而在加工內腔型面時，在整個零件的外型面上按各型面的具體斜度安裝三級輔助支撐夾具，提高整個零件在加工時的抗振能力。

3.3數控程序編制

由于該薄壁零件最大直徑有Φ844mm，毛料狀態自然會更大，該零件又是薄壁件結構，毛料到最終狀態余量最大處有50mm，粗車余量巨大。

對于這種情況，我們應用UG模擬仿真軟件。通過在軟件中構建法國立車的仿真環境，開發后置處理模塊，建立零件模型，編制粗加工去余量程序。

3.3.1 半精車去余量數控程序編制

在粗車工序后，半精車的加工余量仍然很多，運用UG軟件分成若干部分模擬加工。并通過調整出合理的加工參數，編制數控程序。

3.3.2 精車小端去余量數控程序編制

在精車小端工序中，上端面也需要去掉一個V型槽的余量。由于槽較深，去除余量較大，不易手動編程。所以，同樣采用利用UG軟件編程的方式。

3.3.3 精車大端數控程序編制

精車大端的難點在于加工榫槽，該榫槽的輪廓度要求在0.02mm以內。

為了保證環型燕尾槽的加工精度，首先，確定榫槽刀具的結構方案，外購專用機夾刀具。其次，在數控程序方面，編程方式為從外向內加工，二次加工完成。

二次加工可以有效的控制加工精度。通過第一刀加工后的測量值來控制第二刀的刀補量，避免一刀加工完成，尺寸靠對刀和機床精度保證。

3.3.4 結果討論與分析

在實際的加工過程中，通過分析研究發現，我們選用的加工方法，加工路線，刀具，切削參數，編制的數控程序正確、合理、高效、可行。輔助工裝防振性能好，在半精車加工型面時，沒有安裝減振工裝，曾出現過振動現象，致使加工后表面留有明顯的振紋，但在精加工運用減振工裝后，加工過程中，零件非常穩定，無振動現象出現，加工后表面無振紋，說明減振工裝效果明顯，達到了預期的目的，實現了零件無超差優質交付。

結語

通過對增壓級薄壁零件進行一系列工藝分析與研究攻關，尋找到了適合高精度大型整體薄壁件的高效數字化加工路線，解決了增壓級薄壁加工中變形及振動問題，攻克了零件研制加工中減振工裝的設計，利用UG建立模型、模擬仿真、開發后置處理程序輸出等，有效的提高了數控程序編制的速度和準確性，積累了寶貴的加工經驗，極大的提升了高精度大型整體薄壁類件制造技術水平。

參考文獻

[1]透平機械現代制造技術叢書編委匯編.盤軸制造技術[M].北京：北京科學出版社，2002.

[2]孟少農.機械加工工藝手冊[M].北京：機械工業出版社，1992.

[3]何世禹.機械工程材料[M].哈爾濱：哈爾濱大學出版社，1995.

[4]王先逵.機械制造工藝學[M].北京：機械工業出版社，1995.

[5]袁哲俊.金屬切削刀具[M].上海：上海科學技術出版社，1992.