惠陽(yáng)航空螺旋槳有限責(zé)任公司 （河北保定 072152） 李國(guó)平 郝春鵬

制造工程部技術(shù)主管、研究員級(jí)高級(jí)工程師 李國(guó)平

在某型號(hào)航空產(chǎn)品試制過程中遇到外形、端面、孔及槽的加工零件，其工序簡(jiǎn)圖如圖1所示。其材料為L(zhǎng)C9（9號(hào)超硬鋁），熱處理狀態(tài)下硬度≥120HB，其實(shí)體如圖2所示。

圖1 銑槽、外形及鏜孔簡(jiǎn)圖

圖2 零件實(shí)體簡(jiǎn)圖

1. 工藝分析

（1）工藝結(jié)構(gòu)分析。如圖1所示，該零件屬于典型的薄壁件，最小壁厚為6 m m，孔mm對(duì)槽2mm側(cè)面垂直度為0.025mm，到端面距離為（145±0.05）mm，到中心距離為（59.5±0.1）mm，到R10mm槽中心距離是（19±0.1）mm；槽m m兩側(cè)面平行度為0.01mm。為保證尺寸精度及位置要求，必須以（145±0.05）mm端面支靠，外圓定位夾緊，端面活動(dòng)支靠。

（2）加工對(duì)象分析。基于零件的特殊結(jié)構(gòu)，必須采用工序一次定位裝夾加工，由于加工表面形狀差異較大，需要分區(qū)加工，對(duì)平面部分，采用平頭銑刀加工，刀軌的行間距可超過刀具半徑，以提高加工效率。對(duì)于曲面部分則使用球頭刀加工，步間距遠(yuǎn)小于刀具半徑，以保證表面粗糙度及減少零件變形。對(duì)于較寬闊的型腔，如mm槽的加工，采用較大的刀具進(jìn)行加工，以提高加工效率。為有效地控制加工殘余高度，針對(duì)不同的加工位置采用不同的刀軌形式和步間距。

（3）加工工藝路線規(guī)劃。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)以及定位安裝與夾緊的需要來考慮，加工過程要保證定位夾緊時(shí)零件的剛性和加工精度，對(duì)于在一個(gè)方向上加工的表面應(yīng)一次定位裝夾加工完成，對(duì)于對(duì)稱的槽位應(yīng)采用T形銑刀一次定位裝夾加工完成，對(duì)于球形刀，夾具可旋轉(zhuǎn)90°進(jìn)行加工。鑒于加工工藝路線規(guī)劃，采用銑端面→銑外形→零件旋轉(zhuǎn)180°銑另一端面、鉆鏜孔→夾具旋轉(zhuǎn)90°重新建立坐標(biāo)系銑R10mm凸臺(tái)→零件旋轉(zhuǎn)180°銑另一端R10mm凸臺(tái)→夾具反向旋轉(zhuǎn)90°銑2個(gè)25.5mm槽。

2. 加工工藝

（1）刀具選擇。正確的刀具選擇對(duì)零件的加工質(zhì)量和效率的提高有較大的影響，采用φ16mm硬質(zhì)合金棒銑刀銑外形，外形加工分粗、精加工（切深2mm）；采用SR10mm鑲刀片球刀（鏜夾工裝轉(zhuǎn)90°）銑凸臺(tái)。采用φ125mm盤銑刀（白鋼刀）銑2個(gè)25.5mm槽，X向進(jìn)刀，步長(zhǎng)3mm。采用鑲刀片機(jī)夾鏜刀鉆鏜孔。起初，凸臺(tái)加工采用φ135mmR10mm盤銑刀（白鋼刀），刀大但吃刀量小，加工效率低。后采用φ16mm硬質(zhì)合金棒銑刀銑外形，刀小但吃刀量大，切深為2mm。

（2）刀軌形式的選擇。切削方式的選擇是影響數(shù)控加工效率和效果的重要因素，需要根據(jù)加工對(duì)象的幾何形狀特征、刀具特征等進(jìn)行合理的選擇。本零件屬于2軸或2.5軸加工，利用3D模型的邊線，編制2D加工程序，可以直接參考加工輪廓的Z值作為加工高度限制的依據(jù)。鉆鏜孔加工，直接以圖形上的點(diǎn)定義加工點(diǎn)位置；切槽加工，其定義方式由外輪廓組成，采用簡(jiǎn)單的二維輪廓線直接進(jìn)行編程，即層銑削加工；外形加工是生成沿輪廓的兩軸刀具軌跡，采取層精銑加工，即多層次及多圈次的進(jìn)給。

