吳旭剛 李東崛 竇 遠

（中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 研究內容及目標

原焊接機匣件是由鑄件、鈑金件、機加件焊接而成，鑄件的焊接極易造成零件出現(xiàn)各種各樣的變形問題，將新型號焊接機匣件的鑄造單件改為鍛件機加成型，其支板與支板安裝座單獨成型后，再組件進行組合加工，整體結構如圖1 所示，保證焊接時不會由于鑄件自身的偏差而產生問題。

圖1 新型號焊接機匣件三維圖示

新型號焊接機匣件與原零件相比，缺少后端安裝邊，需要對新型號零件裝夾方法及工裝方案進行研究。零件支板與支板頭與原來有區(qū)別，兩者的轉接部位距離機匣殼體過近，采用原來加工方式不適合該零件的加工，需要編制研究程序。新增的支板端面與斜平面相交位置的轉接R 圓角結構，不允許鉗工打磨，需要使用特殊尺寸的專用刀具以及特殊的銑加工策略對該位置進行數(shù)控加工。原來支板上與端面相交的位置為錐形，現(xiàn)在變?yōu)樾逼矫?，需要調整加工過程的進刀方式和走刀方式，設計摸索更適合加工的簡便刀具[1]；由于新型號零件的焊接及加工方式都缺少相關生產經驗，零件的焊接變形量無法確定，需要制定合理的工藝路線，摸索加工過程存在的問題，收集現(xiàn)場加工的數(shù)據(jù)，總結經驗。

該研究以焊接機匣件為載體，通過零件的首件研制，探索出一套高精度機匣類零件的加工工藝，通過跟進現(xiàn)場的實際加工狀態(tài)，探索更有效的加工方案來控制零件變形，解決裝配過程中出現(xiàn)的問題，完成零件的研制加工，使零件尺寸及技術條件100%滿足設計要求，保證其合格交付使用。

2 工藝路線制定

一套合理可行的工藝路線是加工出合格零件的基礎，開展研究的首要工作就是制定一套切實可行的工藝路線。該文對零件結構進行分析，根據(jù)零件的具體形狀、尺寸要求以及先粗后精、先基準后其他的工藝原則[2]，確定其加工工藝路線。

根據(jù)生產現(xiàn)場的實際情況以及零件的具體特點，保證生產順利進行，進一步理順現(xiàn)場生產流程，減少瓶頸問題的發(fā)生，在開工前對零件進行檢查。編制數(shù)控程序時，發(fā)現(xiàn)設計部門給定的銑前端支板端面工序尺寸在現(xiàn)場加工不便捷，易出現(xiàn)加工尺寸不合格問題，不能滿足設計圖要求。通過與設計部門進行溝通，更改尺寸標注的位置；設計部門隨后對相關尺寸做出了調整，根據(jù)設計的更改單對工藝規(guī)程進行了更改，拆分工序增加銑前端支板頭背面工序，保證現(xiàn)場加工可執(zhí)行性。

3 加工方法探索

3.1 加工前變形量控制

零件在焊接半成品加工過程容易出現(xiàn)問題，造成這一現(xiàn)象的原因是焊接會引起不同程度的變形從而影響正常的加工[3]。從結構上看，焊接次數(shù)比以往減少1 次，但實際上并不少，支板屬于單件對接焊后機加在于內環(huán)和機匣殼體焊接在一起，該次焊接是首次焊接，加工經驗不足，不能確定焊接的狀態(tài)，焊接的內環(huán)直板刺與支板位置，由于14 個薄支板的焊接部位厚度比較厚，不容易焊透，若是鈑焊廠進行補焊或者打磨還不能確定其焊后的變形狀態(tài)，因此為了保證零件順利進行再正式加工前安排劃線工序進行檢查，確定后續(xù)的加工方案。

零件焊接后機加工容易造成余量不夠，需要在加工前對零件余量進行檢查，用來判定零件加工余量。因鉗工的轉盤承受的重力有限，無法側量該零件的徑向和角度尺寸，無法一次性檢查零件的全部余量。開工前對零件進行劃線檢查工序，保證后續(xù)加工余量夠，若存在偏差，可以借助劃線調整零件的基準尺寸，保證后續(xù)零件加工的順利進行。在鉗工劃線平臺上檢查軸向以及基準孔的角向，零件的徑向和支板角度采用數(shù)控設備進行打點檢查。

3.2 外環(huán)安裝座加工

機匣焊接組件零件屬于焊接件，按照圖紙要求保證的尺寸為非加工面與加工面的尺寸（17.1±0.1）mm，其中零件尺寸的公差難以保證，焊接過程無法控制零件的變形，加工產生難點，最終尺寸無法保證。

由于零件焊接變形，零件支板頭端面外徑變形量無法預估，應大于尺寸公差0.2mm，即使每采用一個支板頭都調整一次程序原點，都無法保證尺寸要求，因為外徑端面不平容易傾斜，尺寸公差根本無法保證。加工過程中需要操作者2 次調整程序原點，容易出現(xiàn)不必要的錯誤。

