邱紅，楊莉，楊林建，張多會(huì)

1四川工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院；2東方汽輪機(jī)集團(tuán)公司

1 引言

車銑復(fù)合加工機(jī)床具有多個(gè)直線軸和旋轉(zhuǎn)軸，可通過(guò)對(duì)復(fù)雜軸類、盤類及箱體類等零部件的一次裝夾，實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆和鏜等加工工序集中方案，其加工效率高、制造精度好及應(yīng)用范圍廣，目前已經(jīng)成為世界范圍內(nèi)先進(jìn)機(jī)械加工設(shè)備之一，廣泛應(yīng)用于飛機(jī)制造、軌道交通、汽車和船舶等加工領(lǐng)域。

本文論述了飛環(huán)加工工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)流程，根據(jù)飛環(huán)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以車銑復(fù)合加工機(jī)床作為載體，優(yōu)化了加工工藝方案，使零件加工滿足圖紙尺寸公差、幾何公差以及重量要求，避免飛環(huán)因加工不到位而超重或動(dòng)平衡不合格，保證危急遮斷。本方案難點(diǎn)和易疏忽之處為規(guī)范相應(yīng)的加工流程和刀具使用。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

飛環(huán)零件屬于薄壁類回轉(zhuǎn)零件，材料為30Cr13高強(qiáng)度鋼，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，最薄處的內(nèi)、外圓壁厚僅2.4mm，加工易變形，因此，需要選擇合理的加工工藝和切削參數(shù)。

圖1 飛環(huán)零件結(jié)構(gòu)

3 加工工藝優(yōu)化

3.1 優(yōu)化方案

優(yōu)化前采用普通機(jī)床與立式加工中心組合進(jìn)行多工位多次裝夾，每次的切削用量較少，加工效率低，工件經(jīng)過(guò)多次裝夾還會(huì)引起較大的裝夾誤差。

飛環(huán)零件的加工方式是多件下料。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，將普通車床+立式數(shù)控加工中心改為兼有車削和銑削功能的車銑復(fù)合機(jī)床，可顯著提高加工精度和生產(chǎn)效率。在CTX1250TC車銑復(fù)合加工中心一次裝夾完成所有特征，加工后切斷，磨準(zhǔn)總長(zhǎng)，按照運(yùn)用軟件編程仿真→以仿真技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化→對(duì)試驗(yàn)件進(jìn)行操作試驗(yàn)→對(duì)典型件的質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)證的程序進(jìn)行。其加工難點(diǎn)為零件車削外圓時(shí)回轉(zhuǎn)中心需與零件外圓中心重合，而零件重心不在外圓回轉(zhuǎn)中心，因此零件車削時(shí)會(huì)產(chǎn)生離心力。

3.2 加工準(zhǔn)備

確認(rèn)來(lái)料尺寸是否滿足加工要求，采用游標(biāo)卡尺測(cè)量毛坯的長(zhǎng)度和直徑(見(jiàn)圖2)，將毛坯裝夾在CTX1250TC車銑復(fù)合加工中心(見(jiàn)圖3)，并通過(guò)百分表找正外圓及端面，使安裝誤差控制在0.1mm之內(nèi)，組合自主研發(fā)的接長(zhǎng)中心鉆(見(jiàn)圖4)。

圖2 測(cè)量毛坯尺寸

圖4 組合接長(zhǎng)中心鉆

3.3 粗加工工藝設(shè)計(jì)

由于飛環(huán)零件的外形復(fù)雜，而且材料為30Cr13高強(qiáng)度鋼，因此要求的工序較多。根據(jù)飛環(huán)的幾何精度和形狀要求，采用車削、銑削和磨削等工序集中的加工方案，選用CTX1250TC車銑復(fù)合加工中心進(jìn)行粗加工，加工流程為：手動(dòng)試切端面、粗車加工外圓至φ154mm(見(jiàn)圖5)；鉆兩對(duì)稱(φ14mm)孔(見(jiàn)圖6)；將內(nèi)孔粗銑至φ125mm(見(jiàn)圖7)；開(kāi)外圓φ19mm兩處槽，單邊留余量0.5mm(見(jiàn)圖8)；粗銑內(nèi)孔兩環(huán)槽，單邊余量0.5mm。

該方案采用卡盤一次裝夾、一次定位，以環(huán)切加工方式完成了多工位加工。粗加工采用大直徑銑刀和大進(jìn)給量，雖然增加了機(jī)械加工的難度，但是提高了加工效率。

圖5 粗加工外圓

圖6 鉆兩對(duì)稱φ14mm孔

圖7 粗銑內(nèi)孔

圖8 開(kāi)外圓φ19mm兩處槽

3.4 精加工工藝設(shè)計(jì)

精加工環(huán)節(jié)需合理選擇刀具，同時(shí)優(yōu)化切削參數(shù)，以有效提高零件的加工質(zhì)量，從而達(dá)到飛環(huán)所需的幾何精度。優(yōu)化后采用企業(yè)自主研發(fā)的接長(zhǎng)中心鉆預(yù)鉆φ3.2mm，提高了孔加工的精確定位，對(duì)麻花鉆鉆孔加工進(jìn)行引導(dǎo)，減少定位誤差。

設(shè)計(jì)流程為：銑內(nèi)圓孔切斷出偏心(見(jiàn)圖9)；銑φ19mm銷孔(見(jiàn)圖10)；銑M16×1.5mm螺紋底孔(見(jiàn)圖11)；鉆φ3.2mm引導(dǎo)孔、φ3.2mm油孔和φ3.2mm銷孔(見(jiàn)圖12)；φ8mm×60°倒角(見(jiàn)圖13)；M16×1.5絲錐螺紋加工(見(jiàn)圖14)。

圖9 銑內(nèi)圓孔

圖10 銑銷孔

圖11 銑螺紋底孔

圖12 鉆引導(dǎo)孔、油孔和銷孔

圖13 φ8mm×60°倒角

圖14 絲錐攻絲

3.5 加工結(jié)果

粗精仿真加工及刀具和參數(shù)優(yōu)化見(jiàn)表1。采用仿真加工預(yù)判加工中可能存在的干涉和碰撞等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)加工過(guò)程的觀察及對(duì)加工結(jié)果的檢測(cè)，得出加工后零件質(zhì)量完全符合要求，加工后實(shí)際零件如圖15所示。

表1 仿真加工及優(yōu)化后的刀具切削參數(shù)

圖15 零件加工實(shí)際結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

采用自制接長(zhǎng)中心鉆對(duì)飛環(huán)加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，由優(yōu)化前的普通機(jī)床與立式加工中心組合的多工位多次裝夾改為一次裝夾，實(shí)現(xiàn)了工序集中，縮短了加工時(shí)間，提高了加工效率。利用CTX1250TC車銑復(fù)合加工中心的優(yōu)點(diǎn)，增加了切削用量，并采用專用銑刀實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面高效精加工，使零件加工效率及幾何精度顯著提高，并減少甚至去除后續(xù)的打磨工序。充分發(fā)揮CTX1250TC車銑復(fù)合加工中心的作用并為其潛能開(kāi)發(fā)走出重要的一步，為企業(yè)生產(chǎn)任務(wù)做出貢獻(xiàn)，并為采用CTX1250TC車銑復(fù)合加工中心加工其它零件提供一定參考價(jià)值。