高精度大型整体薄壁零件高效加工制造技术研究

摘 要：本文对大型整体薄壁零件加工制造技术进行了详细的论述。通过应用法国数控立车，应用高效数控加工程序及新式控制变形工装，探索出了解决大型薄壁零件高效数控加工方法，解决了零件加工变形问题，大大提升了行业高精度大型整体薄壁零件高效加工制造技术水平。

关键词：大型薄壁零件；工艺分析；减振工装；数字化制造

中图分类号：V261 文献标识码：A

1 工艺分析

增压级整体薄壁零件是航空发动机中的关键核心部件。在高温、高压、高转速的恶劣环境条件下工作；零件材料为TC4钛合金，强度高，韧性和延伸率大，导热性差，加工面的加工硬化现象严重，切削性能差；增压级薄壁最大轮廓尺寸为Φ844mm×374.5mm，最小壁厚为2.5mm，属于高精度大型整体薄壁零件该零件共有4级环形燕尾槽，敞开性差，尺寸及技术条件要求极严，燕尾槽工作面的面轮廓度为0.02，槽外径处径向跳动要求在0.03之内，同时该件32个精密安装孔位置度为Φ0.03，孔径直径公差0.015。由于零件直径大、轴向高度高、壁厚薄，属于悬臂结构，不适于在卧式车床上进行加工，必须使用立式车床加工。如何解决加工中零件的变形问题和减少加工中产生的振动是完成该项攻关的关键，需要通过安排合理的加工路线及采用适当的走刀方式，设计专用减振工装，使用合理的机夹刀具，才能保证零件的加工要求。

2 技术难点与研究途径

2.1 技术难点

（1）零件直径大，精度高，壁薄，结构复杂，尺寸繁多，技术条件要求严。需研究出一个合理、高效的数控加工工艺。如：确定零件工艺路线，装夹方式，刀具结构，走刀路线，数控程序，切削用量等。

（2）高精度大型整体薄壁薄壁零件结构特点使得其在加工中容易振动、变形，装夹、加工难度大。设计出理想的防振夹具结构，具有极大的难度。

（3）零件的加工实施全数字化制造技术，考验加工能力。

2.2 研究途径

（1）利用先进的法国数控立车，开展大型复杂薄壁件数控加工试验工作。

（2）选择适合加工增压级薄壁零件型面刀具材料和结构，确定每把机夹刀具的接刀点，和走刀路线，减少零件变形。

（3）为防止加工变形，研究设计数控立车内、外型面专用减振工装。

（4）利用UG建立模型、模拟仿真、开发后置处理程序输出，对零件全程跟踪。

3 高效加工试验

3.1 选用设备

根据增压级薄壁零件特点，精度要求，选用法国数控立车进行加工。

3.2 工艺方案

3.2.1 防振工装

为防止大型薄壁件加工变形，加工中采用了防振工装。该新式防振工装的优点是：辅助支撑机构柔性高、吸力强、承力均匀、防振性能突出。在加工外型面时，对薄壁、刚性较差的零件使用内部辅助支撑工装，而在加工内腔型面时，在整个零件的外型面上按各型面的具体斜度安装三级辅助支撑夹具，提高整个零件在加工时的抗振能力。

3.3数控程序编制

由于该薄壁零件最大直径有Φ844mm，毛料状态自然会更大，该零件又是薄壁件结构，毛料到最终状态余量最大处有50mm，粗车余量巨大。

对于这种情况，我们应用UG模拟仿真软件。通过在软件中构建法国立车的仿真环境，开发后置处理模块，建立零件模型，编制粗加工去余量程序。

3.3.1 半精车去余量数控程序编制

在粗车工序后，半精车的加工余量仍然很多，运用UG软件分成若干部分模拟加工。并通过调整出合理的加工参数，编制数控程序。

3.3.2 精车小端去余量数控程序编制

在精车小端工序中，上端面也需要去掉一个V型槽的余量。由于槽较深，去除余量较大，不易手动编程。所以，同样采用利用UG软件编程的方式。

3.3.3 精车大端数控程序编制

精车大端的难点在于加工榫槽，该榫槽的轮廓度要求在0.02mm以内。

为了保证环型燕尾槽的加工精度，首先，确定榫槽刀具的结构方案，外购专用机夹刀具。其次，在数控程序方面，编程方式为从外向内加工，二次加工完成。

二次加工可以有效的控制加工精度。通过第一刀加工后的测量值来控制第二刀的刀补量，避免一刀加工完成，尺寸靠对刀和机床精度保证。

3.3.4 结果讨论与分析

在实际的加工过程中，通过分析研究发现，我们选用的加工方法，加工路线，刀具，切削参数，编制的数控程序正确、合理、高效、可行。辅助工装防振性能好，在半精车加工型面时，没有安装减振工装，曾出现过振动现象，致使加工后表面留有明显的振纹，但在精加工运用减振工装后，加工过程中，零件非常稳定，无振动现象出现，加工后表面无振纹，说明减振工装效果明显，达到了预期的目的，实现了零件无超差优质交付。

结语

通过对增压级薄壁零件进行一系列工艺分析与研究攻关，寻找到了适合高精度大型整体薄壁件的高效数字化加工路线，解决了增压级薄壁加工中变形及振动问题，攻克了零件研制加工中减振工装的设计，利用UG建立模型、模拟仿真、开发后置处理程序输出等，有效的提高了数控程序编制的速度和准确性，积累了宝贵的加工经验，极大的提升了高精度大型整体薄壁类件制造技术水平。

参考文献

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