（3）誤差控制。確定與編程有關(guān)的誤差環(huán)節(jié)和誤差控制參數(shù)，保證編程精度和實(shí)際加工精度。刀軌是由直線和圓弧組成的線段集合近似地取代刀具的理想運(yùn)動(dòng)軌跡，存在著插補(bǔ)計(jì)算誤差，其誤差控制影響加工不到位或過切，在CAM軟件上通過設(shè)置公差帶（即實(shí)際刀軌對(duì)理想刀軌的偏差）來控制。本零件設(shè)置公差帶為0.01mm。

（4）殘余高度的控制（見圖3）。殘余高度的大小決定了加工表面的粗糙度，殘余高度的控制是刀軌行距計(jì)算的主要依據(jù)，在利用CAD/CAM軟件進(jìn)行數(shù)控編程時(shí)，應(yīng)在保證殘余高度的前提下，以最大的行間距生成數(shù)控刀軌，以提高數(shù)控加工效率。殘余高度的確定，以SR10mm鑲刀片球刀（鏜夾工裝轉(zhuǎn)90°）銑凸臺(tái)為例進(jìn)行計(jì)算。

圖3 平面上的殘余高度

在△ABC中，AB=R，BC=R－h(huán)，AC=L/2，則有

式中，h是殘余高度（mm）；L是刀軌行距（mm）。

對(duì)于本零件，R=10mm，L=1mm，則計(jì)算出h=0.013mm。

（5）切削工藝控制。切削用量控制、加工余量控制、進(jìn)退刀控制及冷卻液控制等是影響加工精度、表面質(zhì)量和加工損耗的重要因素。本零件轉(zhuǎn)速采用200～2 000r/min，進(jìn)給量采用30～1 000mm/min，外形采用粗、精加工。

銑端面（見圖4）采用轉(zhuǎn)速1 500r/min，進(jìn)給量1 000mm/min。銑凸臺(tái)（見圖5）采用轉(zhuǎn)速2 000 r/min，進(jìn)給量1 000mm/min。銑槽（見圖6）采用轉(zhuǎn)速2 000r/min，進(jìn)給量1 000mm/min。銑外形（見圖7）采用轉(zhuǎn)速1 500r/min，進(jìn)給量1 000mm/min，分粗、精加工。

圖4 銑端面

圖5 銑凸臺(tái)

圖6 銑槽

圖7 銑外形

（6）安全控制。安全控制即為了避免刀具碰撞零件，包括程序原點(diǎn)的建立、起始高度、慢速下刀相對(duì)距離、抬刀控制及進(jìn)/退刀控制等。本零件程序原點(diǎn)：X、Z為零件孔中心，支靠面對(duì)刀。 Y支靠面上返145mm，對(duì)刀前找正支靠面Y向直線度0.01mm。

3. 位置精度的保證及檢測(cè)

4. 設(shè)備與工裝

設(shè)備方面主要采用五軸加工中心，一次定位裝夾加工，而DMU00機(jī)床行程較小，需具體編程后進(jìn)行模擬仿真方可確定其適用性。夾具方面可利用組合工裝進(jìn)行定位夾緊，滿足加工需要。刀具方面由于現(xiàn)有刀具缺少用于精加工及光整所需的高速銑削的銑刀刀桿及刀片，故需采購(gòu)SECO或特固克相關(guān)刀具以滿足加工需要。

5. 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)零件工序要求，選擇數(shù)控機(jī)床、刀具，保證工序尺寸及技術(shù)條件要求。

（2）外形采用硬質(zhì)合金立銑刀加工，孔采用鉆、鏜加工，保證孔尺寸公差及位置公差；槽采用SR10mm硬質(zhì)合金球刀片機(jī)夾銑刀高效加工，尺寸2 5.5+0.15+0.10mm，采用R2.5mm成形高速鋼銑刀加工保證。

（3）槽面平行度要求0.01mm，采用常規(guī)的上下一次進(jìn)刀方式無(wú)法保證。經(jīng)過試驗(yàn)，采取步進(jìn)方式進(jìn)行加工，滿足了技術(shù)要求。

（4）通過一次定位裝夾加工，保證了零件尺寸精度及位置精度，集中了工序，降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。