ACE程序在風扇盤精車加工中的應用

田曉龍++孟震威++閆峰

摘 要：風扇盤是某型發動機轉子中風扇增壓級單元的核心部件。隨著該零件每年需求數量的不斷增加，對該零件車削加工的提效研究也亟待解決。ACE程序作為基于刀心編程方式開發的新型數控編程方式，已在多種零件的車削加工中取得了較好的成效，在某型機風扇盤零件的粗加工工序已經完成驗證，主要從減少空行程，提高刀具加工能力等方面進行考慮，而精車加工形成零件最終尺寸，與設計相符性直接相關，不僅要考慮到加工效率，降低操作人員加工差異，更主要的是要從防止零件應力變形以及保證尺寸精度等方面進行考慮。

關鍵詞：風扇盤；數控加工；ACE程序

中圖分類號：TJ760 文獻標識碼：A

1.風扇盤結構及ACE程序特點

1.1 風扇盤零件的結構特點

風扇盤零件是風扇增壓級單元的核心件，尺寸精度及形位公差要求嚴格，具有較深的封閉內腔且懸臂較長，零件兩側安裝孔系繁多，尤其是零件的處大型榫槽，零件直徑尺寸較大，一側端面延伸出85mm長的飛邊結構，最小厚度僅5mm；零件軸向距離較大，內側具有一懸臂結構，易發生變形。

1.2 ACE程序的特點

ACE程序是基于傳統的刀心編程加工而提出的新型數控加工程序，該編程方法針對于車加工的二維編程，由工藝人員根據需要引入恒線速度切削、刀具Kr角度規劃、程序選擇性停止、提升排屑能力和冷卻效果，實現程序不間斷的變更刀具補償值等功能，達到提升數控加工效率、減少人為參與以提升零件加工穩定性、提高刀具加工能力節約加工成本等效果。

主要應用技術包括：

（1）規劃零件走刀軌跡。ACE程序通過工藝人員將刀具由運動起點到最終型面的所有軌跡進行規劃，有效地消除無意義的空走刀軌跡，并可以規劃不同切深的進給速度。

（2）恒線速度切削。恒線速度切削是采用數控設備設定的宏程序，根據切削零件的徑向尺寸實時的對機床主軸轉速進行調節，實現整個切削過程中被切削部位能夠保持相同的切削線速度，它的提出解決了零件在車削加工中由于徑向尺寸的劇烈變化而導致的主軸功率、切削力等的大幅變化。這種切削方式有利于控制零件變形，尤其對于盤類零件薄輻板的偏移控制尤為突出。

（3）刀具Kr角度與切削深度。刀具切入被加工零件表面時，切入深度與刀片垂直被加工面垂線間形成的角度，即為刀具的Kr角度。經過試驗摸索，當Kr角度保持在45°以內時，刀片加工性能較強，壽命較長，且加工過程平穩；當角度達到45°～60°范圍時，刀具會因為切削阻力的提高而使切削能力有所下降，且會出現小幅的振刀現象；當切削Kr角度超過60°，刀片會因不能承受過大切削力而發生強烈的振刀，甚至會出現悶刀、打刀的現象，除非極特殊情況應禁止采用。

（4）程序選擇性停止、提升排屑能力和冷卻效果。ACE程序加工軌跡較長，需要在加工過程中安排更換刀片等操作，以便操作人員及時檢查刀具磨損情況并及時更換刀片。刀片在完成既定加工軌跡后，會自動脫離被切削零件表面，快速運動至安全位置，通過M00指令使程序段暫停，此時由操作人員根據程序提示進行檢查刀片或更換刀片的操作，待操作完成后程序繼續運行，刀片移動回到被加工零件表面繼續完成切削。

（5）刀具補償值的寫入。ACE程序為了最大限度地減少人員參與，使零件加工趨于穩定，通常程序中僅設定兩次特定位置測量，又通過對數控設備的二次開發，通過簡單指令完成在程序段不結束時對刀補值的寫入。由于程序的穩定性，對零件加工至最后一次循環加工時較精的X向、Z向代表性尺寸進行測量，并寫入刀具補償中，完成最終尺寸的加工。

2.加工過程及程序編制示例

程序編制的一般過程為：繪制零件精車余量圖—選取加工刀具—設置初始對刀位置—分配切削深度—規劃走刀軌跡—設置測量點及換刀點—增加刀具補償提示信息—完成ACE程序編制—實際驗證程序—程序存檔—總結。

以零件第一面精車為例，需完成飛邊部位及軸組件安裝孔一側懸臂的內外表面加工，對于鈦合金大型面的加工，從加工效率出發，應選取大尺寸球形刀片進行，對于零件第一面止口部位，由于轉接凹R尺寸為R2，需要使用R0.8菱形刀片進行清根加工。零件切削深度及切削循環層數的確定，零件半精加工后剩余余量約為單邊1mm左右，使用刀具為R3球刀片，根據刀具Kr角度應保持在45度以內的原則，其切削深度應控制在0.88mm以內，考慮刀具使用壽命和加工具體情況需要進行3次循環車加工，首層加工需要去除半精車工序的不均余量，故設定切削深度為不少于單邊0.2mm；中間層為主要切削層，設定切削深度為單邊0.5mm，在完成測量后，進行最后層的切削，該層切削需要盡量防止應力變形的發生，同時需要考慮材料特性，切削層過薄不利于材料的剝離，故設定切削深度為單邊0.3mm。

走刀軌跡的確定，需要考慮到刀具的初始測量點，初始測量點相當于傳統程序的對刀點，通過對特定部位的X軸、Z軸尺寸的校核，確定刀具位置的正確性。首層Z向校正點設在止口一側上端面，采用50mm長標準對刀塊進行測定，X向校正點設定在止口處。在完成每層的切削后進行一次退刀操作，操作人員及時清除鐵屑，檢查刀具磨損情況或更換刀具，測量零件尺寸等操作。在最后一層切削的開始，需要進行零件測量，調整最后刀補量。程序需要進行3次更換刀具，6次刀具測量及刀補值的校正。

結語

在風扇盤零件精車加工中使用ACE程序，零件質量得到了有效提升，大幅縮短了加工周期，降低了工人的工作強度，為型號研制和交付需要提供了保障，并有利于平衡生產節拍，提升工廠的生產能力，節約生產成本，使其獲得較大的效益。

參考文獻

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