机匣零件高效铣削实验研究

谢羿 信润菲 金凤 罗晋

摘 要：在机匣零件的加工中，铣削加工最为重要，通常铣削加工是将机匣内外型面上的特征加工出来。

关键词：机匣零件；高郊铣削；试验研究

中图分类号：TG662 文献标识码：B

本文研究的零件罗罗公司BR710发动机的高压涡轮机匣，由于铣削加工工序加工时间长，设备功率低，长期占用五坐标加工中心，在生产管理上存在很大问题。在认识到问题的同时，进行了专门研究，并针对其中两个加工时间长的工序进行了实验研究，实验的主要内容是如何选择合适的加工刀具并确定适合加工本零件的参数，通过提高加工参数，减少加工时间，降低加工成本。下面具体介绍一下60工序和80工序的实验具体内容。

一、No.60工序铣内花边实验研究

本工序的加工余量为10mm，原采用传统的加工方式选用Φ20R3立铣刀分层加工，每层3mm，单边留0.25mm余量，加工时间长、浪费道具，为了能在保证零件质量的前提下，提高加工效率，粗加工改为用Φ100玉米铣刀，非标刀体，刀片：SPMT100408-RIC328，加工参数为V= 30m/min，F=40m/min。首先试用粗铣两刀完成加工，加工过程中发现切削非常顺畅，加工后刀片磨损较小，基于此，试验一刀完成零件粗加工，并将加工中进刀方式改为切线圆弧进刀，极大地提高了加工效率，加工后刀具磨损较严重，需重新更换后方可加工下一个零件。

二、No.80工序粗铣大端外型面试验研究

本工序是零件主要的粗铣工序，余量多，易变形，采用外购专用夹具，内部带有支撑，压紧要求使用限力扳手，压板压紧力80NM，内部支撑为30NM。

下面按工步说明具体提速内容及改进内容：

（1）陶瓷刀具在粗铣中的应用

本工序零件余量最大处7mm，粗加工实验已采用陶瓷刀片，粗加工单边留0.5mm余量。陶瓷刀片的特点为强度高、硬度高、以及具有高红硬性、高耐磨性、优良的化学稳定性和低摩擦系数等，其切削加工效率为普通硬质合金刀具的6～10倍。在使用现代陶瓷刀片进行高速铣削时，为达到提高刀具使用寿命和生产效率的目的，在合理选择切削速度、进给速度、切削深度、宽度和刀具类型等方面是至关重要的。所以在应用时，必须注意以下几个方面：

①机床要求

机床—零件—刀具，工艺系统刚性弱是导致陶瓷刀具寿命降低或崩刃的主要原因，不能单纯地考虑机床的刚性，必须同时考虑零件、夹具以及刀具的刚性等因素。本零件加工时使用的DMU210P五座标加工中心具有良好的刚性、足够的功率和高的转数，采用外购夹具对加工区域增加内部辅助支撑，减小加工过程中产生的应力而导致零件的变形。

②合理的数控程序

使用陶瓷刀具进行高速铣削时，通常采用顺铣削的加工方式，在加工内部型面时，当刀具切削到拐角处时，采用摆线切削方式，可避免切削力的突然增大。高速切削加工主要采用回路切削，通过不中断的切削过程和刀具轨迹，减少刀具的切入和切出次数，获得稳定、高效、高精度的切削过程。

③陶瓷刀具合理几何参数的选择

在选择陶瓷刀具的合理加工参数时，必须考虑到陶瓷刀具是一种硬而脆的刀具，如何保证其使用的稳定性及不发生崩刃的情况是选择陶瓷刀具合理加工参数的重要依据；还要考虑到中间环带材料铣削的连续性、经济型以及平稳性。

（2）改用面铣刀精铣环带

原来精加工中间环带使用Ф20R3整硬铣刀上下铣，铣岛屿间表面使用Ф16整硬端铣刀上下铣，这样加工的缺点是由于零件硬度较高，这种加工方式刀具成本高，浪费加工时间。后改用Ф50R6面铣刀精加工中间环带、Ф40R5面铣刀铣岛屿间面。但是在使用这两种铣刀加工后發现，加工后的零件表面不一样高，高低相差0.2mm，由于刀具中间部分加工不到零件，才造成了加工后的表面高度不一样。鉴于这种情况，使用偏心铣加工，以Ф50R6面铣刀为例，切削刃最高点在Ф35处，刀具中间部位无法进行切削，该铣刀在偏心12.5mm后，加工出的零件表面相差0.03mm左右，满足设计图纸的要求。

（3）U钻的使用

由于之前没有使用过U钻，在加工孔的时候一般都是按照传统的加工方法进行加工，打点-钻孔-扩孔-镗孔-铰孔，对于一些大直径的孔且公差和位置度都不是很严的孔，加工起来比较费时间，本零件外方建议使用U钻加工岛屿上的孔。

首先简单介绍一下U钻的加工特点：

①加工效率一般是普通钻头的2～3倍。

②U钻可直接在工件上加工，无需中心钻打引导孔。

③刀体前端装有可更换的刀片，降低了使用的成本。

④U钻与普通钻头的区别就是U钻使用刀片——周边刀片和中心刀片，刀具磨损后无需重磨直接更换刀片即可，使用可转位刀片比整体硬钻要节省材料，并且刀片的一致性更容易控制零件尺寸。

⑤U钻的刚性好，可以采用很高的进给率，而且U钻的加工直径要比普通钻头大的多，最大能达到Ф50mm～Ф60mm，当然U钻由于装刀片的特性不可能做的太小，Ф10mm以下的U钻少见。

⑥U钻遇到各种材料只需要更换同类型不同牌号的刀片即可，其他的钻头就要根据不同的材料来选择。

⑦相比硬钻，U钻钻出的孔精度还是要高一些的，而且光洁度要好，尤其是冷却润滑不通畅时，更加明显，而且U钻可以修正孔的位置精度，普通钻头就不行。

本工序需要加工的岛屿上的孔的尺寸分别为Ф20、Ф22、Ф29、Ф32，原采用Ф16钻头钻底孔，再采用Ф16铣刀分层铣加工，依次将各个孔加工到尺寸，这样加工有三点不好之处，一是浪费时间，分别将孔由Ф16铣加工到Ф19、Ф21、Ф28、Ф31，需要去除很多余量；二是浪费刀具，用整体硬质合金铣刀分层铣孔，而且余量较大，刀具磨损快，成本提高；三是加工中存在质量隐患，在铣加工孔的时候，需要操作者计算刀补数值，并输入机床后加工，这样人为的操作很容易产生错误，没有充分利用数控机床的优势，容易造成零件尺寸超差。

结语

本文通过对零件两道铣削加工的研究，提高了加工效率，为工厂节省了宝贵的生产时间，同时也降低了加工成本，为日后的大批量生产奠定了基础。

参考文献

[1]胡晓群，冯湛，叶红雨.某新机压气机前机匣高效数控铣加工技术应用研究[C].中国航空学会2005年高速高效加工技术研讨会，2005.