前言

航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣深孔加工存在排屑困難、直線度要求高、刀具設(shè)計(jì)困難等問題，加工效率普遍較低[1]。某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件傳動(dòng)箱深孔一直是鉆鏜孔，需要頻繁退刀排屑，占加工時(shí)間的80%。刀具空轉(zhuǎn)時(shí)，要降低轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度，避免刀具劃傷孔出口。這種加工方式不僅效率低，而且孔的位置和直線度難以保證，導(dǎo)致零件有報(bào)廢的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。如果零件報(bào)廢，每臺損失十幾萬元，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失，操作人員壓力更大。這種加工工藝亟待改進(jìn)和創(chuàng)新，否則將難以適應(yīng)企業(yè)的快速發(fā)展。本文通過工藝集成優(yōu)化、刀具改進(jìn)、加工技術(shù)方案優(yōu)化等方法，攻克了間歇式深孔數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)，在保證加工質(zhì)量的同時(shí)，大大提高了加工效率。

02過程難度分析

2.1典型零件的加工要求

附件傳動(dòng)箱斷續(xù)深孔加工的技術(shù)要求?？咨?90.5毫米，長徑比為44∶1。洞被中間長181.7mm的空心部分分成兩段。第一段孔的直徑為19毫米，第二段孔的直徑為18毫米。兩段孔同心，要求孔的表面粗糙度值Ra為1.6μm m

2.2典型零件的加工難點(diǎn)

加工難點(diǎn)如下。

1)加工的兩個(gè)孔都是深孔，深孔縱橫比大，加工所需刀具非常細(xì)長，剛性差，排屑困難，加工效率低。

2)斷續(xù)深孔加工如圖2所示。很難使鉆頭在中空的不連續(xù)處居中，并且很容易鉆掉。該孔需要穿過兩塊加強(qiáng)板，加工的加強(qiáng)板壁厚只有2.0 ~ 2.5 mm，如果鉆孔位置控制不好，就會鉆穿支撐板，導(dǎo)致零件報(bào)廢，是典型的難加工深孔之一。

03深孔加工技術(shù)

3.1原始加工方案

深孔加工原來的工藝方法是:φ 24mm埋鉆(埋孔端面)→φ10mm中心鉆(鉆中心孔)→φ16mm鉆頭粗加工前半孔→φ19mm鏜刀鏜正孔導(dǎo)向→φ19mm平底埋鉆(加工φ19mm孔徑部分，在間斷處埋φ18mm孔端面)→φ18mm長鉆頭慢慢加工此深孔→ φ 110。

3.2處理方法中的問題

1)刀具多，步驟多，切削參數(shù)低。這個(gè)孔的加工時(shí)間長達(dá)150分鐘，效率很低。間歇式深孔刀具加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。

表1間歇式深孔刀具的加工數(shù)據(jù)

2)孔超差損失大。麻花鉆定心差，排屑困難，鉆孔精度低，容易跑偏，質(zhì)量不穩(wěn)定，一年損失近30萬元。

04鋁鎂機(jī)制動(dòng)器間歇深孔加工新方案

4.1新加工方案

設(shè)計(jì)了一種新的深孔加工方案。

(1)改變導(dǎo)向孔的加工方法，將埋端面、加工中心孔、粗鉆、鏜孔四個(gè)步驟改為三邊鉆一個(gè)步驟。利用三棱鉆對中性好，孔位精度可達(dá)0.03 ~ 0.1 mm的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)原工藝方法中四把刀的加工效果，效率比原工藝方法提高7倍。

(2)改進(jìn)深孔加工鉆頭，用φ18mm槍鉆代替φ18mm長麻花鉆。槍鉆優(yōu)勢強(qiáng)，剛性好，轉(zhuǎn)速可達(dá)3000r/min，刀帶冷，排屑容易，加工時(shí)不反復(fù)循環(huán)退刀，切削線速度高，可提高加工速度10倍以上，同時(shí)提高孔的位置精度和表面質(zhì)量。

(3)減少加工刀具數(shù)量，將原來的7個(gè)刀具減少到3個(gè)刀具。用兩個(gè)φ18mm的三棱導(dǎo)向鉆分別加工200mm和410mm的導(dǎo)向孔，用φ18mm的槍鉆加工間斷孔。改進(jìn)前后刀具方案對比。

(4)加工設(shè)備的更換。原加工設(shè)備為臥式四軸加工中心，無內(nèi)冷或外冷，冷卻排屑效果差，制約了切削參數(shù)的選擇。改進(jìn)后選用了高壓中心內(nèi)冷的五軸龍門加工中心，冷卻、潤滑、排屑效果良好，為高速加工奠定了基礎(chǔ)。

a)原始刀具方案b)新刀具方案

4.2槍鉆與導(dǎo)向鉆的匹配要求及導(dǎo)向孔的加工深度

對于大縱橫比的深孔加工，使用槍鉆時(shí)需要匹配合適精度的導(dǎo)向鉆[2]。對于使用的φ18mm槍鉆，其自身精度要控制在0.01mm以內(nèi)，導(dǎo)向鉆的孔徑公差也要控制在0.008mm以內(nèi)除了制造精度外，槍鉆與導(dǎo)向鉆之間的間隙值也很重要，因?yàn)殚g隙過大，導(dǎo)向孔就會失去精確導(dǎo)向的作用。根據(jù)加工試驗(yàn)，導(dǎo)孔與槍鉆的配合間隙應(yīng)控制在0.01 ~ 0.02 mm，鉆一般切削刃短，剛性好，但鉆孔深度較淺。為了保證槍鉆加工不出現(xiàn)偏差，達(dá)到最佳導(dǎo)向效果，參照普通鉆床加工深孔時(shí)使用的鉆套長度進(jìn)行加工試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，導(dǎo)向孔的深度應(yīng)為槍鉆直徑的2.5 ~ 3倍，加工φ18mm深54mm的孔較為合適。

