邊洪巖，郭文光，周 雨，張江峰

(貴州黎陽國際制造有限公司，貴州安順561102)

TC4合金屬于α+β型鈦合金，典型的鈦合金中難加工的材料之一，TC4合金導(dǎo)熱系數(shù)很差，使該材料零件在機(jī)加過程中溫度上升，進(jìn)而使得刀具磨損或者崩刀[1]，因此TC4合金在切削時(shí)一定要嚴(yán)格控制工藝參數(shù)。壓氣機(jī)錐型鼓筒軸分為K級(jí)～S級(jí)單個(gè)壓氣機(jī)所組成的整體結(jié)構(gòu)，大端外徑為Φ568.6 mm，小端內(nèi)徑為Φ300.46 mm，總高為644.4 mm，外圓共有7處榫槽，內(nèi)部共有7處凸起的腹板，形狀異常復(fù)雜。其整體結(jié)構(gòu)如圖1。

7處外圓榫槽結(jié)構(gòu)見圖1中的K、L、M、N、P、R、S榫槽，壓氣機(jī)錐型鼓筒軸的外圓榫槽由內(nèi)環(huán)槽和外環(huán)槽組成。外圓榫槽結(jié)構(gòu)的主要作用是保證榫槽葉片能夠精確的安裝在榫槽中，并且能夠自由的滑動(dòng)[2]。因此，外圓榫槽的加工難點(diǎn)主要是減少因零件整體剛性差和加工應(yīng)力帶來的加工變形問題。加工過程中主要的難點(diǎn)是檢測外圓榫槽尺寸是否已經(jīng)正確的加工到位。

圖1 壓氣機(jī)鼓筒軸的零件圖

1 壓氣機(jī)錐型鼓筒軸的加工工藝設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)非標(biāo)榫槽刀片

為保證外圓榫槽的內(nèi)環(huán)槽形狀和尺寸的合格，提請(qǐng)制造了4種形狀的非標(biāo)刀片(圖2)。這4種刀片共分2組，一組用來加工K和L這兩個(gè)圓弧較大的榫槽，另一組用來加工M、N、P、R、S這五個(gè)圓弧較小的榫槽。每個(gè)榫槽要用上下兩種非標(biāo)榫槽刀片。

非標(biāo)榫槽刀片在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮榫槽退刀問題，保證刀片在進(jìn)出榫槽時(shí)不能與零件發(fā)生干涉。為減小外圓榫槽因零件整體剛性差和加工應(yīng)力帶來的加工變形，刀片設(shè)計(jì)時(shí)需要采用5度的正前角，保證刀片的鋒利性[3]，防止刀具磨損導(dǎo)致榫槽加工不到位的情況。

圖2 榫槽加工非標(biāo)刀片

1.2 切削參數(shù)

(1)切削深度：加工外圓榫槽時(shí)要分粗加工和精加工，粗加工后留余量0.1 mm。粗加工時(shí)每刀切削深度不得超過0.5 mm。粗加工完后換新刀片精車，保證精車時(shí)新刀片具有鋒利的切削性，減少切削阻力，減少零件加工變形。

(2)進(jìn)給量：粗加工時(shí)F=0.2 mm/r，精車時(shí)F=0.1 mm/r。粗車時(shí)進(jìn)給量要大，高效率切除多余的毛料；精車時(shí)要降低進(jìn)給量，保證榫槽表面的粗糙度。

(3)切削速度：粗車時(shí)V=35 m/min，精車時(shí)V=55 m/min。粗車時(shí)采用低速，防止刀片劇烈磨損打刀，導(dǎo)致榫槽報(bào)廢；精車時(shí)高速清除余量，保證榫槽表面的粗糙度。

1.3 調(diào)整車削走刀路線

(1)加工外圓榫槽時(shí)，先用普通槽刀徑向扎開內(nèi)環(huán)槽，保證槽底扎到尺寸。

(2)徑向扎開內(nèi)環(huán)槽后，清除非標(biāo)榫槽刀片退刀時(shí)可能觸碰的接刀臺(tái)，防止非標(biāo)榫槽刀片退刀時(shí)打刀。

