■中國航發(fā)西安航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司 （陜西 710021） 魏武剛

LEAP系列發(fā)動(dòng)機(jī)是CFM國際公司研制的大型客機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)，不僅用于波音公司與空客公司，也用于中國商飛公司的C919大型客機(jī)，該系列發(fā)動(dòng)機(jī)是目前國際最先進(jìn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)之一，除了性能先進(jìn)、可靠性高和燃油經(jīng)濟(jì)性好等特點(diǎn)外，其軸承減振承力部件也改進(jìn)了設(shè)計(jì)，如3號(hào)彈性支撐，是原來2個(gè)零件集成為1個(gè)零件得到的，該零件與以往發(fā)動(dòng)機(jī)同類零件相比，集成度更高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、加工難度與材料去除量更大，通過探索新工藝方案，車削加工以可靠的裝夾、消除車削振刀為主來提高車削效率；銑削加工通過設(shè)計(jì)合理的銑削順序與內(nèi)容，運(yùn)用熱縮刀柄配合高效銑削方式，減少銑削振刀、讓刀，降低零件變形，提高銑削效率，從而達(dá)到高效加工的目的。

1.零件結(jié)構(gòu)分析

（1）3號(hào)彈性支撐零件的材料為高硬度合金鋼15-5PH，硬度較高，為36～42HRC，規(guī)格為φ285mm～φ310mm之間，壁厚較薄，為3.18～4.50mm，其剛性較差，且易變形。其所有尺寸的檢測(cè)條件是基準(zhǔn)面A約束到0.025mm以內(nèi)、基準(zhǔn)B約束到公差范圍內(nèi)。其毛料為鍛環(huán)件。

（2）形狀特點(diǎn)：①外形上整體結(jié)構(gòu)呈籠狀，左側(cè)有法蘭邊且外圓較大，右側(cè)外圓較小。②中間部分靠立柱相連，且立柱四周需要噴丸。③內(nèi)孔里的基準(zhǔn)D與外圓B不同心，且內(nèi)孔里的鋸齒形螺紋和臺(tái)階孔都與內(nèi)孔基準(zhǔn)D同心，如圖1所示。

圖1 零件外形

2.加工難點(diǎn)

（1）零件中間鏤空和噴丸后變形的影響，導(dǎo)致4處止口直徑及法蘭邊上的小孔位置度0.05mm加工難度大，如圖2所示。

（2）有偏心的內(nèi)孔D位置度0.025mm，加工難度大，如圖2a所示。

（3）高效銑削立柱與控制銑削變形，消除振刀、讓刀的難度大。

3.工藝思路分析（針對(duì)前2個(gè)加工難點(diǎn)）

（1）由于立柱必須依靠銑加工完成且需要噴丸，而銑開立柱零件剛性會(huì)變得很差且有變形，為了克服上述困難，對(duì)于精度要求較高的表面精加工，最好放在銑加工立柱與噴丸工序之后進(jìn)行。即“左右4處止口直徑”與“法蘭邊上的小孔”的精加工，最好在銑加工立柱與噴丸工序之后進(jìn)行。

（2）由于有偏心的內(nèi)孔D相對(duì)于基準(zhǔn)A、B和C有位置度0.025mm的要求，要求很高，且內(nèi)孔D與內(nèi)孔里的鋸齒形螺紋和臺(tái)階孔都同心，所以對(duì)這幾個(gè)特征的加工順序最好按照設(shè)計(jì)的先后順序進(jìn)行，即先加工基準(zhǔn)A（平面）、基準(zhǔn)B（外圓）和基準(zhǔn)C（角向孔），后加工基準(zhǔn)D（內(nèi)孔），最后車鋸齒形螺紋與磨大端內(nèi)孔。

基于上述分析，初步得出加工順序：半精車內(nèi)外形→鉆孔銑削法蘭邊及大小立柱→噴丸→磨基準(zhǔn)B與小端外圓→車內(nèi)孔基準(zhǔn)D→車鋸齒螺紋→磨大端內(nèi)孔。

圖2 零件結(jié)構(gòu)

圖3 防振示意

4.困難與解決措施

直接按照上面得出的加工原則順序加工，會(huì)有以下3個(gè)困難。

（1）在銑加工立柱與噴丸工序之后，直接車削加工右側(cè)止口時(shí)會(huì)振刀，只能磨削右側(cè)止口，同時(shí)鏜法蘭邊上的小孔，此時(shí)，也會(huì)有振刀現(xiàn)象。磨削加工表面粗糙度雖好，不振刀，但是加工效率很低。

原因分析：銑開立柱零件剛性會(huì)變得很差，因而會(huì)導(dǎo)致車、鏜加工時(shí)振刀。

解決措施：設(shè)計(jì)減振夾具并給零件纏橡皮條，可解決車削右側(cè)止口振刀的問題，實(shí)現(xiàn)“以車代磨”加工與鏜孔加工，大大提高加工效率，如圖3所示。

