圆弧端齿数控加工技术研究

胡冬生

摘要：圆弧端齿零件是航空器发动机转子广泛使用的基本零件之一，在其他行业也有较多使用。圆弧端齿零件结构形状复杂，加工难度大，传统加工技术存在一定的技术难题。与之相比，圆弧端齿的数控加工技术具备众多优势，是相关技术发展的方向和趋势。本文对圆弧端齿数控加工技术的部分关键环节做了分析。

关键词：圆弧;端齿;数控;加工;

21世纪以来，数控加工技术获得了蓬勃发展，随着数控加工技术的提升和推广，企业提高了生产效率，降低了生产成本，获得了更多的利润空间，促进世界各国的加工业都发生了巨大变革。圆弧端齿数控加工技术是数控加工技术中的一种，目前在我国也得到了较多应用，获得了一定程度的发展。

1 圆弧端齿数控加工技术概述

圆弧端齿是美国格里森公司在上世纪40年代初发明，之后被推广应用在航空器的发动机上，通常在发动机内的转子间起连接作用，在其他行业也有一些应用。由于圆弧端齿要承受一定程度的载荷，因此必须具备足够的强度、表面积以及合理的结构。

1.1 圆弧端齿磨削加工的原理

圆弧端齿齿面普遍使用砂轮磨削的方式来完成加工，首先根据端齿形状参数合理确定砂轮的径向尺寸，选取适宜的砂轮。端齿齿面形狀与砂轮磨削参数及两者空间位置关系、加工时间等参数均有关，要提前制定加工方案，必要时可以试加工。加工过程中，砂轮将一个齿槽打磨成形后，转动齿盘至下一个齿槽位置开始第二个齿槽的加工，完成后再转动齿槽，重复此过程直至所有齿槽加工完成。

1.2 圆弧端齿的测量方法

加工完成后，需要对圆弧端齿进行测量检验，以验证加工效果是否符合工艺要求。我国所使用的具体方法，是在国外先进技术基础上不断发展提升而来，但目前仍存在较大的改进空间。国内对于圆弧端齿的检验测量多采用圆弧端齿量规测量法和着色检验法。

圆弧端齿量规测量法即通过专门为圆弧端齿检测而设计的量规来进行检测，判断圆弧端齿的加工质量是否符合工艺要求。只有符合工艺要求的圆弧端齿能够实现标准化生产和可替换性。圆弧端齿量规又分为凸齿和凹齿两种，检验过程中应当交替使用，并进行相互校准。

着色检验法，即通过对圆弧端齿表面着色的方式来观察、检验圆弧端齿加工质量的方法。该方法多用于定性描述，而不能像圆弧端齿量规测量法一样实现定量分析。检验时使用专用的刷子将齿面清刷干净，再进行着色。必要时可以先使用有机溶剂如乙醇溶液对圆弧端齿表面擦拭，除去表面附着的杂质。

除以上两种方法外，还可以使用几何公差检验法、圆度仪检查法，来对圆弧端齿的某几项加工参数进行检验，起到辅助检验的作用。

2 圆弧端齿数控加工技术分析

圆弧端齿在发动机转子内的作用，一是实现扭矩传递，二是实现连接件之间的同轴度误差可控。传统上采用磨齿机进行加工，但随着数控机床技术的不断发展，现在已多采用数控机床来完成圆弧端齿加工。下文以某圆弧端齿为例，对其数控加工技术加以分析。

2.1 准备工作

2.1.1 圆弧端齿基本参数

该圆弧端齿具有凹凸2种齿形，凹凸齿之间互相啮合。轮盘端面有36个齿形，齿长23mm，齿深为5.133～5.233mm;中节面距离上表面距离为2.255～2.295mm;砂轮半径和中心半径分别为102.04mm、138.4mm;压力角为30度;底座最小厚度为2.5mm。

2.1.2 圆弧端齿材料

该圆弧端齿加工采用GH4169强化镍基高温合金材料，其抗疲劳、抗氧化、耐腐蚀性能、加工性能、焊接性能良好。

2.1.3 加工设备

采用Ferrari立式5坐标加工中心。机床格局、加工设备和零件安装状态基本上吻合，试验的加工工艺能够应用在实际加工中。

2.2 数控加工工艺

2.2.1 圆弧端齿加工原理

圆弧端齿端面花键联轴器的原理也就是圆弧端齿的啮合原理。砂轮尺寸、中心的设计是建立在砂轮磨削原理萆础七。加工圆弧端齿是依靠杯形砂轮的高速旋转，在需要加工的零件端面上进行磨削，使用杯形砂轮的外径进行磨削时能够加工出凹型圆弧端齿，而使用内径磨削则能加工出凸型圆弧端齿。

2.2.2 加工材料的特性

加工圆弧端齿的GH4169材料具有极大的韧性和强度，因而在进行切削的时候，比较容易产生粘刀甚至加工硬化等现象，刀具极易受到磨损。由于该材料的切削性能差，因而切削效率比较低，刀具的使用寿命也被迫降低，加工难度比较大。

2.2.3加工精度的要求

对圆弧端齿进行着色检查时，工作面着色面积不能小于90%，而其中心与基准孔有如.025 mm的同轴度。由于受圆弧端齿的工艺和其自身结构所限，铣削空间比较狭窄，圆弧端齿材料有着很差的加工性，刀具选择闲难.精度控制难度也十分大。所以怎样使用切削技术和加：r精度、变形控制技术，如何优化工艺以满足精度要求并制定检验标准是急需解决的关键问题。

2.2.4 工艺流程

1）创建数控程序模型

由于该圆弧端齿共有凹凸齿形各18，合计36个，因此，应当建立凹凸齿槽数控程序模型，在加工时重复调用18次，来完成加工。创建数控程序模型是圆弧端齿加工过程中的关键环节，数控程序模型质量直接关系到后续工序的质量，因此必须要高质量完成。

2）选择刀具

圆弧端齿数控加工刀具应当按照粗加工和精加工进行分类选择。选择时，要综合考虑圆弧端齿形状尺寸、几何空间位置等参数。通过具体分析以上参数，确定直径5毫米整体刀为粗加工刀具，直径2毫米球刀为精加工刀具。

3）设计走刀轨迹

选择刀具完成后，确定UG数控型腔铣进行粗加工，UG型腔铣可以实现快速去除多余材料，用于圆弧端齿粗加工极为适宜。走刀轨迹编程要实现优化，编程过程应当模块化，以便于移植到其他加工项目，当然也可以采用其他项目优化过的模块，尽量做到减少冗余，控制走刀路线长度，减少空程。好的走刀轨迹可以减少刀具工作时间，提高效率，便于保护刀具。由于圆弧端齿的结构特点，编制出一条沿齿槽侧壁连续走刀无空程的走刀轨迹。

3 结语

圆弧端齿数控加工是圆弧端齿加工技术的发展趋势，对于满足圆弧端齿加工精度有着更好的优越性，其加工效率和加工成本也更优。圆弧端齿数控加工技术的应用前景必然十分广阔。

参考文献

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