杨国文,刘毅,林虎,桂小琴,周晗
(1.中国南方航空工业(集团)有限责任公司,湖南 株洲 412002;2.湖南航空工业职工工学院,湖南 株洲 412002)
随着航空技术的发展,新型航机不断涌现,新材料、新工艺方法应用越来越多,对影响发动机气体流动的流道件外形尺寸、表面粗糙度要求更加苛刻。特别是带涂层的流道件,因材料性质特点,限制了加工方法选择范围。采用Mastercam 默认设置进行数车程序编程,加工出的零件轮廓度和粗糙度不满足设计要求。为使加工出的流道件尺寸更好的符合设计图,更大限度地降低流道面对气流的影响,加工出高精度的流道面,对Mastercam 编程参数设置及数车加工参数选择进行了一系列试验。
当前航机发动机上流道面零件多种多样,但有一个共同点:流道面多数都是通过少数离散点,再加上轮廓度、粗糙度来描述的。零件流道面多采用数车加工,喷涂后的流道面,分粗、精加工,零件加工后,流道面粗糙度为Ra1.2~1.9,而设计要求粗糙度为Ra0.8。如图1 所示。
图1 流道面加工结果
根据加工结果,逆向查找结果产生的原因。分别对数控程序、加工刀具、加工参数三个方面进行调查核对,结果如下:
通过检查发现,加工流道面的程序段为小直线段+短圆弧线组合成(如图2)。
图2 程序代码
分析:该流道面在软件Mastercam 中采用直线插补方式进行拟合,但拟合的直线段相对较长,因而加工出的零件表面出现明显的线性波纹。
刀具为斯特纳姆的CNMG120404E-1B 型刀具,刀尖圆弧为R0.4(如图3)。
图3 车刀型号
分析:刀具过尖,影响流道粗糙度。
零件加工参数如下:进给量f=0.15 mm;切削速度v=80 m/min;背吃刀量ap=0.2 mm;
根据粗糙度公式
式中:f 为每转进给量,mm/r;r 为刀尖圆弧。计算得f≤0.125~0.143 mm/r。虽然f=0.15 比较接近理论公式,考虑到刀具磨损、让刀等因素,进给量还是高了,切削粗糙度低了。
对Mastercam 软件中各选项进行分析,发现影响样条曲线后置处理程序精度的参数主要有两个:Linearization(直线度)和Filter(过滤器)中的Tolerance(公差)。经过多次尝试,得出将Linearization 参数设置为0.000 1 以及将Tolerance 参数设置为0.0002 时,Mastercam软件后置生成的加工程序为多段圆弧圆滑过渡,通过此方法完美地解决了零件表面线性波纹问题。
图4 后置软件更改前后
图5 数车程序改进前后
表1 不同刀尖半径、表面粗糙度下的进给量mm/r
根据刀尖半径与进给量、表面粗糙度的理论值的关系(表1),实际加工时一般不超过此值。
通过以上分析,同时考虑加工效率,现场加工时将原R0.4 mm 的刀片(CNMG120404E-1B)更换为R0.8 mm 的刀片(CNMG120408-SM H13A)。
图6 新选刀具型号
为满足零件粗糙度Ra0.8 的要求,根据式(1)计算得f≤0.125~0.143 mm/r,实际加工时进给量f=0.05~0.08 mm/r。
目前加工时采用的线速度Ac=80 m/min,被加工面光洁度比较差,通过查阅相关资料和与国内外刀具厂家进行沟通交流,推荐线速度为200 m/min。
通过试验,加工出的零件轮廓度非常高,流道涂层表面粗糙度为Ra0.4~Ra0.7,且表面有金属光泽(如图7)。
状态 刀具半径/mm进给量/mm切削速度(/m·min-1)表面粗糙度改进前0.40.1580Ra1.2~1.9改进后0.80.08280Ra0.4~0.7
图7 加工结果对比
该方法把Mastercam 中后置处理软件中插补的容差精度提高了将近两个数量级,生成的数控程序由小直线段+短圆弧线组成变为程序全部由大圆弧转接组成,改善了转接部位的平滑性;选用较大刀尖圆弧,降低进给量和成倍增大切削速度,零件流道轮廓精度、表面质量方面有很大的提高。
[1] 国家机械工业联合会.金属切削原理与刀具[M].北京:机械工业出版社,1991.
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