環形殼體零件表面上異型孔口倒圓角的銑削方法

楊妮

針對環類零件外圓表面異型通孔孔口內外圓角的加工，本文介紹了一種運用“專用T型立銑刀”與“三軸數控加工中心”組合銑削孔口內、外圓角的方法，可以大大提高效率，降低勞動強度并提高加工質量。

一、引言

航空發動機的零件多為環形件，結構較復雜、精度高，尤其是很多環類零件輻板上有多組異型通孔，且孔口內外要求倒圓角，給加工提出了難題。傳統方法是采用鉗工手工倒圓角，勞動強度大，加工效率低且質量不穩定。

本文從刀具選用、機床功能運用、夾具設計等方面共同考慮，聯合運用，改善現有加工方法不足。應用本方法提高了此類零件的加工效率、質量，并降低了勞動強度。

1.零件結構及其倒圓角加工現狀

零件的三維模型如圖l所示，這個“軸承保持架”屬環類零件，材料為鎳基高溫合金Inconel718，硬度較大（HRC>40），可加工性能較差。由工程簡圖圖2可知，該零件輻板面為圓錐形，輻板面上有15組異型通孔，每組孔口要求倒兩圈圓角，一個零件倒30個圓角。

2.倒圓角加工現狀

對于如圖3所示的平面盤類零件上的孔口倒圓角，傳統的方法多是采用如圖4所示的成型銑刀（靠）加工出來，零件的孔口圓角由刀具的形狀保證，如圖5所示。因此，對刀具的刃磨要求很高，刀具必須刃磨的很標準，加工時為了使刀具上的R刃口能和正式零件的孔口恰好轉接圓滑，操作工要采用在“試刀件”上反復試切的辦法，來調整刀具與零件的正確相對高度位置，顯然這種加工方法很浪費時問。由于每個零件的高度都不一樣，就導致每把刀具與每個零件的相對高度位置都不一樣，那么要加工合格的倒圓角，就要每次更換刀具后或更換零件后必須再次采用在廢件上試切的辦法，來調整刀具相對零件的相對正確高度位置，刀具費用較高。同時，因為零件材料硬度很大，刀具消耗也較大。

對于環類零件外圓面上的孔口倒圓角，特別是異形孔口內外倒圓角，傳統加工方法多采用風轉、風輪或銼刀手工倒棱，其加工效率低、勞動強度大且質量不穩定。

二、工藝研究

1.創新加工工藝方法研究

（1）圖紙與銑削原理分析

首先對零件圖紙進行分析，如圖2所示，所有的異型孔都是與圓錐面相交后才形成圓角，而圓錐面屬于曲面范疇，不屬于平面，因此這兩者之間形成的內外2圈圓角就不能用成型刀直接加工出來。但對于外側的圓角可以采用球頭立銑刀運用曲面銑削方法直接銑削加工，但對于內側的圓角我們就不能用球頭立銑刀直接銑削加工，因為零件內徑太小，只有φ225，會與機床主軸干涉。

（2）方案論證

為了解決這個問題，根據槽寬14，倒圓角為0.75可以設計一把φ13的T型帶2組R的立銑刀，如圖6所示，對于內測圓角可以把T型立銑刀伸到異形孔里進行銑圓角加工。對于外側圓角可以直接銑削加工，這樣就可實現不改變工位，只用l把T型立銑刀加工內測和外側2圈圓角，加工過程如圖7所示。

（3）夾具設計

可以設計一個銑床夾具，使得零件被加工的異型孔所在的錐面上的母線水平，并在夾具上設計基準球心用于對刀，每加工一個孔及其圓角后將夾具分度一次，直至加工完所有孔口倒圓角，具體的零件定位裝夾與零件加工如圖8、圖9所示。

（4）編制數控程序

運用UG軟件的曲面編程技術，先按照加工位置建立零件的三維數字模型和坐標系，如圖10所示。設置刀具參數如圖¨所示，運用固定軸曲面輪廓銑方法如圖12所示，選定銑削區域如圖13所示，選定切削方向等參數如圖14所示，就可生成外側圓角的加工刀路如圖15所示，仿真后如圖16所示，同理可生成內側圓角的加工刀路如圖17所示，仿真后見如圖18所示，最后通過3軸后處理生成數控程序，通過修改進退刀等基本設置就可傳入機床加工。

（5）檢測方法

圓角是否合格可以采用R0.1～1.5樣板、樣膏、放大鏡目視和手摸等手段檢測。

三、結論

本文提出了一種環形殼體零件表面上異型孔的孔口內外倒圓角由通用三軸加工中心銑削的新方法。以圖示零件為例，銑加工1組圓角（內外2圈）用時2分40秒，一個零件上有15組圓角，用時共計40分鐘，且質量穩定。相比原來鉗工加工一個零件需要3小時，大大提高了加工效率與質量。最終的完工成工件如圖19所示。