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車銑複（fù）合加工在航空發動機精密零件中的應用

2020-9-22 來（lái）源：中國航發沈陽黎明航空發動機有限責任公司作者：張晶韓彬金英卓

摘要：航空發動機精密零件加工質量（liàng）和效（xiào）率影響發動機的性能和成本。針對噴嘴（zuǐ）類零件尺寸小、精度高、種類多和批量小的（de）特點（diǎn），基於車銑複合加工技術特（tè）點和優勢設計了零件（jiàn）工藝，通過使用 UGNX 軟件編製數控程序，VERICUT 軟件模擬仿真，並將優化後的程（chéng）序導入車銑複合（hé）加工（gōng）中心進行了加工驗證，減少了加工（gōng）中的人為（wéi）幹預，提高了零件加工質量和效率。

關鍵詞 ：航空發動機；精密（mì）零件；車銑複合加工

0 引言

近年來，世界航空製造技術取（qǔ）得了（le）巨大進步，並呈現加速發展的趨勢。航空（kōng）發動機的研製集中了冶金、材料、熱處理、表麵處理、機（jī）械製造、特種加工、增材製造（zào）、工裝設計、檢驗檢測和試驗測試等多種專業的最高成就，零（líng）件數量達（dá） 1萬餘個，加工精度達到 0.001 mm。

為了提高航空零件的質量，大量的新材料及越來越複雜的結構逐漸被（bèi）采用，加工精度要求越來越高，噴嘴類零件作為航空發動機精密零件的典型代表，其加工精度會直（zhí）接影響發動機的工作性能。隨著數控車銑複合加工中心、數控五坐標加工中心、數控銑磨複合加工中心等新型（xíng）複合（hé）加工設備的不斷發展，減少了零件的裝夾次數、夾具數量和周轉時間，使零（líng）件的加工變得簡單、高效，為（wéi）航空發動機精密零件的製造提（tí）出了新的解決方案。

1 、車銑複合（hé）加工技術

車銑複合加工是一種（zhǒng）利用先進控製技術、精密（mì）測量（liàng）技術以及 CAD/CAM 等現代應用技術與傳統機械設計和精密（mì）製造技術相合成的先進機械（xiè）加工方法。通（tōng）過一次裝夾找正，將車、銑、鑽、鏜、線切割等多工序合並，能夠達到提高零件加工精度、縮短製造周期、節省工裝數量、減少生產管理的效果。噴嘴類零件的具有尺寸小、精度高、種（zhǒng）類多和批量小的（de）特點，而車銑複合加工技術具有較高的柔性，可（kě）以（yǐ）實現（xiàn）不同產品（pǐn）加工之間的轉換，因此車銑複合加工技術適合應（yīng）用於噴嘴類精密（mì）零件的製造。

2 、噴嘴類零件加（jiā）工實例

2.1 零件

如圖 1 所示為某型號航空發動機副噴口零（líng）件，主要承擔著在主燃燒（shāo）室（shì）噴射帶有一定角度和流（liú）量的霧化燃（rán）油的工作，燃油經充分燃燒後為發動機提供推力，其加工精度將直接影響燃油流量和霧化錐角，進（jìn）而影響發動機（jī）的（de）燃（rán）燒效率和性能。該零件尺寸較小，精度較高，輪廓尺寸為φ12.5×19.5mm，小（xiǎo）孔對大孔有（yǒu）同軸度要（yào）求（qiú），安裝（zhuāng）邊平麵對大孔有垂直度（dù）要求。

圖（tú） 1 零件模型

2.2 工藝方案

該零件采用普通設（shè）備加工需要派製專用工裝，多（duō）次裝夾、找正，無法保證（zhèng）精密尺寸與（yǔ）技術（shù）條件要求。由此，選用帶有雙（shuāng）主軸結構，可（kě）以自動對（duì）接的車銑複合加工中心進行加工。由 UGNX 軟件建立三維模型（xíng），通（tōng）過合理的設計走刀路徑、選擇合適的切削參數編製加工（gōng）程序，使（shǐ）用 VERICUT 軟件進行模擬仿真（zhēn），最終輸（shū）出能（néng）被加（jiā）工設備識別（bié）的 ptp 格式的數控加（jiā）工程序，導入加工設備進行實（shí）際加工驗證。

2.2.1 工藝（yì）設計

（1）零件（jiàn）毛坯是直徑為 φ15 mm 棒料，直（zhí）接裝夾棒料外圓。由（yóu）於小孔對大孔有（yǒu）同軸度要求，安裝邊平麵對大孔有垂直度要求，因（yīn）此先加工大孔（kǒng）一端，同時（shí）粗鑽小孔，保證兩孔的同軸（zhóu）度。

