一種曲線型Al-Si涂層數控車削加工方法

楊國文，劉毅，林虎，桂小琴，周晗

（1.中國南方航空工業（集團）有限責任公司，湖南 株洲 412002；2.湖南航空工業職工工學院，湖南 株洲 412002）

0 引 言

隨著航空技術的發展，新型航機不斷涌現，新材料、新工藝方法應用越來越多，對影響發動機氣體流動的流道件外形尺寸、表面粗糙度要求更加苛刻。特別是帶涂層的流道件，因材料性質特點，限制了加工方法選擇范圍。采用Mastercam 默認設置進行數車程序編程，加工出的零件輪廓度和粗糙度不滿足設計要求。為使加工出的流道件尺寸更好的符合設計圖，更大限度地降低流道面對氣流的影響，加工出高精度的流道面，對Mastercam 編程參數設置及數車加工參數選擇進行了一系列試驗。

1 問題描述

當前航機發動機上流道面零件多種多樣，但有一個共同點：流道面多數都是通過少數離散點，再加上輪廓度、粗糙度來描述的。零件流道面多采用數車加工，噴涂后的流道面，分粗、精加工，零件加工后，流道面粗糙度為Ra1.2～1.9，而設計要求粗糙度為Ra0.8。如圖1 所示。

圖1 流道面加工結果

2 原因分析

根據加工結果，逆向查找結果產生的原因。分別對數控程序、加工刀具、加工參數三個方面進行調查核對，結果如下：

2.1 數控程序核對

通過檢查發現，加工流道面的程序段為小直線段+短圓弧線組合成（如圖2）。

圖2 程序代碼

分析：該流道面在軟件Mastercam 中采用直線插補方式進行擬合，但擬合的直線段相對較長，因而加工出的零件表面出現明顯的線性波紋。

2.2 刀具核對

刀具為斯特納姆的CNMG120404E-1B 型刀具，刀尖圓弧為R0.4（如圖3）。

圖3 車刀型號

分析：刀具過尖，影響流道粗糙度。

2.3 加工參數核對

零件加工參數如下：進給量f=0.15 mm；切削速度v=80 m/min；背吃刀量ap=0.2 mm；

根據粗糙度公式

式中：f 為每轉進給量，mm/r；r 為刀尖圓弧。計算得f≤0.125～0.143 mm/r。雖然f=0.15 比較接近理論公式，考慮到刀具磨損、讓刀等因素，進給量還是高了，切削粗糙度低了。

3 改進措施

3.1 處理軟件設置

對Mastercam 軟件中各選項進行分析，發現影響樣條曲線后置處理程序精度的參數主要有兩個：Linearization（直線度）和Filter（過濾器）中的Tolerance（公差）。經過多次嘗試，得出將Linearization 參數設置為0.000 1 以及將Tolerance 參數設置為0.0002 時，Mastercam軟件后置生成的加工程序為多段圓弧圓滑過渡，通過此方法完美地解決了零件表面線性波紋問題。

圖4 后置軟件更改前后

圖5 數車程序改進前后

3.2 刀具選用

表1 不同刀尖半徑、表面粗糙度下的進給量mm/r

根據刀尖半徑與進給量、表面粗糙度的理論值的關系（表1），實際加工時一般不超過此值。

通過以上分析，同時考慮加工效率，現場加工時將原R0.4 mm 的刀片（CNMG120404E-1B）更換為R0.8 mm 的刀片（CNMG120408-SM H13A）。

圖6 新選刀具型號

3.3 進給量f

為滿足零件粗糙度Ra0.8 的要求，根據式（1）計算得f≤0.125～0.143 mm/r，實際加工時進給量f=0.05～0.08 mm/r。

3.4 切削速度

目前加工時采用的線速度Ac=80 m/min，被加工面光潔度比較差，通過查閱相關資料和與國內外刀具廠家進行溝通交流，推薦線速度為200 m/min。

4 試驗結果

通過試驗，加工出的零件輪廓度非常高，流道涂層表面粗糙度為Ra0.4～Ra0.7，且表面有金屬光澤（如圖7）。

狀態 刀具半徑/mm進給量/mm切削速度（/m·min-1）表面粗糙度改進前0.40.1580Ra1.2～1.9改進后0.80.08280Ra0.4～0.7

圖7 加工結果對比

5 結 語

該方法把Mastercam 中后置處理軟件中插補的容差精度提高了將近兩個數量級，生成的數控程序由小直線段+短圓弧線組成變為程序全部由大圓弧轉接組成，改善了轉接部位的平滑性；選用較大刀尖圓弧，降低進給量和成倍增大切削速度，零件流道輪廓精度、表面質量方面有很大的提高。

［1］ 國家機械工業聯合會.金屬切削原理與刀具［M］.北京：機械工業出版社，1991.

［2］ 于春生，韓旻.數控機床編程及應用［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［3］ 張明松.機械加工成形原理的探討［J］.機床與液壓，2010（22）：25-27.