為滿足加工要求，調整零件的尺寸標注，將非加工面與加工面尺寸調整為加工面對加工面的尺寸，改變編程方式，采用統(tǒng)一基準。調整零件的加工順序，拆分工序，將原來銑背面內容調整到加工完端面孔后進行，調整加工尺寸位置，保證零件最終的尺寸要求，提高了零件的加工質量。

3.3 內環(huán)徑向孔加工

零件內環(huán)前端的徑向精密孔尺寸為φ（18.5+0.021）mm、孔位置度為φ0.05mm，該精密孔根部轉接圓角尺寸為R0.5mm。同時該尺寸位置在組件中裝配管子，技術條件及孔徑要求嚴格，加工采用的設備要求能在徑向內環(huán)前段內孔φ230mm 內加工徑向孔，滿足該要求只能使用彎頭進行加工，加工過程中彎頭裝夾短，加工過程中刀具容易產生顫動，影響加工質量。

零件內環(huán)前端徑向精密孔的孔口邊緣需要加工60°倒角，倒角與孔的交點需要進行R1mm 倒圓，60°倒角不能采用常規(guī)倒角刀，刀具直徑過大就會造成圖2 位置零件的干涉；而且加工的倒圓位置需要鉗工進行倒圓，由于無專用工具，因此鉗工倒圓R1mm 尺寸無法保證，同時還要增加一個鉗工工步，加工過程煩瑣。內環(huán)孔直徑為φ236mm，加工該位置時，用五坐標加工中心STC1250 配合彎頭進行，由于彎頭自身的裝夾結構，無法使用可調鏜刀進行鏜孔保證底孔的位置精度，彎頭裝夾刀柄短30mm～40mm，刀具過長加工容易振動，孔位置度加工難以保證，容易存在質量隱患，造成零件加工超差情況發(fā)生。因此采用專用Ф18.4mm 銑刀進行擴孔、Ф18.5R0.5mm 鉸刀鉸孔，用專用量規(guī)進行檢測。采用彎頭進行加工時，剩余刀長不應大于50mm，避免因刀具過長發(fā)生振動，造成孔表面出現(xiàn)振紋，影響技術條件，粗糙度無法保證。采用專用外購刀具后現(xiàn)場加工孔尺寸及技術條件滿足設計圖紙要求。按照設計圖紙要求加工出合格零件，滿足裝配前的尺寸要求。結合零件加工精度的要求，派制外購非標刀具，采用短刀進行加工。使用的刀具總長為90mm，比一般常規(guī)刀具短至少10mm，防止刀具顫動。Ф18.5mm 孔加工完成后，用該刀進行銑倒角倒圓，一次裝夾加工保證角度及轉接尺寸，減少鉗工工作量。

3.4 支板轉接圓角加工

該文制定了14 個零件薄支板內側小斜面與支板排氣邊交接部位轉接R 圓角的加工方案。轉接R 圓角受支板排氣邊樣條曲線影響，實際三維加工點位在二維圖紙上難以表達，缺少類似結構的加工經驗，且設計部門要求該位置不允許使用鉗工手動打磨加工，應采用數(shù)控設備進行銑加工，進行數(shù)控加工須考慮該位置受到的加工限制，從支板外側端面位置進刀會出現(xiàn)刀具與外環(huán)殼體干涉的現(xiàn)象。由于零件結構存在2 個斜邊相交位置轉接R，因此刀具的斜面不能過長容易銑到其他面上。

零件焊接變形支板的高低位置不一致，程序存在銑多或者銑不到的情況。經分析，零件的結構及加工位置需要通過型面專用刀具進行銑加工，刀具的裝夾應從外面孔進刀，由左向右走刀加工，但是零件焊接的支板高低不同，難以確定具體的加工位置，現(xiàn)場實際加工時應注意程序的讓刀，或者加工前檢測下支板的相交位置，進行調整程序后再加工。

3.5 支板型面加工

原型號零件的支板頭與支板連接位置較長，銑加工支板外側端面圓弧位置僅須調整合適的刀具角度，就能一次走刀完成全部的加工內容。但新型號零件的支板外側端面圓弧位置距離機匣殼體過近，無法一次走刀完成全部尺寸的銑加工，機匣殼體會與刀具產生干涉。

零件在加工過程中發(fā)現(xiàn)，刀具刀桿過短導致加工支板頭的距離太短，加工尺寸長，容易碰撞機匣外壁端面，或者刀具刀頭角度旋轉小，刀具容易與零件支板頭側面的孔干涉，現(xiàn)場加工存在困難，而且在加工過程中內外兩側加工存在接刀痕，內加工采用球頭刀刀頭，外圓接采用刀具側刃加工，兩種方式存在偏差。同等刀具長度，改變刀頭擺動角度，同時增加走刀距離，可以避免碰撞；內外加工支板端面存在接刀，用側刃銑加工調整Y值對比球頭端面減少0.2mm，零件接刀痕無深度，提高了零件的加工質量。

