摘 要：發動（dòng）機風扇輪盤是低壓壓氣機轉子部分關鍵的核心轉動零件，材料為TC4，切削加工性能低。該零件內（nèi）部型麵由兩級腹板與前後安裝邊形成三個（gè）封閉的型腔（qiāng），外部由多個燕尾結構的軸向圓弧形結構的榫槽組成，零件結構緊湊（còu），輪廓尺寸較小，型（xíng）麵複（fù）雜（zá），技術條（tiáo）件嚴格，由整體鍛件加工（gōng）而成加工的難度非常大。本文著重介紹了某機風扇輪盤零件在加（jiā）工中心上加工（gōng）圓弧（hú）榫槽的加工（gōng）過程，對圓弧榫槽（cáo）加工的難點、注意事項、加（jiā）工方法及（jí）技巧（qiǎo）進行論述，解決加工難題的措（cuò）施，成功實現零件的製造與交付。
 
      關鍵詞：風扇輪盤；加工中心；圓弧榫槽；數控程序（xù）；成型（xíng）刀具
 
      一、前言
 
      某型發動機風扇輪盤是發動機低壓壓氣機轉子部分的關鍵零件，工作環境較為惡劣（liè）；零件（jiàn）選用材料為TC4，切削加工性（xìng）能低。該零件輪廓尺寸較小，最大外圓（yuán）直徑為ф398mm，零件高度為227mm，零件結構緊湊，型（xíng）麵複雜，技術條件嚴格。毛料為模鍛件（jiàn），經退火（huǒ）處理、粗加工後交付，內腔型（xíng）麵由兩級（jí）腹板與前後（hòu）安裝邊形成三個封閉的型腔，盤心直徑較（jiào）小餘量較大，外部為軸向圓弧形燕尾榫槽，由於與（yǔ）輪盤連（lián）接的葉片葉形尺寸較大，為了提高葉片榫頭連接強度（dù），榫槽結構設計成燕尾結構圓弧形榫槽，拉削（xuē）方法無法進行加工，必須需要通過銑加工完成，槽（cáo）型的精（jīng）度要求非常高，定位麵的輪廓公差僅為0.02mm，加工的（de）難度非常大。
 
      二、零件（jiàn）工藝圖紙分析
 
      1 、零件（jiàn）材料（liào）特點分析
 
      風扇輪（lún）盤（pán）采用TC4鈦合金材料，零件硬度為HB（d）≥3.3mm，發動機在（zài）10000轉/分鍾（zhōng）以上，工作溫度較高，工作強度和硬（yìng）度較好，但這種材料切削加工時，其切削加工（gōng）性較低，刀（dāo）具磨損情況較為嚴重。
 
      2 、零件圖紙分析
 
      風扇輪（lún）盤為發動（dòng）機中的關鍵旋轉部件，零件的尺寸較小，結構緊湊，圓弧形燕尾榫槽為新型結構，加工的精度要（yào）求較（jiào）高，基本在幾（jǐ）道之內，表麵跳動要求在0.02mm~0.05mm，位（wèi）置度要求在ф0.10mm以內，零件的加工難度較大。2.1 尺寸精度  風扇輪盤（pán）圓弧形榫槽為燕尾形（xíng）結構，榫槽厚（hòu）度為（wéi）138±0.05mm，榫槽（cáo）工作麵Q點距中（zhōng）心尺寸為U161.50- 0.1，屬於零件重要的特性（xìng）配合尺寸，榫槽弧度為R219mm。
 
      2.2 技術條件
 
      風扇輪盤圓弧榫（sǔn）槽輪廓公差要求非常（cháng）嚴，工作麵要求為0.02，其它表麵為（wéi）0.1，弧形（xíng）榫槽位置度為Φ0.1，表麵粗（cū）超度（dù）為0.8。
 
      2.3 零件類型
 
     風扇輪盤（pán）是發動（dòng）機低壓壓氣機中的關鍵旋轉承力部（bù）件，工作時轉速（sù）最（zuì）高達到（dào）10000轉/分鍾以上。零件為整體鍛件加工而成，其結（jié）構、形（xíng）狀複雜，空間狹小，尺（chǐ）寸較（jiào）多，加工的精度較高，材料為TC4的鈦合金，零件硬度（dù）值為HB（d）≥3.3mm。　
 
