壓氣機錐型鼓筒軸榫槽的加工與檢測

邊洪巖，郭文光，周 雨，張江峰

(貴州黎陽國際制造有限公司，貴州安順561102)

TC4合金屬于α+β型鈦合金，典型的鈦合金中難加工的材料之一，TC4合金導熱系數(shù)很差，使該材料零件在機加過程中溫度上升，進而使得刀具磨損或者崩刀[1]，因此TC4合金在切削時一定要嚴格控制工藝參數(shù)。壓氣機錐型鼓筒軸分為K級～S級單個壓氣機所組成的整體結(jié)構(gòu)，大端外徑為Φ568.6 mm，小端內(nèi)徑為Φ300.46 mm，總高為644.4 mm，外圓共有7處榫槽，內(nèi)部共有7處凸起的腹板，形狀異常復雜。其整體結(jié)構(gòu)如圖1。

7處外圓榫槽結(jié)構(gòu)見圖1中的K、L、M、N、P、R、S榫槽，壓氣機錐型鼓筒軸的外圓榫槽由內(nèi)環(huán)槽和外環(huán)槽組成。外圓榫槽結(jié)構(gòu)的主要作用是保證榫槽葉片能夠精確的安裝在榫槽中，并且能夠自由的滑動[2]。因此，外圓榫槽的加工難點主要是減少因零件整體剛性差和加工應(yīng)力帶來的加工變形問題。加工過程中主要的難點是檢測外圓榫槽尺寸是否已經(jīng)正確的加工到位。

圖1 壓氣機鼓筒軸的零件圖

1 壓氣機錐型鼓筒軸的加工工藝設(shè)計

1.1 設(shè)計非標榫槽刀片

為保證外圓榫槽的內(nèi)環(huán)槽形狀和尺寸的合格，提請制造了4種形狀的非標刀片(圖2)。這4種刀片共分2組，一組用來加工K和L這兩個圓弧較大的榫槽，另一組用來加工M、N、P、R、S這五個圓弧較小的榫槽。每個榫槽要用上下兩種非標榫槽刀片。

非標榫槽刀片在設(shè)計時需要考慮榫槽退刀問題，保證刀片在進出榫槽時不能與零件發(fā)生干涉。為減小外圓榫槽因零件整體剛性差和加工應(yīng)力帶來的加工變形，刀片設(shè)計時需要采用5度的正前角，保證刀片的鋒利性[3]，防止刀具磨損導致榫槽加工不到位的情況。

圖2 榫槽加工非標刀片

1.2 切削參數(shù)

(1)切削深度：加工外圓榫槽時要分粗加工和精加工，粗加工后留余量0.1 mm。粗加工時每刀切削深度不得超過0.5 mm。粗加工完后換新刀片精車，保證精車時新刀片具有鋒利的切削性，減少切削阻力，減少零件加工變形。

(2)進給量：粗加工時F=0.2 mm/r，精車時F=0.1 mm/r。粗車時進給量要大，高效率切除多余的毛料；精車時要降低進給量，保證榫槽表面的粗糙度。

(3)切削速度：粗車時V=35 m/min，精車時V=55 m/min。粗車時采用低速，防止刀片劇烈磨損打刀，導致榫槽報廢；精車時高速清除余量，保證榫槽表面的粗糙度。

1.3 調(diào)整車削走刀路線

(1)加工外圓榫槽時，先用普通槽刀徑向扎開內(nèi)環(huán)槽，保證槽底扎到尺寸。

(2)徑向扎開內(nèi)環(huán)槽后，清除非標榫槽刀片退刀時可能觸碰的接刀臺，防止非標榫槽刀片退刀時打刀。

(3)清除接刀臺后，先用下非標榫槽刀片仿形車削內(nèi)環(huán)槽下部分，直至尺寸合格。

(4)待下非標榫槽刀片車削到合格尺寸后，再用上非標榫槽刀片仿形車削內(nèi)環(huán)槽上部分直至尺寸合格，機加示意圖見圖3。

圖3 外圓榫槽加工示意圖

小結(jié)：該走刀路線可保證非標榫槽刀片順利進出內(nèi)環(huán)槽，避免刀片觸碰干涉區(qū)域造成打刀的風險。其次，應(yīng)先仿形車削內(nèi)環(huán)槽下部分，便于鋼珠安放和測量。最后，等內(nèi)環(huán)槽下部分車削到位后，再仿形車削內(nèi)環(huán)槽上部分，便于鋼珠檢查整個內(nèi)環(huán)槽是否已經(jīng)加工到位。

2 壓氣機錐型鼓筒軸的榫槽檢測方法

普通測量方法失敗的原因：

1)壓氣機錐型鼓筒軸的外圓榫槽空間狹小，普通測具難以達到檢測要求；

2)加工中要分上下兩個部分加工，無法判斷哪個部分未加工到位；

3)上下兩個部分加工時無法準確量化需要補多少刀補。

2.1 加工中塞鋼珠測量法

塞鋼珠可以根據(jù)7個外圓榫槽空間大小分別定制不同標準的鋼球直徑。K、L、M、N、P、R、S榫槽分別用到尺寸為R6、R4.5、R2.5、R2、R1.8、R1.4六類半徑不同的標準鋼珠，具體塞鋼珠見圖4。

圖4 榫槽塞鋼珠示意圖

調(diào)整走刀路線中提到要先用下非標榫槽刀片車削內(nèi)環(huán)槽下部分，原因在于先車下部分可以平穩(wěn)的安放2個標準鋼珠。如果先車削內(nèi)環(huán)槽上部分，2個標準鋼珠容易脫落，不易測量。用鋼珠測量內(nèi)環(huán)槽下部分時，塞不同組合的量規(guī)可以判斷需要補多少刀補才能將下部分車削到位。待下部分車削到尺寸后再車削上部分，同理需要塞2個鋼珠在上部分，2個鋼珠在下部分，中間塞不同組合的量規(guī)可以判斷需要補多少刀補才能將上部分車削到位。

2.2 成型檢測樣板測量法

圖5 成型樣板檢測示意圖

壓氣機錐型鼓筒軸外圓榫槽加工完成后，需要模擬榫槽葉片來檢查榫槽整體尺寸是否合格，是否能像真實葉片一樣在各級榫槽內(nèi)自由滑動。因此采用了成型檢測樣板測量法。成型樣板需要根據(jù)7個不同的榫槽定制7種樣式，每種樣式需要根據(jù)CAD模型設(shè)計通規(guī)和止規(guī)兩種成型樣板。當止規(guī)不通過，而通規(guī)能夠順利上下翻轉(zhuǎn)并且可以在榫槽內(nèi)自由滑動時才可保證榫槽整體尺寸加工合格。成形樣板示意圖見圖5。

3 結(jié)論

1)通過本文設(shè)計的兩對4種非標榫槽刀片，有效地解決了壓氣機錐型鼓筒軸外圓榫槽加工，采用5°正前角的刀片，減少車削的磨損情況并增加了刀片鋒利性；

2)工藝設(shè)計的走刀路線可以保證刀片順利進出內(nèi)環(huán)槽，同時便于鋼珠安放和測量及使用鋼珠檢查整個內(nèi)環(huán)槽是否已經(jīng)加工到位；

3)榫槽塞鋼珠檢測目前在國內(nèi)還沒有應(yīng)用實施，榫槽塞鋼珠法有效地解決了普通測具、量具難以達到檢測的要求。