（2）先鉆孔、銑削法蘭外形及立柱，后加工偏心基準(zhǔn)孔D，最后車鋸齒形螺紋，這樣的工藝安排會(huì)直接導(dǎo)致車螺紋時(shí)振刀且難以消除。

原因分析：零件中間部分立柱剛性很差，致車螺紋時(shí)振刀。

解決措施：內(nèi)孔D的精加工分2次進(jìn)行，即分為半精加工、精加工2道工序。

具體做法：鉆孔銑削法蘭邊外形→半精加工內(nèi)孔D→精車螺紋→銑削寬窄立柱→噴丸→精加工內(nèi)孔D→精磨大端內(nèi)孔，即可解決以上問題，消除車螺紋振刀，實(shí)現(xiàn)高效加工。

優(yōu)勢(shì)：車螺紋之前零件沒有進(jìn)行銑削立柱，因而剛性很好，車螺紋時(shí)不會(huì)振刀，可以高效車削，同時(shí)又滿足了內(nèi)孔D必須晚于基準(zhǔn)A、B和C加工的原則，從而有利于保證內(nèi)孔D位置度0.025mm合格。

（3）加工內(nèi)孔D時(shí)，C基準(zhǔn)孔不能直接找正，偏心位置度0.025mm難以保證。

原因分析：內(nèi)孔D在小端，基準(zhǔn)A、B和C都在大端，故以零件大端向下定位裝夾后加工內(nèi)孔D比較可靠，且零件不易變形。此時(shí)銑加工內(nèi)孔D時(shí)，基準(zhǔn)A、B可以直接找正，但是最大的問題是C孔距離立柱太近，立柱高度又太高，導(dǎo)致杠桿表測(cè)頭夠不到，因而C基準(zhǔn)孔不能直接找正，如圖4所示。

解決措施：借助凸耳上的兩孔找正角向C基準(zhǔn)孔，有利于保證內(nèi)孔D位置度0.025mm合格。

圖4 加工內(nèi)孔D示意

圖5 銑削外法蘭邊與鉆鏜孔示意

圖6 銑削立柱上端示意

5.分析與解決措施（針對(duì)第3個(gè)加工難點(diǎn)）

針對(duì)第3個(gè)加工難點(diǎn)的思路分析如下。

加工分析：由于2組立柱（18處寬柱與17處窄柱）關(guān)于角向基準(zhǔn)孔C都有角向要求，所以要先銑削法蘭邊與鉆鏜孔，后銑削立柱。且立柱的截面小、長(zhǎng)度長(zhǎng)，又因?qū)捔⒅L(zhǎng)、窄立柱短，所以立柱的銑削要分段進(jìn)行，因此把零件法蘭邊與立柱的銑削共分為4步。即先銑削法蘭邊與鉆鏜孔，后銑削立柱上端部分，然后銑削中間部分，最后銑削寬窄立柱的連接部分，

（1）銑削法蘭邊與鉆鏜孔（見圖5），運(yùn)用插銑粗開，再用立銑刀精銑，既提高了粗銑效率，又減少了銑削變形。

（2）銑削立柱上端（見圖6）也用插銑粗開，再用立銑刀半精銑、精銑。插銑粗開既提高了粗銑效率，又減少了銑削變形，還節(jié)約了刀具成本。半精銑、精銑采用熱縮刀柄夾持刀具，有效減少讓刀現(xiàn)象，并大大提高銑削效率。

（3）銑削立柱中間部分（見圖7），先用立銑刀分層銑開立柱，再分層半精銑、精銑立柱，從而保證立柱側(cè)面輪廓度0.12mm的要求合格；同時(shí)夾具上增加輔助支撐環(huán)，整體支撐內(nèi)孔端面，有效防止銑削小柱時(shí)振刀與變形，并采用熱縮刀柄夾持刀具，大大提高銑削效率。

（4）銑削寬窄立柱的連接部分（見圖8），夾具上增加輔助支撐防振，先鉆排孔去余量，再用不等齒的防振立銑刀粗銑、精銑寬窄立柱連接部分，因?yàn)榈毒呱扉L(zhǎng)量80mm（長(zhǎng)徑比＞10），去余量用鉆孔效率較高，且零件不易變形，因?yàn)榍邢鲿r(shí)是軸向受力。

（5）設(shè)計(jì)這樣的銑削順序，立柱不易變形、銑削不易振刀，又結(jié)合插銑切削方式，并利用熱縮刀柄夾持刀具，減少讓刀現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)高效銑削。

圖7 銑削立柱中間部分示意

圖8 銑削大小立柱的連接部分示意

6.結(jié)語

要實(shí)現(xiàn)此類新型大面積鏤空彈性支撐零件的高效加工，通過實(shí)踐，得出以下工藝原則：精心設(shè)計(jì)工藝與裝夾方案，以減小零件裝夾變形與振動(dòng)、減小零件切削振刀與讓刀、減小零件切削變形和減少磨削加工為原則，銑削加工時(shí)可利用熱縮刀柄裝夾刀具，采用新型的銑削方式實(shí)現(xiàn)高效加工。