      2.4 加工難點分析
 
     圓弧形榫槽軸向厚度138mm，榫槽深（shēn）度近40mm，餘量較大，槽形深，榫槽（cáo）公（gōng）差要求嚴，表麵粗糙度（dù）高，加工時切（qiē）削力（lì）大（dà），必需由機床及刀具保證，對（duì）設備、刀具的（de）精度（dù）與剛性（xìng）要（yào）求高，加工的難度非常（cháng）大。
  
     

                          圖 1 圓弧形榫（sǔn）槽圖（tú）形

                    圖 2 燕尾型榫槽成型銑刀刀具結構圖

                    圖 3 榫槽外部成型銑刀刀具結構圖
     
     零件材料為鈦合金，材料的（de）硬度與強度較高，加工時切削負荷較大，零件加工時易出現串動及（jí）表麵加工硬化現象，刀具磨損劇烈（liè），刀具壽命明顯下降，保證零件的加工精度較為困難。
 
     2.5 解決加工（gōng）難點的工藝措施
 
     根據零件圓弧榫槽的結構特點與形狀，專門設計非標成型銑刀，刀具柄部（bù）直（zhí）徑為20mm～30mm，增加刀具的強度，成型銑刀的輪廓公差要求較嚴（yán），加工前投影（yǐng）檢（jiǎn）查刀具形（xíng）狀，提高銑加工的精度。
 
     零件材料加（jiā）工時（shí）切削熱高、易（yì）黏刀，刀具磨損嚴重，通過試驗、優化切削參數，切削（xuē）時大量澆注冷（lěng）卻液，帶走（zǒu）切（qiē）削熱量，減少冷作硬化情況，提高刀具的切削壽（shòu）命，保證零（líng）件（jiàn）的加工精度與（yǔ）表麵質量。
 
     零件在（zài）加工時，采用止口及銷釘（dìng）定位方式，保證零件裝夾穩固，避免零件因（yīn）切削力大所造成的（de）位移現象，提高零件製造質量。
 
     三（sān）、圓弧榫槽（cáo）刀具設計
 
     兩（liǎng）級腹板輪盤零件32個圓弧榫槽，內部為燕尾形結構，是葉片安裝到榫槽時的（de）主要配合表麵，圖紙要求的輪廓公差較嚴。榫（sǔn）槽銑加工時，型麵無法通過刀具軌跡（jì）補償獲得，所以需要使用成型銑刀進（jìn）行加工，根據零件的結構特點，規劃設計3種刀（dāo）具來完（wán）成榫槽加工，首先使（shǐ）用標（biāo）準（zhǔn）的立（lì）銑刀進行粗開槽，內側型麵（miàn）用燕尾型成型銑刀加工（gōng）（如圖（tú）2），外
部型麵用錐（zhuī）形成型（xíng）銑刀（如圖3）加工出側麵，轉接圓（yuán）弧（hú）靠（kào）刀具底部圓R保證，兩種非（fēi）標準的成型銑刀輪廓精度要求在0.01mm以下，以滿（mǎn）足榫槽輪廓公差的需求。
 
      四、零件加工工步安排
  
      根（gēn）據零件圖紙的（de）要求（qiú），結合（hé）生產現場的設備、工（gōng）裝、刀具的狀況，經過分析、研究，確定精銑圓弧榫槽工序（xù），在高精度（dù）的臥式四坐標加工中心上進行。
 
      1 、零件裝夾
 
      風扇輪盤銑加工圓弧榫槽（cáo），加工中心需要在臥式狀態下進行，主軸到（dào）工作台麵距（jù）離必須大於150mm，設備才能正常運（yùn）行，而且由於零（líng）件為實體狀態（tài），餘量較大，切削力也較大，加工時零件已發生串動，影響加工質量，所以（yǐ）需要製作專用的夾具進行裝夾，保證加工的穩定（dìng）性與（yǔ）高度需求。
  
      選用一個厚度約200mm、直徑約450mm的鋁盤進行改製，鋁盤的兩（liǎng）端車平，並按照零件內止口的尺寸加工出（chū）定位麵（miàn），將鋁（lǚ）盤裝夾到加工中心上，然後按照基準孔的位置鑽一個直徑為Φ60 +0.025，深度為8mm的盲孔，將Φ6mm的銷子插入盲孔中，將基準孔的角向輸入到工件（jiàn）零點（diǎn）地址中，鋁盤中間加工4個M12的螺紋孔，擰入雙頭螺杆，用於零件壓緊用。將基準孔與銷子對正，零件安裝到夾具上（shàng），找正零（líng）件（jiàn）基準（zhǔn）跳動不大於0.01mm，壓（yā）緊壓板，零件安（ān）裝後的（de）圓周中（zhōng）心與機床旋轉中心重合。
 