(3)清除接刀臺(tái)后，先用下非標(biāo)榫槽刀片仿形車削內(nèi)環(huán)槽下部分，直至尺寸合格。

(4)待下非標(biāo)榫槽刀片車削到合格尺寸后，再用上非標(biāo)榫槽刀片仿形車削內(nèi)環(huán)槽上部分直至尺寸合格，機(jī)加示意圖見圖3。

圖3 外圓榫槽加工示意圖

小結(jié)：該走刀路線可保證非標(biāo)榫槽刀片順利進(jìn)出內(nèi)環(huán)槽，避免刀片觸碰干涉區(qū)域造成打刀的風(fēng)險(xiǎn)。其次，應(yīng)先仿形車削內(nèi)環(huán)槽下部分，便于鋼珠安放和測量。最后，等內(nèi)環(huán)槽下部分車削到位后，再仿形車削內(nèi)環(huán)槽上部分，便于鋼珠檢查整個(gè)內(nèi)環(huán)槽是否已經(jīng)加工到位。

2 壓氣機(jī)錐型鼓筒軸的榫槽檢測方法

普通測量方法失敗的原因：

1)壓氣機(jī)錐型鼓筒軸的外圓榫槽空間狹小，普通測具難以達(dá)到檢測要求；

2)加工中要分上下兩個(gè)部分加工，無法判斷哪個(gè)部分未加工到位；

3)上下兩個(gè)部分加工時(shí)無法準(zhǔn)確量化需要補(bǔ)多少刀補(bǔ)。

2.1 加工中塞鋼珠測量法

塞鋼珠可以根據(jù)7個(gè)外圓榫槽空間大小分別定制不同標(biāo)準(zhǔn)的鋼球直徑。K、L、M、N、P、R、S榫槽分別用到尺寸為R6、R4.5、R2.5、R2、R1.8、R1.4六類半徑不同的標(biāo)準(zhǔn)鋼珠，具體塞鋼珠見圖4。

圖4 榫槽塞鋼珠示意圖

調(diào)整走刀路線中提到要先用下非標(biāo)榫槽刀片車削內(nèi)環(huán)槽下部分，原因在于先車下部分可以平穩(wěn)的安放2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼珠。如果先車削內(nèi)環(huán)槽上部分，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鋼珠容易脫落，不易測量。用鋼珠測量內(nèi)環(huán)槽下部分時(shí)，塞不同組合的量規(guī)可以判斷需要補(bǔ)多少刀補(bǔ)才能將下部分車削到位。待下部分車削到尺寸后再車削上部分，同理需要塞2個(gè)鋼珠在上部分，2個(gè)鋼珠在下部分，中間塞不同組合的量規(guī)可以判斷需要補(bǔ)多少刀補(bǔ)才能將上部分車削到位。

2.2 成型檢測樣板測量法

圖5 成型樣板檢測示意圖

壓氣機(jī)錐型鼓筒軸外圓榫槽加工完成后，需要模擬榫槽葉片來檢查榫槽整體尺寸是否合格，是否能像真實(shí)葉片一樣在各級(jí)榫槽內(nèi)自由滑動(dòng)。因此采用了成型檢測樣板測量法。成型樣板需要根據(jù)7個(gè)不同的榫槽定制7種樣式，每種樣式需要根據(jù)CAD模型設(shè)計(jì)通規(guī)和止規(guī)兩種成型樣板。當(dāng)止規(guī)不通過，而通規(guī)能夠順利上下翻轉(zhuǎn)并且可以在榫槽內(nèi)自由滑動(dòng)時(shí)才可保證榫槽整體尺寸加工合格。成形樣板示意圖見圖5。

3 結(jié)論

1)通過本文設(shè)計(jì)的兩對(duì)4種非標(biāo)榫槽刀片，有效地解決了壓氣機(jī)錐型鼓筒軸外圓榫槽加工，采用5°正前角的刀片，減少車削的磨損情況并增加了刀片鋒利性；

2)工藝設(shè)計(jì)的走刀路線可以保證刀片順利進(jìn)出內(nèi)環(huán)槽，同時(shí)便于鋼珠安放和測量及使用鋼珠檢查整個(gè)內(nèi)環(huán)槽是否已經(jīng)加工到位；

3)榫槽塞鋼珠檢測目前在國內(nèi)還沒有應(yīng)用實(shí)施，榫槽塞鋼珠法有效地解決了普通測具、量具難以達(dá)到檢測的要求。