航空發(fā)動(dòng)機(jī)鋁鎂機(jī)匣深孔如何加工

01序言航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣深孔加工因存在排屑難、直線度要求高及刀具難設(shè)計(jì)等問題，所以加工效率普遍較低[1]。某型航空發(fā)動(dòng)機(jī)附件傳動(dòng)機(jī)匣深孔一直以來(lái)都靠鉆、鏜加工，需頻繁退刀排屑，占加工時(shí)間的80%，在空走刀的同時(shí)還需要降低轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度，避免刀具將孔出口部位刮傷，這種加工方法不僅效率低，且孔的位置度、直線度難以保證，存在著零件報(bào)廢的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。如果零件報(bào)廢，每件將損失10余萬(wàn)元，造成的經(jīng)濟(jì)損失較大，操作人員工作壓力較大，迫切需要對(duì)這種加工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，否則難以適應(yīng)企業(yè)的快速發(fā)展。本文通過(guò)工藝整合優(yōu)化、刀具改進(jìn)和加工技術(shù)方案的優(yōu)化等方法，攻克間斷式深孔數(shù)控加工的關(guān)鍵技術(shù)，在保證加工質(zhì)量的同時(shí)大幅度提高了加工效率。02工藝難點(diǎn)分析2.1典型零件的加工要求附件傳動(dòng)機(jī)匣加工間斷式深孔的技術(shù)要求如圖1所示。孔的深度為790.5mm，長(zhǎng)徑比達(dá)到44∶1，該孔被中間181.7mm長(zhǎng)的空心部分分割成兩段，前半段孔的直徑為19mm，后半段孔的直徑為18mm，兩段孔為同心孔，孔的表面粗糙度值Ra要求為1.6μm。圖1某機(jī)匣間斷式深孔技術(shù)要求2.2典型零件的加工難點(diǎn)加工難點(diǎn)具體如下。1）加工的2個(gè)孔為大長(zhǎng)徑比深孔，加工所需的刀具非常細(xì)長(zhǎng)、剛性差，排屑困難，加工效率低。2）間斷式深孔加工如圖2所示，空心間斷處鉆頭定心困難，易鉆偏。該孔需穿過(guò)兩處筋板，加工后筋板壁厚僅為2.0～2.5mm，鉆孔位置控制不好就會(huì)鉆穿支板，導(dǎo)致零件報(bào)廢，屬于典型的難加工深孔類型之一。圖2某機(jī)匣間斷式深孔加工示意03深孔加工技術(shù)3.1原加工工藝方案深孔加工原工藝方法（見圖3）為：φ

24mm埋鉆（埋平孔的端面）→φ10mm中心鉆（鉆中心孔）→φ16mm鉆頭粗加工前半段孔→φ19mm鏜刀鏜正孔口處做引導(dǎo)→φ

19mm平底埋鉆（加工φ19mm孔徑部分，同時(shí)埋平間斷處φ18mm的孔端面）→φ

18mm長(zhǎng)鉆頭慢速加工此深孔→φ18mm埋鉆精修φ18mm孔。圖3間斷式深孔加工原工藝方法示意3.2加工方法存在的問題1）刀具多，工步多，以及刀具切削參數(shù)低。該孔加工時(shí)間長(zhǎng)達(dá)150min，效率非常低，間斷式深孔刀具加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)見表1。表1間斷式深孔刀具加工數(shù)據(jù)2）孔超差損失大。麻花鉆定心差、排屑難，鉆孔精度低、容易鉆偏，質(zhì)量不穩(wěn)定，1年損失近30萬(wàn)元。04鋁鎂機(jī)閘間斷式深孔加工新方案4.1加工新方案設(shè)計(jì)新的深孔加工方案如圖4所示。（1）改變引導(dǎo)孔加工方法

將埋端面、加工中心孔、粗鉆和鏜孔這4個(gè)工步改為三刃鉆1步加工。利用三刃鉆定心好的特點(diǎn)且孔位精度可達(dá)到0.03～0.1mm，可實(shí)現(xiàn)原工藝方法中4把刀的加工效果，且比原工藝方法效率提高了7倍。（2）改進(jìn)深孔加工鉆頭

使用φ18mm槍鉆代替φ18mm長(zhǎng)麻花鉆。槍鉆具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，其剛性好，轉(zhuǎn)速可以達(dá)到3000r/min，刀具帶內(nèi)冷、易排屑，加工時(shí)不反復(fù)循環(huán)退刀，以及切削線速度高等，可使加工速度提升10倍以上，同時(shí)也可提高孔的位置精度及表面質(zhì)量。圖4設(shè)計(jì)的新加工方案（3）減少加工刀具

將原來(lái)7把刀加工縮減至3把刀完成。分別采用長(zhǎng)200mm、410mm兩把φ18mm三刃引導(dǎo)鉆加工引導(dǎo)孔，使用φ18mm槍鉆加工間斷孔。改進(jìn)前后刀具方案對(duì)比如圖5所示。（4）更換加工設(shè)備