（2）使用車銑複（fù）合加工中心的自動對接功能，將第二主軸靠緊零件右端，夾持外圓，切斷左端，保證零件總長尺寸19.5 mm。

（3）夾持零件右端外圓，鏜（táng）小孔（kǒng）後車（chē）外（wài）錐麵。

2.2.2 程序設計

數控加工程序（xù）設計的核心是數控加工工藝（yì）分析和規劃，主要（yào）包括加工（gōng）區域的劃分和規劃、刀軌形式與走刀方式的選擇、刀具及加工（gōng）工藝參數的設置。UGNX 軟件是 Siemens PLMSoftware 公司出品的具有強大（dà）設計、工程及製造功能的高端軟件係統，包（bāo）括 NX 鈑金、外觀造型設計、製圖、高（gāo）級仿真、運動（dòng）仿真、加工（gōng）、裝配等多種模塊，是航空發動機精密零件設計、加工的（de）首（shǒu）選軟件。在程序設計階段，采用（yòng） UGNX 加工模塊，可以按照零（líng）件加工工（gōng）藝路線設計（jì）並生成刀具軌跡。根據噴（pēn）口零件工（gōng）藝路線，可將加工區域劃分為 3 個部分：車加工（gōng）區域、銑加工區域、對接後車（chē）加（jiā）工區域。

（1）車加工區域程序設（shè）計

選（xuǎn）擇 UGNX 加工模塊，配置相應綁定包，進入車加工（gōng）環境。將零件（jiàn）模型與棒料模型裝配一體（tǐ）。車加工編程特別需（xū）要注（zhù）意（yì）的是（shì）調（diào）整坐標（biāo）係，使機床坐標係符合實際。按照工（gōng）藝要求在用戶界麵設置切削區域、切削策略、刀具參（cān）數、走刀路徑（jìng）和切削（xuē）參數，生成刀軌。

（2）銑加（jiā）工區域程序設計

該噴口零件銑加（jiā）工區域僅需進行銑旋（xuán）流槽（cáo）程序設計。編（biān）程方（fāng）式有 2 種：第一，編製宏程序，輸（shū）入（rù）設備（bèi）；第二，采用UGNX 軟件基於零件（jiàn）模型編程，後置處理後生成 ptp 格式的數控加工程序，導入設備（bèi）。采用宏程序編程，利用循（xún）環語句可以縮短程序行數，修改方便（biàn），但是編程人員和設備操作者需（xū）要一定的數學（xué）基礎與宏編程基礎。該噴口零件采用 UGNX 軟件基（jī）於零件模型編（biān）程。進入銑加工環境，按照工藝要求在用戶界麵設置切削部位、驅動方法（fǎ）、投影矢量、刀軸、刀具（jù）和切削參數等相應參（cān）數，即可完成（chéng）程序設計。采用（yòng） UGNX 軟件（jiàn）編程難度較低，但（dàn）是輸（shū）出的程序為坐標（biāo）點，數據量巨大，如需修改，必須調整 UGNX 零件模型再重（chóng）新輸出（chū），導入設備。

（3）對接（jiē）後車加工區域程序設計（jì）

對接後需進行（háng）精鏜小孔和車（chē）外錐麵（miàn）工步（bù）。再次進入（rù）車加工環（huán）境（jìng），按照工藝要（yào）求在用戶界（jiè）麵（miàn）設置切削區域、切削策略、刀具參（cān）數、走（zǒu）刀路徑和切（qiē）削參數，生成刀軌。

2.2.3 模（mó）擬仿真（zhēn）

VERICUT 軟（ruǎn）件是美國 CGTECH 公司開發的數控加工（gōng）仿真（zhēn）係統，是航空發動機精密零（líng）件加工程序（xù）設計中最（zuì）常（cháng）用的軟件。UGNX 軟件生成的 STL 格式零件模型和 PTP 格式數控程序加載至 VERICUT 中，配置控製係統、坐標係統（tǒng）、刀（dāo）具係統等相應模塊即可進行仿真和分析。

2.2.4 加工驗證

將 UGNX 軟件生成的數控加工程序導入車銑複合加工中（zhōng）心，采用（yòng）設備自動（dòng）對刀模塊完成刀具設置，選（xuǎn）用合適的切削參數，加工後（hòu）的零件經檢驗符合圖（tú）紙要求。

3 、結語

采用車銑（xǐ）複合技術加工航空發（fā）動機噴（pēn）嘴類精密零件，一次裝夾找正（zhèng），完成車削、銑削和對接後車（chē）削的全部加工內容，加工精度高、加（jiā）工效率高、工裝數量少、生（shēng）產（chǎn）管理少。通過使用 UGNX 軟件數控編程，VERICUT 軟件模擬仿真，能夠在計算機中完成程序的驗證和調整，將優化後的程序導入加工設（shè）備，能夠減少加工中的人（rén）為幹預（yù），提高零件加工質量和效率。

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