浅析机匣加工中岛屿表面向心粗糙度的加工技术

王兰 徐启腾

摘 要：本文介绍了某高压压气机机匣零件加工过程中岛屿表面向心（同心圆纹）粗糙度的加工技术，可达到岛屿表面Ra0.8的向心粗糙度要求。该岛屿表面与配套的装配零件贴合，可以起到气流密封的作用。与通常的垂直铣削表面不同，本文采用多轴联动的加工中心，使主轴回转中心与被切削表面在互相垂直的基础上倾斜1°，使用类似同心圆型或螺旋形的切削路径，便可形成该类粗糙度，并且具有较高的粗糙度质量。

关键词：机匣加工：向心粗糙度；同心圓纹表面粗糙度；

中图分类号：V23 文献标志码：A

0 前言

（1）研究目的及现状

向心粗糙度标准规定，采用该类标注方式，零件表面加工纹路接近同心圆，采用传统的加工方式如平面铣削及磨削等都无法满足技术要求。该类表面粗糙度的目的为利用表面微观纹路阻止空气流动，避免密封油液流动，以实现密封功能。

当前，国内外实现类似表面粗糙度纹理的案例局限于回转件的车削加工，表面粗糙度最高可以达到Ra0.1～Ra0.4。但目前尚未实现针对非回转件的铣削及镗削加工。

（2）研究意义

向心粗糙度的密封性能可以广泛应用于各类精密零件、组件及仪器，本文提出了实现向心粗糙度的铣削加工方案，在航空航天、深海电缆等装备制造领域提供全新的设计理念及技术支持，对未来零件设计及制造方面提供更为优秀的思路及技术，具有重要意义。

1 技术分析

1.1 图纸要求

如图1所示，在某零件外侧岛屿表面存在向心粗糙度的要求，且需满足Ra0.8。本文仅以其中一处为例进行分析。

1.2 加工原理

欲实现同心圆纹的微观结构，需要采用刀尖进行切削，经过圆周与径向进给，使刀具按同心圆的轨迹或螺旋线轨迹切削零件表面。而仅使用刀尖铣削不仅效率低下，且切削表面有明显纹路并有触感，无法满足较高的粗糙度要求乃至密封要求。

在形成同心圆环的两次圆周铣削过程中，零件表面必然存在两次铣削造成的高度差，刀尖走过的部位的材料被去除，未被刀刃切削的部位的材料被留下，就会产生“牙形”的截面，一般肉眼难以分辨，但粗糙度较高的表面会有触感。此时，减小两次铣削产生的高度差便可以明显达到更高的粗糙度要求。

本文采用圆柱立铣刀进行铣削，并使机床主轴与切削平面在相互垂直的基础上倾斜某一角度，可以同时实现同心圆环的粗糙度要求及较高的粗糙度要求，其原因及优势在于：

（1）刀刃圆角与零件表面接触后，存在某一小段刀刃作为“刀尖”进行切削。

（2）微小的刀具倾斜角度保证了在“刀尖”参与切削的过程中，被抬高一侧的刀刃也能够参与切削，不仅能明显降低第二次切削与第一次切削产生的高度差，而且能减小切削力，使得切削进程更加平稳，节省刀具。

（3）由于该加工为表面成型的精加工，去除材料少，采用带有8个或以上的切削刃的刀具，配合切削液，可以减少刀具磨损，达到较高的粗糙度要求。

由于“刀尖”需要通过微小的径向移动切削整个表面，而每次“刀尖”所切削的表面较少，所以切削效率不高。因此使用该方案对设备能力有较高要求：第一，设备应具备多轴联动功能，需保证主轴与被切削表面可以形成夹角；第二，设备应具备高进给能力，以提高加工效率。

2 加工方案

岛屿表面采用五轴加工中心铣削形成。

步骤一：粗铣、半精铣表面，并保留0.3mm的最终加工余量。

步骤二：采用下述方法一次加工完成并实现同心圆纹型的零件微观表面。

2.1 加工参数

本文仅针对步骤二进行讨论并选取加工参数。

（1）设备：五轴加工中心，配备水基切削液。

（2）刀具：本文选取的高进给圆柱立铣刀，带有8个切削刃及冷却槽。

刀具直径：φ20mm；总刀长：105mm；刃长：35mm；切削刃圆角：R10。

参数：

主轴转速：1144r/min，保证刀具有效切削直径φ9.74mm。

进给量：2740mm/min。

切削深度：0.3mm。

主轴相对加工表面法向的倾斜角度：1°。

径向铣削进给量：0.6mm/360°。

（3）加工方向：由加工表面外部向中心顺（逆）时针切削。

结论

本文介绍了向心（同心圆纹）粗糙度的具体要求，通过理论分析给出了在铣削加工中形成该类粗糙度的方法：

采用多轴联动的加工中心，使主轴回转中心与被切削表面在互相垂直的基础上倾斜某一角度，使用类似同心圆型的或螺旋形的切削路径，便可形成该类粗糙度，并且具有较高的粗糙度质量。

参考文献

[1]袁长良.表面粗糙度及其测量[M].北京：机械工业出版社，1989.

[2]黄中.表面粗糙度[M].成都：四川科学技术出版社，1986.

[3]龚德俊，夏建民，陈鹏，等.一种表面粗糙度Ra0.1～Ra0.4的同心圆纹的加工方法[P].中国专利：CN 104625091 A，2015.