小直径环形机匣车铣加工表面质量研究

王威 姚晓菊 王鹤亭

摘  要：机匣加工厂燃烧室机匣工段承制的零件因为目前的车、铣加工之后无法满足被加工零件的平面度、粗糙度要求，全部需要在车、铣加工之后周转至钳工进行研磨，周转周期长且钳工工作量比较大。该次攻关主要通过刀具优化、数控程序、装夹优化和工装优化等方面开展工作，找到适合零件的加工方式，最终取消所有零件的研磨工序，减少零件周转。

关键词：数控程序;装夹优化;刀具优化

中图分类号：V263                   文献标志码：A

0 引言

某前轴承机匣在NO.87铣内平面工序之后研磨，以保证设计图要求1.6的表面粗糙度。

某轴承座在NO.100精车内孔及基准工序加工前准备阶段要求操作者对基准面进行研磨，保证平面度达到0.01，着色面积达到100%。

某静子内环块（材料2A16）在NO.25精车端面及内孔工序、钻铰轴向孔工序后进行研磨端面，用于保证精车端面槽工序中端面到槽底尺寸的0.045公差;在NO.90铣扇形段工序之后研磨，为保证径向孔工序Φ0.1的位置度;同样的某静子内环块 （材料0Cr18Ni11Nb）在NO.40精车内孔、钻铰轴向孔工序后进行研磨端面，用于保证精车端面槽工序中端面到槽底尺寸的0.04公差;在No65去毛刺工序之后研磨，为保证径向孔工序Φ0.1的位置度。

1 项目概述

目前的车、铣加工之后无法满足被加工面的平面度、粗糙度要求，需周转至钳工进行研磨，周转周期长且钳工工作量大。本攻关涉及的零件现场生产量大，在周转至钳工研磨工序时，现场操作者未认识到研磨工序的重要性，部分零件工序内容执行不到位，造成后续精加工尺寸超差，因此在机械加工工序将平面度、粗糙度一次加工到位成为亟待解决的问题。分析零件变形的主要原因及发生工序，制定切实有效的方法控制零件变形 。提升不同材料零件车铣加工后的尺寸精度及表面质量，取消研磨工序。

2 问题原因分析

由于零件自身刚性较差，且在切削过程中零件受夹紧力及切削力的双重作用，极易产生弯曲和扭曲变形，导致零件件的尺寸精度和几何精度降低，难以保证零件的技术要求。

某前轴承机匣需要研磨是因为现场使用普通设备加工，加工过程中零件存在颤振现象，控制零件在加工过程中的振动即可解决零件加工后表面粗糙度不合格问题。

某静子内环块，某轴承座需要研磨是受零件基准平面度无法满足加工要求的影响。在基准面不平的情况下，压紧力越大，变形越大，松开压板后变形越大。故装夹压紧力保证能够压住零件不动的基础上，越小越好，且需要尽量保证实体压紧。

3 技术方案验证

3.1 某前轴承机匣影响因素分析及技术方案

某前轴承机匣工艺规程规定铣内平面工序压紧中部安装边进行加工，但现场使用普通立铣加工，由于工作台尺寸限制无法压紧中部安装边，只能压紧后端止口，力矩较大，且加工时的进给速度需要操作者手动控制，无法维持恒定的切削力，因此零件在加工过程中出现颤振现象，加工后表面无法满足设计图要求1.6的表面粗糙度。

綜上所述，制定派制可供数控设备使用的可换刀头机夹刀具，编制数控程序，实现加工过程中切削力的相对稳定的技术方案。同时使用垫铁垫起中部安装边后将其压紧，减小力矩，从而达到减小零件加工过程中振动的目的。

原某前轴承机匣铣内平面工序使用Φ50T型铣刀采用轮廓编程，该部位余量2 mm，现场操作者手动让刀补分2层加工。2018年4月完成数控程序的优化，数控程序在径向自动分为4层，无须操作者手动让刀，减少加工过程中的人为干预，同时使用新派制返回的专用夹具，降低零件加工过程中的颤振，在每层切深降低后零件加工后表面质量有明显提升，可以满足设计图规定的1.6表面粗糙度，研磨工序取消，

