一种曲线型Al-Si涂层数控车削加工方法

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）

0 引 言

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。

1 问题描述

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

2 原因分析

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：

2.1 数控程序核对

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。

2.2 刀具核对

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。

2.3 加工参数核对

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。

3 改进措施

3.1 处理软件设置

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

3.2 刀具选用

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

3.3 进给量f

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。

3.4 切削速度

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。

4 试验结果

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

5 结 语

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.

［2］ 于春生，韩旻.数控机床编程及应用［M］.北京：高等教育出版社，2001.

［3］ 张明松.机械加工成形原理的探讨［J］.机床与液压，2010（22）：25-27.