盤件周向Ω型榫槽的加工技術淺談

于潔++史前凱++時旭++李萌萌

摘 要：課題主要圍繞生產實際中某零件研制任務展開。該件是發動機上關鍵件，材料為鈦合金，屬于難加工金屬材料， 增加機加工難度。零件屬于盤環類復雜結構，直徑大，鋼性差，尤其該零件環形Ω槽結構是加工過程的難點之一。本文在研制過程中應用的新模式數控程序對環形Ω槽加工是一次技術上的創新，從數控加工的走刀方式和工藝安排進行論證，應用標準化防錯數控程序控制精車環形Ω槽加工過程，在研制過程中摸索的加工經驗和數據以及數控加工方式的應用經驗可供類似鈦合金盤環類件加工時參考使用。

關鍵詞：鈦合金；環形Ω槽；標準化防錯數控程序加工

中圖分類號：TS664 文獻標識碼：A

1 概述

隨著我國航空業的不斷發展，發動機的研制已成為我們生產中的重點。該盤件是無輻板結構的環形盤件，外圓處有環形Ω槽結構。一般壓氣機盤件常見為軸向的拉削榫槽，葉片的榫頭與單個的榫槽工作面相配合，徑向環形Ω槽的結構是將多個葉片榫頭共同約束在一起，所以環形Ω槽與榫頭配合的工作面是一連續的工作面，要求精度較高，給數控車加工提出難題。該零件的環形Ω槽的數控車加工以新的加工形式，通過數控編程控制刀心軌跡來模擬現場實際的加工狀態完成整個加工，并在研制加工中進一步改進加工方案。掌握這種結構盤類件環形Ω槽的加工技術，提升航空發動機盤類零件的制造水平。

2 零件簡介

2.1零件結構特點

該零件結構復雜，剛性差，材料為鈦合金，環形Ω槽是該盤環類薄壁零件的研制重點。零件的直徑為φ501.8mm，盤心直徑為φ399mm，鋼性較差，在外圓φ501.8mm處有環形Ω槽結構，槽口寬6.65 mm， 槽內寬度12.8 mm，槽深11.2 mm，槽內工作面的表面質量均要求Ra0.80，兩側工作面輪廓公差僅為0.007 mm，其余槽內輪廓公差也只在0.05mm～0.10mm，槽內工作面由理論軸向高度控制的直徑值φ486+0.09約束，是測量方面的一個難點。零件尺寸和技術條件要求嚴格，給加工過程的測量帶來很大困難。

2.2零件的加工難點分析

（1）從零件材料進行分析，零件材料為鈦合金，變形系數小；熱導率低；鈦合金材料的化學活性高；在切削過程中，當刀刃部分溫度升高時，刀具材料中的某些元素（C，Ti，Co）極易與被切削的鈦合金生成另一種合金，造成粘刀和燒結而損壞刀具，從而影響加工質量。其次，鈦合金的導熱性很差，切削與刃具前面的接觸面很小，因此產生的切削熱不易傳出，切削產生的高溫集中在切削區和切削刃附近的較小區域范圍內，造成刀具壽命的縮短和嚴重的磨損現象，嚴重時會直接影響零件的精度。（2）從零件設計結構及尺寸精度分析，該件是薄壁盤環類零件，外圓處環形Ω槽結構的加工和測量是研制過程中的難點，零件最大外圓φ501.8mm，盤心直徑為φ399mm，在研制過程中首先要克服零件變形，該件與葉片榫頭相配合的環形Ω槽精度要求很高，環形Ω槽的槽中心至基準有0.09 mm公差的尺寸要求，因此對刀具結構、加工方法和加工中測量等方面提出了較大挑戰。

3 零件的數控加工

3.1刀具結構的選擇

加工環形Ω槽的半精加工選用標準刀桿L3切刀片和R3球刀片，將環形Ω槽粗開成直凹槽，去除大部分余量；精加工環形Ω槽定制專用的成型刀具，采用標準刀桿和非標刀片，分為右方向R及左方向L兩個方向刀片，將環形Ω槽分為左右兩個部分，分別使用R、L加工左、右槽型面。刀片刃部設計成三面刃，在同一個數控程序中可以實現半封閉槽型的一次加工，避免產生多余的接刀，使用層切法將余量去除掉，一般此種結構的刀具剛性較差，如果切削用量選用不當，會導致刀片打刀，嚴重情況會將整個刀頭打掉。

3.2數控程序的編制

3.2.1加工設備的選擇。盤環類零件加工主要是數控車加工，該研制件選擇在德國數控臥式數控車床上進行，該機床最大回轉直徑為800mm，該機床操作系統為西門子840D，沒有自動對刀和在線測量技術，是一臺普通的數控臥車。

3.2.2數控程序的編制。環形Ω槽現場加工較少，缺少類似零件加工經驗。常規數控加工程序是根據零件的輪廓對零件進行補償上刀，這種試切法的優點是找到刀具的切削規律，對零件加工較為有力，但效率低，操作員加工的隨意性大，加工質量難控制。如果該件使用常規方式加工，直接給出輪廓點，由操作員憑借自己的技術完成加工是無法滿足零件的全部尺寸和技術條件（環形槽）的。該件采用全過程控制數控加工程序，在西門子840D系統上利用R參數跳轉完成整個型面全過程無操作者干涉上刀的加工模式。該程序的特點是將加工過程完成考慮到數控程序編制過程中，將現場加工的每一個細節考慮到程序中。

所謂全過程控制加工即是應用系統的在線補償功能，用層切削的方式將大部分余量用分層方法切削掉，在程序中設計測量點和輸入系統補償值，分別測量X徑向尺寸偏差和Z軸向尺寸偏差，將補償值分別輸入補償當中。最后根據零件材料及結構特點制訂切削深度和切削速度。其中應用層切削方式加工是合理劃分每一刀的加工用量、利用刀具的最大切削壽命按照程序指定的每一個路線完成零件大部分余量，中間不需要測量和上刀補，省去了操作者大部分勞動，取而代之的是工藝人員將每一個走刀路線考慮到程序中，最短最快捷地完成加工余量的切削，再根據平時的加工經驗來設計最后一次切削的正確性，滿足零件尺寸和技術條件的要求。

4 環形Ω槽加工中的檢測方法

針對Ω槽難測量內型面，常規方法檢測是使用樣膏檢測法，此種檢測法效率低，精度低，檢測誤差大。該件則根據Ω槽的工作原理和工作狀態，派制一個近似榫頭形狀的樣板，將工作面直徑方向的檢測轉化為根據更為精確的外部直徑尺寸測量其工作面的寬度，樣板形式簡單且易測量，是比較巧妙的設計和轉化。此后同類零件可參考使用。

結語

通過應用全程序無人干預數控加工程序對環形Ω槽的加工，使我們對Ω槽型面的數控加工有更多加工經驗，加工環形Ω槽不在是瓶頸難題，全程序無人干預數控加工程序就是解決難題的有效方式，對類似件加工提供更多參考依據，對提高生產能力有很大幫助。

參考文獻

[1]盤軸制造技術[M].科技出版社，2004.

[2]楊豐，黃登紅.數控加工工藝與編程[M].國防工業出版社，2009.endprint