3.2 某轴承座影响因素分析及技术方案

某轴承座为保证100工序加工基准的平面度，原工艺规程中已经安排精修小端基准工序来保证基准平面度，然而经过40余台份的测量，零件的实际平面度在0.004～0.015。1）基准面存在圆周方向的波浪式变形，跳动在0.005左右。2）基准面存在径向方向的变形，外高内低，差值平均在0.007。

经过前期的优化，零件加工过程中的变形基本已经得到控制，目前的变形主要为装夹变形。虽然前期已通过螺旋铣、辅助支承等工艺方案改善了本工序大端基准面的跳动，但是零件大端端面实测仍存在0.02～0.05的变形。 派制专用工装，该工装外部三处压板可绕零件圆周360°旋转，可在任意位置进行压紧，保证零件实点压紧。

第二轮改进实施情况。

使用专用夹具进行加工，能够有效减少装夹变形，加工后零件端面平面度实测0.004～0.01，相比第一轮改进后下降0.003，但是部分零件仍存在少量变形。 采用该方法配合磨加工攻关试验，可有效降低右图所示翘曲，加工后自由状态下进行着色检查，着色面积一次达到100%。

3.3 钢材静子内环块零件变形影响因素分析及技术方案

针对变形不大的不锈钢零件制定措施。1）优化加工参数，适当降低背吃刀量。2）优化压紧方式，零件加工前对基准面进行着色，确定不平点置，装夹时压紧完全着色表面，避开零件空心位置，这样可以尽量保证实体压紧，将装夹变形控制到最小。3）优化压紧力，使用测力矩扳手拧紧压板，保证零件均匀压紧。4）优化加工方法，在车加工最后一刀前，适当放松压板，然后再次压紧。

由于不锈钢零件密度及弹性模量较大。加工时对压紧力及切削力有一定抵抗能力，若加工时加工参数合理，压紧方式得当，操作者技能水平达标，能较好地保证加工后的质量。

3.4 铝材静子内环块零件变形影响因素分析及技术方案

考虑到该零件研磨的主要目的是保证零件平面度，而保证零件平面度的主要目的是保证车槽工序中槽深尺寸公差，若优化工艺路线将槽加工与端面加工进行整合，在保证槽深尺寸的前提下即可以取消研磨工序。同时，通过前期数据分析，在相同条件下，若型面宽度减少，其平面度质量有所提高。若在工艺中减小端面宽度，适当优化加工参数，也能提高零件平面度质量进而取消研磨工序。针对该思想，制定第二轮试验方案如下。1）适当提高No21工序技术条件要求。 2）减小背吃刀量，分多次加工完成，减少零件压紧数量及零件压紧力。 3）优化工艺路线，将车端面槽工序同精车内圆工序合并。 4）机床增加地脚，减小机床自身振动。

针对密度及弹性模量较小的铝合金零件，合理选择加工参数，适当减少压紧部位及压紧力，提高机床及刀具刚度，操作者技能水平达标，能较好地保证加工质量。

4 结论

该次攻关通过对不同材料零件加工过程的生产以及在加工过程中对刀具选择、加工参数、走刀路线、装夹优化等方面的试验后得到如下经验。1）车加工零件端面时，通过优化加工参数，适当减少压紧部位、降低压紧力，多次小余量加工，能有效提高零件加工质量。2）选择合理的装夹方式、采用高速铣（高转速，小切深）方式可以有效提高铣加工表面质量。3）对于装夹变形较大（基准面跳动大）的零件，采用加工前将基准面着色，然后压紧着色完全的表面，可以有效控制装夹变形导致的零件平面度超差。

参考文献

[1]崔惠婷，陈蔚芳，冯婷.装夹优化抑制薄壁件加工振动研究[J].组合机床与自动化加工技术，2016（5）：138-142.

[2]刘玉梅.薄板件切削回弹变形机理及装夹优化方法研究[D].山东：山东大学，2012.