原加工設(shè)備為無(wú)內(nèi)冷也無(wú)外冷的臥式四軸加工中心，因冷卻和排屑效果差而制約切削參數(shù)的選取。改進(jìn)后選用帶有高壓中心內(nèi)冷的五軸龍門加工中心，冷卻、潤(rùn)滑與排屑效果好，為高速加工奠定了基礎(chǔ)。a）原刀具方案b）新刀具方案圖5改進(jìn)前后刀具方案對(duì)比4.2槍鉆與引導(dǎo)鉆的匹配要求及引導(dǎo)孔加工深度對(duì)于較大長(zhǎng)徑比的深孔加工，使用槍鉆時(shí)需要配精度合適的引導(dǎo)鉆。對(duì)于使用的φ18mm槍鉆，自身精度應(yīng)控制在±0.01mm，引導(dǎo)鉆孔徑公差也應(yīng)控制在±0.008mm。除了制造精度外，槍鉆與引導(dǎo)鉆之間的間隙值也非常重要，因?yàn)殚g隙過(guò)大，則引導(dǎo)孔就失去了準(zhǔn)確引導(dǎo)的作用。根據(jù)加工試驗(yàn)，引導(dǎo)孔與槍鉆的配合間隙應(yīng)控制在0.01～0.02mm。引導(dǎo)鉆一般切削刃較短、剛性好，但鉆孔的深度較淺。為了使引導(dǎo)孔能夠保證槍鉆加工不偏，起到最佳的引導(dǎo)效果，參照普通鉆床加工深孔時(shí)使用的鉆套長(zhǎng)度進(jìn)行加工試驗(yàn)，試驗(yàn)得出：引導(dǎo)孔的深度應(yīng)為槍鉆直徑的2.5～3倍，如加工φ18mm深孔，引導(dǎo)孔深度為54mm較合適。4.3程序編制僅依靠上述加工方案無(wú)法實(shí)現(xiàn)孔的加工，還需要將方案轉(zhuǎn)換成機(jī)器識(shí)別的語(yǔ)言，即進(jìn)行數(shù)控程序編制。編制程序需要全面考慮，如刀具的安裝、刀具的加工順序、刀具的走刀路徑、切削參數(shù)及是否干涉等，既要保證加工質(zhì)量，也要提高加工效率、增加刀具壽命且安全易操作。（1）槍鉆加工程序要點(diǎn)

槍鉆加工指令選擇CYCLE83，但在執(zhí)行CYCLE83前還應(yīng)使槍鉆平穩(wěn)準(zhǔn)確地進(jìn)入到引導(dǎo)孔中。首先使用S50低轉(zhuǎn)速、F200慢進(jìn)給執(zhí)行G01指令，進(jìn)入已經(jīng)加工好的引導(dǎo)孔，進(jìn)入的深度為48mm，然后起動(dòng)內(nèi)冷，準(zhǔn)備再執(zhí)行CYCLE83。CYCLE83中的轉(zhuǎn)速提升至S600，進(jìn)給速度為F90，且需將CYCLE83指令首次鉆削深度設(shè)為1倍徑，即18mm，首次進(jìn)給率設(shè)為50%，即F45；加工時(shí)，采用斷屑方式，回退距離設(shè)為0，加工到指定深度后，快速回到引導(dǎo)孔深度位置，轉(zhuǎn)速降至S50，循環(huán)指令結(jié)束，再使用G01指令，設(shè)進(jìn)給速度為F3000快速退出。槍鉆首次鉆深設(shè)為18mm，且進(jìn)給速度下降50%，目的是平穩(wěn)地加工引導(dǎo)鉆鉆后的鉆尖，在引導(dǎo)孔的“約束”下，達(dá)到定心的作用。槍鉆在鉆的過(guò)程中并不是一鉆到底，而是變速地鉆每一段深度，進(jìn)給速度從F90→F0→F90，目的是很好地進(jìn)行斷屑，同時(shí)留有時(shí)間將切斷的切屑排出深孔外，可釋放槍鉆的加工應(yīng)力，提高刀具的使用壽命。（2）長(zhǎng)引導(dǎo)鉆加工時(shí)的注意事項(xiàng)

采用S600、F360的快速擴(kuò)孔方式，穿過(guò)第一層已加工孔，其目的是：修正孔位和已加工孔與引導(dǎo)鉆的配合間隙，防止引導(dǎo)鉆卡滯憋斷。（3）切削液的控制要求

加工時(shí)一定要注意檢查切削液的壓力與流量，內(nèi)冷壓力一般為2～5MPa。要確保切削液清潔、干凈、無(wú)變質(zhì)，切削液箱上液位指示器顯示液位應(yīng)在正常范圍內(nèi)，加工中注意觀察冷卻是否正常，否則會(huì)發(fā)生卡滯斷刀現(xiàn)象，導(dǎo)致零件報(bào)廢。05結(jié)束語(yǔ)利用具有成熟技術(shù)的槍鉆，搭配合適的引導(dǎo)鉆，摸索出最佳的引導(dǎo)孔加工尺寸，并通過(guò)合理設(shè)計(jì)數(shù)控程序，創(chuàng)新了某航空發(fā)動(dòng)機(jī)鋁鎂機(jī)匣內(nèi)間斷式深孔加工的解決方案，解決了加工穩(wěn)定性與加工效率問題。其中的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)在于槍鉆與引導(dǎo)孔的配合間隙及引導(dǎo)孔加工深度的正確選擇；還要注意數(shù)控加工程序編制的關(guān)鍵點(diǎn)和細(xì)節(jié)，從而提高刀具的使用壽命。利用新方法對(duì)機(jī)匣進(jìn)行加工試驗(yàn)驗(yàn)