盘轴一体结构零件高效车铣复合加工技术研究

林大力

（沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司，辽宁 沈阳 110043）

1 研究目标

以盘轴一体结构零件为载体，利用公司新引进的WFL—M65车铣复合加工设备，开展盘轴一体化复杂结构零件的高效车铣复合加工技术研究和加工验证，掌握车铣复合加工设备的功能特点、零件加工工艺和复合编程技术。实现一次装夹，完成车、铣、钻、扩、铰加工和一次成形，大幅度地提高零件加工质量和加工效率。

1.1 零件类型

盘轴一体结构零件是将原盘与前轴颈合为一体的典型的复杂零件，是发动机中的关键件和重要承力件，材料为TC17，零件结构复杂、尺寸精度高、特别是轴颈锥壁与轮盘的辐板形成了半封闭深型腔结构，径向深度达75mm，敞开性极差，加工中进退刀极其困难，需要多把刀具转接才能完成加工。轴颈锥壁处最小壁厚仅为2.8mm，容易产生加工变形，给切削加工造成极大困难，加工质量不易保证。

1.2 预期达到的技术指标

通过盘轴一体结构零件高效车铣复合加工技术研究，掌握复杂零件的复合加工技术、复合编程技术，提升公司制造水平，加工后的零件内孔配合尺寸ф396.2H7（+0.057）、跳动0.015；配合尺寸ф401.5 H7（+0.063）、垂直度0.01；轴颈锥面壁厚2.76+0.1；3.2+0.1；端面基准○B平面度0.015等尺寸及技术条件满足设计图纸要求。填补公司盘轴一体化零件复合加工技术空白。

2 攻关试验

2.1 加工工艺方案的制定

2.1.1 工艺路线规划

盘轴一体结构零件毛坯采用模锻件，热处理状态：固熔+时效，HB≥388。通过对零件进行结构和工艺性分析，考虑到零件的特殊结构及材料的加工特点等因素，将原加工工艺路线进行了全新的优化设计，通过采用车铣复合加工设备，实现了车、铣、钻、扩、较一次装夹加工成型。新工艺将原来的工序进行了集成和合并，将原来24道工序合并成4道工序，共优化减少了20道工序，极大地缩短了加工周期，减少了零件的周转。

2.2 刀具结构及刀具材料的选择

盘轴一体结构零件由于其特殊的深腔结构，且从超声波探伤到成品有较大的加工余量，半封闭深腔加工中走刀困难，加工过程中刀具与零件容易产生碰撞，因此刀具结构设计成为关键，同时零件加工采用了卧式车铣复合加工中心，在进行刀具结构设计时要充分考虑机床接口和刀具的可达性，考虑到设备的特点和内部功能，高压内冷结构刀具属于首选方案。根据以往加工经验，最终确定的刀具方案。

2.3 专用工装的结构设计

由于零件粗加工的刚性相对较好，可直接采用四爪卡盘径向夹紧。精加工时考虑到零件的薄壁结构，为减少加工变形，必须采用专用夹具，实现轴向定位、压紧的方式，完成零件安装定位和加工，并尽量使定位基准和设计基准重合，通过一次装夹、互为基准加找正的方法保证零件的两侧内外表面的形位公差要求，夹具的压紧力的作用点应与定位面保持一致。

2.4 加工中出现的问题及改进措施

2.4.1 深腔型面加工：

⑴冷却和排屑

零件的深腔在加工时冷却和排屑十分困难，冷却困难导致刀片快速磨损，引起切削失效；排屑困难导致切削缠绕刀柄，而过多缠绕形成的积屑瘤如果参与切削，容易使零件表面形成严重缺陷，所以深腔加工的关键就是冷却和排屑。为了解决这一难题，主要在两个方面进行了加工试验，第一是使用超高压内冷刀具，300bar的冷却压力使切削液顺利的喷射到刀具的前刀面上，完成冷却的功能；第二是试验切削参数，在切削深度和进给量上进行调整，试验出当切削深度为0.25mm、进给量为0.15mm/转时，形成的切屑呈碎鳞片状，这就使切削能够顺利的进行，刀片的磨损也大大降低。

⑵深腔型面车加工容易产生碰撞和打刀

深腔型面加工其刀具结构、走刀路线、切削用量的选择对保证加工质量非常重要，必须确定合理的走刀轨迹、优化进刀方式。在加工深腔型面时，为避免刀具与辐板处尺寸R51发生刮碰，采用圆弧进刀，保证了接刀处的平滑转接；采用由盘心端面推向深腔的走刀轨迹，即保证了刀具的强度，又适当的提高了切削的效率。

2.4.2 基准面加工：

盘轴一体结构零件前后两侧配合止口和端面是零件重要的基准面，前后端面的平面度和平行度均为0.013mm，前后配合止口的跳动要求为0.015mm；为了保证加工质量，工艺上应将前后基准安排在一个工位上进行加工，而在加工时，夹具和零件的装夹需要讲究技巧。安装夹具时，先将夹具基准端面和花盘端面修整平滑；安装联接螺栓时先进行预拧紧，拧紧力适中，当夹具找正后，进行两两对点渐进压紧，同时观察外圆的跳动，避免由于一点用力过大导致已找正的平面出现异常。零件安装时，同样采用渐进压紧方式，避免产生压痕和零件压紧变形。

2.4.3 镗孔加工中需注意的问题

轴颈端内孔公差位0.1mm，但由于加工距离较长，加工时容易产生锥度，所以必须选择刚性好并且锋利的刀具，同时在切削用量上严格控制。如上所述的“T3”刀具，刀尖圆角为R0.4，刀片楔角55度，既满足了刀具锋利的要求，也满足了强度要求。在实际加工中，零件直径在长度方向的变化量仅为0.01mm，保证了设计的要求。

2.4.4 其他难点问题和解决措施

零件在加工内孔时，采用R0.8规格镗孔刀片切削产生振纹，经过分析，其原因是刀具圆角过大，切削时零件与刀具的接触面积过大，从而产生了较大的切削力，经研究论证，将原刀片更换为刀尖圆角为R0.4的刀片，解决了加工中的振刀问题。

结语

经过对两件盘轴一体结构零件的车铣复合加工，零件的尺寸、技术条件和表面粗糙度满足设计要求，车加工开发了机床高压内冷、在线测量等8项机床功能，零件车加工效率比原来提高3倍左右。

[1]《透平机械现代制造技术丛书》编委会.结构件制造技术[M]. 北京科学出版社，2002.