4.3編程

僅僅依靠上述加工方案是無法實(shí)現(xiàn)孔加工的，需要將方案轉(zhuǎn)換成機(jī)器可識別的語言，即編譯數(shù)控程序。編程需要綜合考慮，如刀具安裝、刀具加工順序、刀具軌跡、切削參數(shù)和干涉等[3]。既要保證加工質(zhì)量，提高加工效率，延長刀具壽命，又要安全易操作。

(1)槍鉆加工程序要點(diǎn):槍鉆加工指令應(yīng)為CYCLE83[4]，但在執(zhí)行CYCLE83之前，槍鉆應(yīng)平穩(wěn)準(zhǔn)確地進(jìn)入導(dǎo)向孔。先用S50低速和F200慢速進(jìn)給執(zhí)行G01指令，進(jìn)入加工好的深度為48mm的導(dǎo)孔，然后開始內(nèi)冷，準(zhǔn)備再次執(zhí)行CYCLE83。CYCLE83的轉(zhuǎn)速增加到S600，進(jìn)給速度為F90。CYCLE83指令第一次鉆孔深度應(yīng)設(shè)置為1直徑，即18mm，第一次進(jìn)給速度應(yīng)設(shè)置為50%，即F45。加工時(shí)采用斷屑方式，退刀距離設(shè)為0。加工到指定深度后，機(jī)器快速回到導(dǎo)孔深度位置，轉(zhuǎn)速降至S50。循環(huán)指令結(jié)束后，使用G01指令，進(jìn)給速度設(shè)為F3000快速退出。

槍的第一次鉆孔深度設(shè)置為18mm，進(jìn)給速度降低50%。目的是在導(dǎo)鉆后對鉆尖進(jìn)行平滑處理，在導(dǎo)孔的“約束”下達(dá)到對中的效果。在鉆孔的過程中，槍不是一直鉆到底，而是變速鉆每一個(gè)深度，進(jìn)給速度從F90→F0→F90。目的是很好的斷屑，同時(shí)留出時(shí)間將切下的切屑排出深孔，可以釋放槍鉆的加工應(yīng)力，延長刀具的使用壽命。

(2)長導(dǎo)向鉆加工注意事項(xiàng):采用S600和F360快速鉸孔法穿過第一層加工孔。目的是校正孔的位置和加工孔與導(dǎo)向鉆之間的配合間隙，防止導(dǎo)向鉆卡鉆和崩鉆。

(3)切削液的控制要求加工時(shí)要檢查切削液的壓力和流量，內(nèi)冷壓力一般為2 ~ 5 MPa。為確保切削液干凈且不變質(zhì)，切削液箱上的液位指示器應(yīng)顯示液位在正常范圍內(nèi)[5]。加工時(shí)注意觀察冷卻是否正常，否則會卡刀斷刀，導(dǎo)致零件報(bào)廢。

05結(jié)論

采用技術(shù)成熟的槍鉆和合適的導(dǎo)向鉆，找出了導(dǎo)向孔的最佳加工尺寸。通過合理設(shè)計(jì)數(shù)控程序，創(chuàng)新了航空發(fā)動(dòng)機(jī)鋁鎂機(jī)匣間歇深孔加工的解決方案，解決了加工穩(wěn)定性和加工效率問題。其中，關(guān)鍵技術(shù)在于正確選擇槍鉆與導(dǎo)向孔的配合間隙和導(dǎo)向孔的加工深度；還要注意數(shù)控加工編程的要點(diǎn)和細(xì)節(jié)，以提高刀具的使用壽命。

采用新方法對套管進(jìn)行加工試驗(yàn)驗(yàn)證，孔的直線度由0.2 ~ 0.4 mm提高到0.05 ~ 0.1mm；表面粗糙度Ra從3.2μm下降到1.6微米；原來處理時(shí)間150分鐘，現(xiàn)在減少到18分鐘，效率提高了7倍。整個(gè)加工過程輕快流暢，無異常噪音，零件的質(zhì)量和效率大大提高。該技術(shù)已在我公司鋁鎂外殼加工中得到廣泛應(yīng)用。

文章來源中國航發(fā)南方工業(yè)有限公司鄧元山等，原標(biāo)題：《鋁鎂機(jī)匣內(nèi)間斷式深孔數(shù)控高效加工技術(shù)》，版權(quán)歸原作者所有，僅做學(xué)習(xí)用，如有侵權(quán)可憑權(quán)屬證明聯(lián)系刪除謝謝