數控機床

　　目前航天（tiān）產品加工精度（dù）要求不斷提高，航天領域中整體結（jié）構件不斷增加，高精度、薄壁腔體類零件在航天產品行業的應用越來越廣泛。特別是伺服係統中零部件的加工精度控製的好壞，直接（jiē）關係到武器（qì）係統中的多項性能指標要求，該類零件一般由鈦合金坯料整體加工而成，材料去除率最高達85%以上。同時，該類零件的一個顯著生產特點是品種多、批量小，甚至是單件生（shēng）產，這種結構特（tè）點和生產模式決（jué）定了其製造技術一直處於（yú）不穩定狀態，加工製造一直存在加工周期長、加工成本高和加工精度不易控製等難點。
 

　　隨著武器係統的更新換代以及性能的不斷提升，當前（qián）彈上伺服係統產品零件更趨向於小體積、高精度發展，對加工工藝技術提出更高要求。同時為了追求（qiú）小體（tǐ）積、高精度的結構，有時也（yě）無法兼顧產（chǎn）品的（de）加（jiā）工工藝性。因此，在伺服（fú）產品中出現了一種高精度（尺寸精（jīng）度要求在0.01 mm以上）的內腔圓柱麵結構零件，該結構機械加工工藝性（xìng）差，運用（yòng）傳統的鑄造、機械（xiè）加工方（fāng）法難以滿足零件精度要求。
 

　　1. 零件（jiàn）工藝性分析以及工藝方案的製定
 

　　（ 1 ） 零件結（jié）構及工藝性分析。
 

　　某球環框架（見圖1）材料（liào）為鈦合金TC4-M，屬於單件小批量生產，零件為精密機械加（jiā）工件，零件外形尺寸（cùn）Sφ 108 mm，壁厚4 mm，屬於薄壁難加（jiā）工材料類零件，各形位精度和尺寸精度要求高（gāo）。由於是整料切削（xuē）成形，在加工過（guò）程中易變形，材（cái）料切削（xuē）性能較（jiào）差，同（tóng）時零件結構（gòu）的（de）工藝（yì）性也較差，這為加工帶來了極大難度。因此，選用合理的加工方式及正確的刀具成為加工質量保證的關鍵所在。
 

　　（2）加工工藝方案的製定。
 

　　通過對球環框架零件結構進行分析，製定如下工藝流程：坯（pī）料→粗加（jiā）工（采用線切去除餘量後再進行機械加工）→熱處理時效→精加工→交驗，加工（gōng）難點為內腔圓柱麵φ 22－0.002－0.010 mm的加工（gōng）以及形位公差的保（bǎo）證（zhèng），其結構以及材料加工工（gōng）藝性差（chà），標準的刀具（jù）無法對其進行機械（xiè）加工。
 

　　通過對球環框架零件結構的分析，針對球環框（kuàng）架（jià）φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵和φ 20＋0.008＋0.002 mm孔采用（yòng）如下加工方案：粗加工時（shí）通過正反兩（liǎng）麵兩次裝夾采（cǎi）用三（sān）維切（qiē）削加工出內腔（qiāng）圓柱麵，單邊留1 mm餘量，精加工時在五軸（zhóu）加工中（zhōng）心采用專用鏜刀加工φ 22－0.002－0.010 mm內腔圓柱麵，專用鏜刀能進行高精度微（wēi）調，從而保證（zhèng）了φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵的尺（chǐ）寸精度，同時采用五軸加工中心一次裝（zhuāng）夾完（wán）成φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵和φ 20＋0.008＋0.002 mm孔的加工，保（bǎo）證了零件同軸度、垂直（zhí）度公差要求（qiú）。
 

　　2. 專用鏜刀的設計
 

　　（1）零件材（cái）料特性分析。
 

　　球（qiú）環框架零件材料（liào）為鈦（tài）合金TC4-M，其具體特（tè）性如下：①鈦合金（jīn）的導（dǎo）熱性差，是不良導熱體（tǐ）金（jīn）屬材料，切削（xuē）加工時，切屑與前刀麵的接觸麵積很（hěn）小，特別容易引起薄壁件的熱變形（xíng）。②鈦合金（jīn）彈性模量低（dī），彈性變形大，鈦合金彈性模量（liàng）為1 078 MPa（約是鋼的1/2），切削時接近後刀麵處工件的回彈量（liàng）大，導致已加工表麵與後刀麵的接觸麵積特（tè）別大。造成加工件幾何（hé）形狀和精度差，表麵粗糙度（dù）值增大，刀具磨損增加。③鈦合金的親和性大、切削溫度高。切削時，鈦屑及被切（qiē）表層（céng）與刀具材料咬合，產生嚴重的粘刀現象，容易引起刀具強烈的粘結磨損。鈦合金的高溫（wēn）化學活性（xìng）強，在（zài）600 ℃以上時，與氧、氮產（chǎn）生間隙固溶，吸（xī）收氣體後（hòu）鈦合金（jīn）表麵的硬度明顯上升，對刀具有強烈的磨（mó）損作用。因此，要求加工鈦合金的（de）刀具具有高（gāo）強度、高韌性的同時，還要有高的紅（hóng）硬性。
  

