“旋流器”数控加工方法的研究

摘要：旋流器是高温合金薄壁零件，是火焰筒喷嘴上的一个关键部件之一，具有精度高，刚性差，强度弱，易变形，金属切除量大等特点，其加工需要从工件装夹、工序安排、切削用量选择、刀具选用等多方面进行优化。

Abstract： Cyclone is high temperature alloy thin-walled parts and one of key components of flame tube nozzle， and it has the characteristics of high precision， weak rigidity， weak strength， easy deformation， big rate of metal removal， so its processing requires to optimization from the workpiece clamping， process planning， cutting parameters， tool selection and other aspects.

关键词： 旋流器；高温合金；薄壁零件；数控加工

Key words： Cyclone；high temperature alloy；thin wall parts；CNC machining

中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）31-0045-02

0 引言

如图1所示旋流器因其旋转槽的形状及结构而得名，它是火焰筒喷嘴上的一个关键部件之一，材料是高温合金，牌号是GH4648。该零件是典型的薄壁零件，精度高，刚性差，强度弱，金属切除量大，在加工中极易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量，加工中需要解决的主要问题是控制和减小变形，在此基础上，希望尽可能提高切削效率，缩短加工周期。其加工工艺需要从工件装夹、工序安排、切削用量选择、刀具选用等多方面进行优化。

高温合金分为铁基、镍基和铬基，能在600℃以上的高温及一定应力作用下长期工作的一类金属材料，具有良好的抗腐蚀、抗氧化、抗疲劳、抗断裂等综合性能。高温合金薄壁件在航空航天、石油化工等领域应用广泛，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等优点。但也存在加工周期长、制造成本高、精度难控制等缺点。

1 影响旋流器加工精度的因素

该零件外圆和内孔加工需要在数控车床上完成，而40个均布的斜槽需要在四轴加工中心上完成。

1.1 受力变形的影响 因零件壁厚度只有1.5mm，在三爪卡盘夹紧力的作用下，容易产生弹性变形，从而影响零件的尺寸精度和形位精度。因此，要先加工内孔，并用铝料按内孔尺寸加工一个胀胎，将内孔撑上后再加工外圆，这样能大大提高零件的刚性。为了保正所做的胀胎与内孔能很好地配合，内孔要采用刀尖圆弧半径补偿进行编程与加工。

1.2 受热变形的影响 该旋流器外轮廓不便装卡，圆跳度为0.02，所以采用一次装夹，连续完成粗车和精车。这样的工艺，切削热会引起工件热变形，对尺寸精度影响极大，因此要注意切削液的使用，可采用低浓度的乳化液或水溶液，但必须连续地、充分地浇注。

1.3 振动变形的影响 在切削力（特别是径向切削力）的作用下，容易产生振动和变形，表面质量较差。该零件要留出上铣床装夹的长度约25mm，总长为90mm，加工部位伸出过长，在切削过程中会受切削力的影响产生振动变形。

1.4 刀具使用的影响 在四轴加工中心上加工斜槽时，由于刀具为Φ2mm的立铣刀，采用小背吃刀量分层加工，保证每次的进刀量不要超过0.05mm，主轴转速要达到4000r/min以上。易采用自动编程。这样可减少零件加工中的变形，有利于保证零件的尺寸和形位精度。

2 工艺分析

2.1 选择机床和数控系统 根据零件的形状和加工要求，车削选用CKA6140数控车床（前置六工位数控刀架），FANUC 0i-Mate TD系统进行零件加工。铣削选用VMC850E四轴加工工中心，FANUC Series Oi-MC系统。

2.2 确定编程原点 车削：取在装夹工件的右端面与主轴轴线的交点上。铣削：取在装夹工件的右端面与主轴轴线的交点上。

2.3 制定加工方案和加工路线 ①用三爪卡盘装夹，粗、精加工内孔，加工完毕，将内孔胀胎与内孔配合。②采用一夹一顶粗、精加工零件外圆，因为一次装夹，采用右手刀（也称反手刀）从左往右加工，与平常加工方向相反切断保留长度多出25mm。③在四轴加工中心上，装夹长度为25mm，采用一夹一顶加工宽2mm的斜槽。④去毛刺，采用Φ4mm的倒角刀对斜槽两边倒角0.05mm，消除毛刺。

2.4 补充说明 ①旋流器加工均采用三爪自定心卡盘定位装夹。在安装过程中应对零件进行找正，以保证精度和形位公差。②精车时，刀柄的刚度要求高，车刀的修光刃不易过长（一般取0.2～0.3mm），刃口要锋利。③旋流器的外径尺寸精度要求为-0.05至-0.09，自动编程时要采用中值尺寸，因此，绘图时也应采用中值尺寸设计。

3 编制数控加工工序卡片

车削工艺卡片如表1所示，铣削工艺卡片如表2所示。

4 结论

在实际加工生产中，运用上述有效的加工方法，很好地解决了旋流器这类高温合金薄壁件加工精度不高和易变形等问题，车削加工和铣削加工各一次装夹，减少了装夹找正的时间，加工过程全部采用自动编程，减轻了操作者的劳动强度，提高加工效率并保证零件的质量，经济效益十分明显。

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