喉道面积调节环数控铣加工研究

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1、喉道面积调节环数控铣加工研究　　摘要：喉道面积调节环是发动机矢量喷口项目中的重要零件，该零件加工质量的好坏直接影响装配和试车。文章通过发动机典型零件喉道面积调节环的加工，介绍了喉道面积调节环的数控加工策略，以及零件在加工过程中尺寸精度的控制方法。　　关键词：喉道面积调节环；数控铣加工；发动机；矢量喷口项目；零件加工；尺寸精度文献标识码：A　　中图分类号：TG659文章编号：1009-2374（2016）19-0030-04DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.19.014　　喉道面积调

2、节环是发动机矢量喷口项目中的重要零件，该零件加工质量的好坏直接影响装配和试车。　　1零件的结构特征、材料特性和机械加工工艺分析　　1.1喉道面积调节环的结构特征　　零件的三维造型图如图1所示。零件最大直径为Φ1102mm，最小直径为Φ1038mm，轴向最大长度为112mm，最大壁厚为5mm，最小壁厚为3mm。为了增加零件的强度和刚性，零件的外圆型腔处设计了42处5mm厚的加强筋板。零件的端面有6组安装作动筒的耳片和1处三角形小耳片。零件的3处重要尺寸都集中在6组耳片部分，因此耳片部位是零件加工中着重点。从以上分析中可

3、以得出以下结论：喉道面积调节环是一个典型的薄壁环类零件。8　　1.2喉道面积调节环的材料特性　　零件的材料为TA15钛合金，名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V。其主要的强化机制是通过α稳定元素Al的固溶强化。加入中性元素Zr和β稳定元素Mo和V，可以改善工艺性。该合金的Al当量为6.58%，Mo当量为2.46%，属于高铝当量的近α型合金，所以它既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近α-β型钛合金的工艺塑性。TA15合金长时间（3000h）工作温度可达500℃，瞬时（不超过5min）可达800℃

4、，TA15合金主要制造500℃以下长时间工作的飞机、发动机零件和焊接承力部件。　　1.3机械加工工艺分析　　零件的毛坯为锻件，锻件标准为Q/3B1165-2002，经固溶强化处理。环类零件的典型加工工艺为粗加工、半精加工和精加工。粗加工分为粗车、粗铣；半精加工分为半精车、半精铣；精加工为精车、精铣，最后完成孔加工。由于零件为大型薄壁件，所以需要在粗加工去除大量余量后进行一次人工时效处理，消除机械加工应力。零件的工艺路线如下：毛坯→粗车→钳划线→粗铣→钳去毛刺→人工时效→半精车→钳划线→半精铣→钳去毛刺→精车→钳划线→

5、精铣→钳去毛刺、划线→卧镗→钳去毛刺、清理零件。　　2喉道面积调节环数控铣加工　　该零件的所有铣加工工序都由数控机床进行，零件按最终尺寸留3mm余量粗车后的尺寸如图2所示、形状如图3所示，零件重量约为35kg，经过所有铣加工工序后，零件的重量约为9kg，由此可以看出零件的绝大部分余量是由铣加工来去除。8　　2.1数控铣加工机床简介　　铣加工使用的机床是TH42160C数控龙门铣加工中心（图4）。　　机床工作台面长为3000mm、宽为1600mm，工作台面至刀具基准平面为1200mm，主轴最高转速为3000rpm，最低

6、转速为10rpm，主轴功率为33kW，最高进给速度为10000mm/min。机床配有立式转卧式直角铣头和万能角度头。机床配有可安装32把刀具的刀库。机床配合TK131000数控立卧回转工作台可实现四轴加工。机床控制系统采用的是西门子840D多轴数控系统。　　2.2工装及零件的装夹　　喉道面积调节环作为薄壁零件，在加工中避免装夹变形是非常重要的，加工薄壁环类零件通常使用的是将零件沿轴向压紧，避免零件受径向夹紧力的作用而引起的变形。分析喉道面积调环铣加工过程中，需要加工外圆沿圆周的全部型腔，在加工中必须使零件有一个沿零件

7、轴线的回转运动，所以必须使用回转工作台。机床所配备的数控回转工作台直径为1000mm，而零件经粗车后的最小内孔为1012mm，零件无法直接装夹在回转工作台上，这就需要在工作台和零件之间安装一个转接盘。考虑到粗铣需去除大量的余量，这就要求在铣加工过程中零件装夹必须可靠，不允许零件在加工时发生窜动，所以转接盘上按零件内孔配作一个外止口是很必要的。图5为转接盘，图6为零件装夹方式。　　2.3数控铣加工工艺分析　　2.3.18粗铣加工工艺。粗铣的目的是去除零件大部分余量，使各处需精加工表面的余量均匀，所以加工时的尺寸和表面质

8、量要求不是很高。仔细分析设计图纸后，可得出零件的铣加工分为立式铣加工和卧式铣加工两部分。立式加工为去除零件端面耳片周围的余量，沿耳片外轮廓留单边余量3mm；卧式加工为去除沿零件外轮廓处型腔的余量，各型腔侧面和底分别留单边余量2mm。两片耳片形成的宽140+0.05的槽及耳片对应的沿外圆6处宽14的型腔在粗铣时不加工。　　第一，卧式粗加工。分析零