　　（2）專用鏜（táng）刀的設計原理。
  

　　通過對零件材料性能的分析，結（jié）合零件結構特點（diǎn）， 設計了專用（yòng）於φ 22－0.002－0.010 mm圓柱麵加工（gōng）的鏜刀，鏜刀結構如圖（tú）2所（suǒ）示，它包括（kuò）標準可（kě）調鏜頭1、刀（dāo）杆2、緊固螺釘4、刀片3，刀片（piàn）安裝在刀杆一端的方孔內，緊固螺釘將刀片緊固在刀杆上，將標準可調（diào）鏜頭與機床主軸連接。被加工零件（jiàn）緊固在數（shù）控加工中心輔具上，使加工部位與主軸垂直，通過以上所（suǒ）述鏜刀（dāo）對零件內腔圓柱麵進（jìn）行鏜削加工，加（jiā）工過程中可以根據實際測量尺寸（cùn），通過調節標準可調鏜頭對刀片進行微調，從而保證零件加工精度。標準可調鏜頭調節範圍在（zài）0.06 mm以內，直（zhí）徑微調精度在0.002 mm以上，其加工（gōng）時的狀態如圖（tú）3所示。
 

　　（3）鏜（táng）刀刀杆的設（shè）計原理。
 

　　根據球環框（kuàng）架零件材料特性（xìng），刀杆應具有較高的強度以及良（liáng）好的（de）韌性，因此，刀杆（gǎn）材料選用合金工具（jù）鋼CrWMn調質料（32～35 HRC），受球環框架零件內孔尺寸限製，刀杆直徑應小於19 mm，同時結合標準可調鏜頭接口進行配作，配合間隙控製在（zài）0.01 mm以內。
 

　　（4）鏜（táng）刀刀片的設計原理。
 

　　針對鈦合金材（cái）料的加工，刀片（piàn）材料選用YL10.2細晶粒硬質合金報廢刀具作為原材料，采用線（xiàn）切割加工成形後，在工具磨床上加工（gōng）出前後角（jiǎo）。此類材料導熱性好，有利於熱量的散發和降（jiàng）低切削溫度，同時具有良好的韌性和高（gāo）的紅硬性。
 

　　切削鈦合金時，刀具後角α 0是（shì）所有刀（dāo）具參數中最敏感的（de），因為（wéi）切削（xuē）層下（xià）的金屬（shǔ）彈性恢（huī）複大和加（jiā）工（gōng）硬度大，一般采用大後（hòu）角（jiǎo）可使刃口易（yì）於切入金屬（shǔ）層，減小後刀麵的磨損，但後角過小（小於15°）會出現金屬的粘附現象；而後角過（guò）大（dà），刀具將被削（xuē）弱，刀刃容易崩碎。因此，大多數切削鈦合金的（de）刀具采用15°後角。從刀具耐用度來看，α 0小（xiǎo）於或（huò）大（dà）於15°，都（dōu）會降低車刀的（de）耐用度。此外（wài），α 0為15°的刀具刀刃比較鋒利，並可降低切削溫度。
 

　　由於（yú）鈦合金在切削過程中，會與空（kōng）氣中的氧、氫、氮等形成硬（yìng）脆化合物，造成刀具磨損（主要（yào）發生在刀具前刀麵上），因此應采用小值前角（jiǎo）；此外，鈦合（hé）金的塑性低，切屑（xiè）與（yǔ）前刀麵的接觸麵積小，為此（cǐ）也應選用小值前角，這（zhè）樣做可增加切屑（xiè）與前刀麵的接觸麵積，使切削熱和切削壓力不至於過分集（jí）中於刃口附近，既有利於散熱，又加強刃（rèn）口，避免因切削力集中而產生（shēng）崩刃。因此，用（yòng）硬質合金刀具加工（gōng）鈦合金時，取前角γ 0=5°左右並磨出倒棱f（寬度為0.05～0.1 mm），γ f=0°～10°，刀尖磨成r=0.5 mm小值圓弧，刃傾角λ =+3°。
 

　　3. 結（jié）語
 

　　鈦合金零件加工在機械製造業中占有很重要地位，鈦合金材（cái）料的切削加工一直是當前加工工藝技術的（de）難點。為了滿足航（háng）空航天對於鈦合金工件日益（yì）增長的（de）需求，我國（guó）的鈦合金切削加工必須有（yǒu）長足的（de）進步。在基於（yú）國（guó）內的材料、機床和管理等條件基（jī）礎上，進一步加強鈦合金材料加工工藝路線的優化、加工參數的優（yōu）選，提高加工效率和產（chǎn）品（pǐn）質量（liàng），是推動國內鈦合金產業和航空（kōng）航（háng）天工業發展的重要因素。文中設計的內腔圓柱麵精加工鏜刀，結構（gòu）簡單（dān），製造使用都很方便（biàn），解決了球環框架零件加工工藝難題。