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        車銑復(fù)合加工在航空發(fā)動機精密零件中的應(yīng)用

        2019-10-23 14:14:17張晶韓彬金英卓
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2019年15期
        關(guān)鍵詞:航空發(fā)動機

        張晶 韓彬 金英卓

        摘? 要:航空發(fā)動機精密零件加工質(zhì)量和效率影響發(fā)動機的性能和成本。針對噴嘴類零件尺寸小、精度高、種類多和批量小的特點,基于車銑復(fù)合加工技術(shù)特點和優(yōu)勢設(shè)計了零件工藝,通過使用UGNX軟件編制數(shù)控程序,VERICUT軟件模擬仿真,并將優(yōu)化后的程序?qū)胲囥姀?fù)合加工中心進行了加工驗證,減少了加工中的人為干預(yù),提高了零件加工質(zhì)量和效率。

        關(guān)鍵詞:航空發(fā)動機;精密零件;車銑復(fù)合加工

        中圖分類號:TG659? ? ? 文獻標(biāo)志碼:A

        0 引言

        近年來,世界航空制造技術(shù)取得了巨大進步,并呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢。航空發(fā)動機的研制集中了冶金、材料、熱處理、表面處理、機械制造、特種加工、增材制造、工裝設(shè)計、檢驗檢測和試驗測試等多種專業(yè)的最高成就,零件數(shù)量達1萬余個,加工精度達到0.001 mm。

        為了提高航空零件的質(zhì)量,大量的新材料及越來越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)逐漸被采用,加工精度要求越來越高,噴嘴類零件作為航空發(fā)動機精密零件的典型代表,其加工精度會直接影響發(fā)動機的工作性能。隨著數(shù)控車銑復(fù)合加工中心、數(shù)控五坐標(biāo)加工中心、數(shù)控銑磨復(fù)合加工中心等新型復(fù)合加工設(shè)備的不斷發(fā)展,減少了零件的裝夾次數(shù)、夾具數(shù)量和周轉(zhuǎn)時間,使零件的加工變得簡單、高效,為航空發(fā)動機精密零件的制造提出了新的解決方案。

        1 車銑復(fù)合加工技術(shù)

        車銑復(fù)合加工是一種利用先進控制技術(shù)、精密測量技術(shù)以及CAD/CAM 等現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)與傳統(tǒng)機械設(shè)計和精密制造技術(shù)相合成的先進機械加工方法。通過一次裝夾找正,將車、銑、鉆、鏜、線切割等多工序合并,能夠達到提高零件加工精度、縮短制造周期、節(jié)省工裝數(shù)量、減少生產(chǎn)管理的效果。噴嘴類零件的具有尺寸小、精度高、種類多和批量小的特點,而車銑復(fù)合加工技術(shù)具有較高的柔性,可以實現(xiàn)不同產(chǎn)品加工之間的轉(zhuǎn)換,因此車銑復(fù)合加工技術(shù)適合應(yīng)用于噴嘴類精密零件的制造。

        2 噴嘴類零件加工實例

        2.1 零件

        如圖1所示為某型號航空發(fā)動機副噴口零件,主要承擔(dān)著在主燃燒室噴射帶有一定角度和流量的霧化燃油的工作,燃油經(jīng)充分燃燒后為發(fā)動機提供推力,其加工精度將直接影響燃油流量和霧化錐角,進而影響發(fā)動機的燃燒效率和性能。該零件尺寸較小,精度較高,輪廓尺寸為φ12.5×19.5mm,小孔對大孔有同軸度要求,安裝邊平面對大孔有垂直度要求。

        2.2 工藝方案

        該零件采用普通設(shè)備加工需要派制專用工裝,多次裝夾、找正,無法保證精密尺寸與技術(shù)條件要求。由此,選用帶有雙主軸結(jié)構(gòu),可以自動對接的車銑復(fù)合加工中心進行加工。由UGNX軟件建立三維模型,通過合理的設(shè)計走刀路徑、選擇合適的切削參數(shù)編制加工程序,使用VERICUT軟件進行模擬仿真,最終輸出能被加工設(shè)備識別的ptp格式的數(shù)控加工程序,導(dǎo)入加工設(shè)備進行實際加工驗證。

        2.2.1 工藝設(shè)計

        (1)零件毛坯是直徑為φ15 mm棒料,直接裝夾棒料外圓。由于小孔對大孔有同軸度要求,安裝邊平面對大孔有垂直度要求,因此先加工大孔一端,同時粗鉆小孔,保證兩孔的同軸度。