支板型面加工完畢后，使用專用型面干涉檢測測具，對型面加工狀態(tài)進行檢測，測具結構如圖2 所示。

3.6 支板端斜面加工

原來支板是圓弧面，通過錐銑刀由外面孔直接進刀加工即可；現(xiàn)在的新結構是平斜面，采用原來的加工方式無法實現(xiàn)。零件本身為焊接件，焊接支板存在偏差。同時，需要銑加工的部位距離機匣殼體太近，機匣殼體為斜面內收口，一般刀具無法進行加工，容易干涉；且加工走刀路線由上向下，銑存在盲區(qū)難以直接觀察具體情況，容易出現(xiàn)質量問題。

派制專用的成型銑刀對平斜面進行加工，刀具加工效果如圖3 所示，為減少成型非標刀具的使用，在XYZ坐標系內，利用彎頭和倒角刀的配合，計算加工角度銑支板端面斜平面，走刀路線調整為插直線進刀，直接查看刀具與殼體的干涉情況，由左往右進行加工；利用倒角刀銑平面驗證，證實該加工方式成功，零件表面粗糙度達到1.6μm，提升了零件的加工質量。

圖3 支板斜端面專用刀具加工圖示

3.7 管子裝配干涉控制方法

焊接機匣件在裝配車間進行裝配，焊接機匣件和軸承座裝配后，在進行管子的裝配時，焊接機匣件外側孔和軸承座上的孔存在軸線偏差，管子無法順利裝進，出現(xiàn)明顯的裝配干涉問題，并且以往每一個零件的裝配干涉大小都不一致。

焊接機匣件單件用來裝管子的孔在單件中加工完成后，將該零件與支板焊接到一起，按照設計圖理論值推出孔邊距所裝管子的距離為0.5mm，而且完全沒有考慮尺寸公差、焊接變形、裝配零件之間的間隙問題，導致零件本身裝管子時出現(xiàn)了一系列的問題。

按照單件中規(guī)定的內環(huán)前段，安裝邊壁厚尺寸應為3.5mm～4mm，由于單件與支板焊接組成焊接機匣件，因此單件上的內環(huán)安裝邊端面有余量，正常加工是按照前面工序中劃線檢查的基準線進行修基準工序的，后面組件加工會影響后面裝配車間管子的裝配關系。為了保證后面裝配順利進行，在修基準工序裝夾零件后，對單件內環(huán)前段的端面進行打表檢查，找出端面最小點和最大點，在看其跳動量的大小，不大于0.5mm 應按照最底面的位置進行對刀，修平后作為基準，與之前劃線的大端安裝邊基準對比偏差量，不大于0.4mm 均無問題；若是內環(huán)前段跳動大于0.5mm，則應考慮端面安裝邊的壁厚尺寸是否在要求范圍內。

3.8 多余物控制方法

該零件為內部型腔通腔結構，加工過程若控制不好，極易進入多余物，為零件的后續(xù)清理增加難度，因為孔的尺寸很小不便于清理，所以在加工前就進行保護，能有效地控制零件型腔多余物的產生。

零件為空腔復雜零件，在焊接前鈑焊進行鉗工打磨時，容易產生鐵屑等問題。零件進行機械加工時，容易產生短小鐵屑并且進入到零件的型腔中。為了避免后期發(fā)現(xiàn)型腔與多余物的問題，應提前預警，在開工前檢查零件型腔的多余物，并且在開工機加工前對零件進行灌蠟保護。

4 方案驗證結果

該技術研究加工中使用了專用量具和夾具，有效地改善了零件的裝配狀態(tài)，解決零件裝配支板干涉問題；通過優(yōu)化工藝路線、調整加工順序、優(yōu)化數(shù)控程序、設計專用刀具等攻關措施，有效地保證了零件的加工精度，為最終交付合格零件奠定良好的基礎；根據(jù)設計圖的零件結構，確定專用測具的派工，對特殊結構進行檢測，提高零件的加工質量?，F(xiàn)場機匣焊接件共加工4 臺份，全部合格入庫，尺寸及技術條件符合設計圖樣要求。

5 結論

機匣焊接件在加工過程中，專用夾具的使用對改善零件裝夾狀態(tài)、提高零件加工精度、減少零件變形起著至關重要的作用。在制定裝夾方案時，應優(yōu)先考慮使用專用夾具。

在進行零件基準加工時，應注意零件內環(huán)前段安裝邊的壁厚，控制在單件要求的尺寸范圍內，能夠有效預防后續(xù)裝配管子干涉問題。

加工特殊面刀具的設計，應盡量結合零件本身的結構特點研究刀具的形狀以及加工過程中刀具與零件的干涉位置，利用加工過程刀具的走刀路線對刀具進行設計，該方案能夠更有效地提高零件加工效率和加工質量。

根據(jù)機匣焊接件的結構特點以及各單件在組件中的裝配關系，制定零件的加工方案以及工藝路線，可有效提高零件的加工質量以及組件的整體裝配質量。