     2 、圓弧榫槽銑削加工
 
     風扇輪盤零件圓弧榫槽，內（nèi）部為燕尾形結（jié）構，是葉片安裝到（dào）榫槽時的主要配合（hé）表麵，設（shè）計要求的輪廓公差較嚴。榫（sǔn）槽銑加工時，型麵（miàn）無法通過刀具軌跡補償獲得，需要使（shǐ）用（yòng）精確成型的成型銑刀進行加工，加工時設備主軸在臥（wò）式狀態下，刀具的對刀點選在零件回轉中心上，軸向（xiàng）Y方向零點選擇（zé）在零件中前（qián）部安裝邊（biān）上，分粗開槽、銑加工榫槽內側型
麵、銑加工榫槽外側（cè）型麵3個工步進行加工。
 
     首先（xiān）使用標準的Φ12mm的立銑刀（dāo）逐層進行粗開（kāi）槽，按照刀心軌跡編製數控程序，將（jiāng）榫（sǔn）槽中部的大部分餘量去除，榫槽最窄處留有0.5mm的餘量，加（jiā）工（gōng）時進給速度為10mm/min，主（zhǔ）軸轉速（sù）為150r/min，刀具每（měi）運行一個榫（sǔn）槽後遠離工件，工作台（tái）旋轉到下一個榫（sǔn）槽位置，按照前一個刀具軌跡再進（jìn）行（háng）加工，直到將所有榫槽的餘量都去除後，結束粗開槽的工步。
 
     其次用燕尾型成型銑刀加工榫槽底部（bù）內側型麵（miàn），加工前投影檢查刀具的（de）輪廓精（jīng）度，並目視檢查切削（xuē）刃的是否（fǒu）鋒利，按照輪廓編程方式分4刀，由內（nèi）向（xiàng）外逐步加工，最後（hòu）一刀精加工時單邊留有0.5mm餘量（liàng），更換（huàn）一把新的刀具，以保證刀具的輪廓精度高於零（líng）件要求（qiú），對（duì）刀後將刀補上到尺寸，沿零件（jiàn）的上下方向銑一圈，加工第一個槽後使用榫槽樣板進行測量，如樣（yàng）板通端不能（néng）通過，停止程序運行，再在刀補中進行微量上刀運行程序，直至第一個榫槽樣（yàng）板通端（duān）能過通過，再依次加工（gōng）其它的榫槽，保證燕尾形榫槽底端尺寸合格（gé）。
 
     最後用錐形成型銑刀加工外部型麵，按照輪廓編程方式（shì）進行（háng）加工，分2～3刀將型麵加工至尺寸，轉接圓弧靠刀具底（dǐ）部圓R保（bǎo）證。
 
     4.3 零件檢測（cè）
 
     榫槽輪廓公差及位置度等（děng）技術條件，在加工後在三坐標測量機進行掃描（miáo）、擬合，與零件理論的輪廓進行比對，得出最終是否合格的結論，經過檢測榫槽的尺（chǐ）寸及技術條件均滿足了圖紙的要求，零件表麵圓滑轉接（jiē），粗超度（dù）達到規定要求。
 
      結論
 
     采用臥式四（sì）坐標加工（gōng）中心，進行精銑圓弧榫槽加工，加工設備可以滿足零件要求，加工（gōng）刀具選擇結構合理，製造精度較高，有效地控製了尺寸精度和技術要求，加工步驟安排可行，走刀路線與數控程序經運行正（zhèng）確、合理，所加工的（de）零件尺寸與技術條件能夠滿足（zú）工藝圖紙要求（qiú），並保證了（le）零件表麵質（zhì）量的要求，加工（gōng）方案在風扇輪盤加工中得到了良好的應用，為公（gōng）司（sī）新機研製積累了寶貴經驗。
 
      作者、來源：
   
      李季 吳宏春 趙鵬飛 文寶林（lín） 曾維慷（kāng）
      1.駐120廠軍事代表室 2.駐黎明（míng）公司軍事代表室 3.沈陽黎明航空發動機（集團）