        (2)使用車銑復(fù)合加工中心的自動對接功能,將第二主軸靠緊零件右端,夾持外圓,切斷左端,保證零件總長尺寸19.5 mm。

        (3)夾持零件右端外圓,鏜小孔后車外錐面。

        2.2.2 程序設(shè)計

        數(shù)控加工程序設(shè)計的核心是數(shù)控加工工藝分析和規(guī)劃,主要包括加工區(qū)域的劃分和規(guī)劃、刀軌形式與走刀方式的選擇、刀具及加工工藝參數(shù)的設(shè)置。UGNX軟件是Siemens PLM Software公司出品的具有強大設(shè)計、工程及制造功能的高端軟件系統(tǒng),包括NX鈑金、外觀造型設(shè)計、制圖、高級仿真、運動仿真、加工、裝配等多種模塊,是航空發(fā)動機精密零件設(shè)計、加工的首選軟件。在程序設(shè)計階段,采用UGNX加工模塊,可以按照零件加工工藝路線設(shè)計并生成刀具軌跡。

        根據(jù)噴口零件工藝路線,可將加工區(qū)域劃分為3個部分:車加工區(qū)域、銑加工區(qū)域、對接后車加工區(qū)域。

        (1)車加工區(qū)域程序設(shè)計

        選擇UGNX加工模塊,配置相應(yīng)綁定包,進入車加工環(huán)境。將零件模型與棒料模型裝配一體。車加工編程特別需要注意的是調(diào)整坐標(biāo)系,使機床坐標(biāo)系符合實際。按照工藝要求在用戶界面設(shè)置切削區(qū)域、切削策略、刀具參數(shù)、走刀路徑和切削參數(shù),生成刀軌。

        (2)銑加工區(qū)域程序設(shè)計

        該噴口零件銑加工區(qū)域僅需進行銑旋流槽程序設(shè)計。編程方式有2種:第一,編制宏程序,輸入設(shè)備;第二,采用UGNX軟件基于零件模型編程,后置處理后生成ptp格式的數(shù)控加工程序,導(dǎo)入設(shè)備。采用宏程序編程,利用循環(huán)語句可以縮短程序行數(shù),修改方便,但是編程人員和設(shè)備操作者需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與宏編程基礎(chǔ)。該噴口零件采用UGNX軟件基于零件模型編程。進入銑加工環(huán)境,按照工藝要求在用戶界面設(shè)置切削部位、驅(qū)動方法、投影矢量、刀軸、刀具和切削參數(shù)等相應(yīng)參數(shù),即可完成程序設(shè)計。采用UGNX軟件編程難度較低,但是輸出的程序為坐標(biāo)點,數(shù)據(jù)量巨大,如需修改,必須調(diào)整UGNX零件模型再重新輸出,導(dǎo)入設(shè)備。

        (3)對接后車加工區(qū)域程序設(shè)計

        對接后需進行精鏜小孔和車外錐面工步。再次進入車加工環(huán)境,按照工藝要求在用戶界面設(shè)置切削區(qū)域、切削策略、刀具參數(shù)、走刀路徑和切削參數(shù),生成刀軌。

        2.2.3 模擬仿真

        VERICUT軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng),是航空發(fā)動機精密零件加工程序設(shè)計中最常用的軟件。UGNX軟件生成的STL格式零件模型和PTP格式數(shù)控程序加載至VERICUT中,配置控制系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)等相應(yīng)模塊即可進行仿真和分析。

        2.2.4 加工驗證

        將UGNX軟件生成的數(shù)控加工程序?qū)胲囥姀?fù)合加工中心,采用設(shè)備自動對刀模塊完成刀具設(shè)置,選用合適的切削參數(shù),加工后的零件經(jīng)檢驗符合圖紙要求。

        3 結(jié)語

        采用車銑復(fù)合技術(shù)加工航空發(fā)動機噴嘴類精密零件,一次裝夾找正,完成車削、銑削和對接后車削的全部加工內(nèi)容,加工精度高、加工效率高、工裝數(shù)量少、生產(chǎn)管理少。通過使用UGNX軟件數(shù)控編程,VERICUT軟件模擬仿真,能夠在計算機中完成程序的驗證和調(diào)整,將優(yōu)化后的程序?qū)爰庸ぴO(shè)備,能夠減少加工中的人為干預(yù),提高零件加工質(zhì)量和效率。

        參考文獻

        [1]王曉靜,張松,賈秀杰.航空發(fā)動機整體機匣銑—車復(fù)合加工工藝優(yōu)化[J].計算機集成制造系統(tǒng),2011(7):1460-1465.

        [2]李濱,劉思宇,袁文洋,等.車銑復(fù)合加工方法在鋁鎂合金機匣中的應(yīng)用[J]. 工具技術(shù),2018(1):82-85.

        [3]胡曉群,李家永,韓德印,等.復(fù)合加工技術(shù)在航空發(fā)動機零件制造中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù),2011(19):48-50.

        [4]何金梅.突破數(shù)字化制造技術(shù)大力發(fā)展我國航空發(fā)動機制造業(yè)[J].金屬加工(冷加工),2014(15):1.

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