淺析機匣加工中島嶼表面向心粗糙度的加工技術

王蘭 徐啟騰

摘 要：本文介紹了某高壓壓氣機機匣零件加工過程中島嶼表面向心（同心圓紋）粗糙度的加工技術，可達到島嶼表面Ra0.8的向心粗糙度要求。該島嶼表面與配套的裝配零件貼合，可以起到氣流密封的作用。與通常的垂直銑削表面不同，本文采用多軸聯動的加工中心，使主軸回轉中心與被切削表面在互相垂直的基礎上傾斜1°，使用類似同心圓型或螺旋形的切削路徑，便可形成該類粗糙度，并且具有較高的粗糙度質量。

關鍵詞：機匣加工：向心粗糙度；同心圓紋表面粗糙度；

中圖分類號：V23 文獻標志碼：A

0 前言

（1）研究目的及現狀

向心粗糙度標準規定，采用該類標注方式，零件表面加工紋路接近同心圓，采用傳統的加工方式如平面銑削及磨削等都無法滿足技術要求。該類表面粗糙度的目的為利用表面微觀紋路阻止空氣流動，避免密封油液流動，以實現密封功能。

當前，國內外實現類似表面粗糙度紋理的案例局限于回轉件的車削加工，表面粗糙度最高可以達到Ra0.1～Ra0.4。但目前尚未實現針對非回轉件的銑削及鏜削加工。

（2）研究意義

向心粗糙度的密封性能可以廣泛應用于各類精密零件、組件及儀器，本文提出了實現向心粗糙度的銑削加工方案，在航空航天、深海電纜等裝備制造領域提供全新的設計理念及技術支持，對未來零件設計及制造方面提供更為優秀的思路及技術，具有重要意義。

1 技術分析

1.1 圖紙要求

如圖1所示，在某零件外側島嶼表面存在向心粗糙度的要求，且需滿足Ra0.8。本文僅以其中一處為例進行分析。

1.2 加工原理

欲實現同心圓紋的微觀結構，需要采用刀尖進行切削，經過圓周與徑向進給，使刀具按同心圓的軌跡或螺旋線軌跡切削零件表面。而僅使用刀尖銑削不僅效率低下，且切削表面有明顯紋路并有觸感，無法滿足較高的粗糙度要求乃至密封要求。

在形成同心圓環的兩次圓周銑削過程中，零件表面必然存在兩次銑削造成的高度差，刀尖走過的部位的材料被去除，未被刀刃切削的部位的材料被留下，就會產生“牙形”的截面，一般肉眼難以分辨，但粗糙度較高的表面會有觸感。此時，減小兩次銑削產生的高度差便可以明顯達到更高的粗糙度要求。

本文采用圓柱立銑刀進行銑削，并使機床主軸與切削平面在相互垂直的基礎上傾斜某一角度，可以同時實現同心圓環的粗糙度要求及較高的粗糙度要求，其原因及優勢在于：

（1）刀刃圓角與零件表面接觸后，存在某一小段刀刃作為“刀尖”進行切削。

（2）微小的刀具傾斜角度保證了在“刀尖”參與切削的過程中，被抬高一側的刀刃也能夠參與切削，不僅能明顯降低第二次切削與第一次切削產生的高度差，而且能減小切削力，使得切削進程更加平穩，節省刀具。

（3）由于該加工為表面成型的精加工，去除材料少，采用帶有8個或以上的切削刃的刀具，配合切削液，可以減少刀具磨損，達到較高的粗糙度要求。

由于“刀尖”需要通過微小的徑向移動切削整個表面，而每次“刀尖”所切削的表面較少，所以切削效率不高。因此使用該方案對設備能力有較高要求：第一，設備應具備多軸聯動功能，需保證主軸與被切削表面可以形成夾角；第二，設備應具備高進給能力，以提高加工效率。

2 加工方案

島嶼表面采用五軸加工中心銑削形成。

步驟一：粗銑、半精銑表面，并保留0.3mm的最終加工余量。

步驟二：采用下述方法一次加工完成并實現同心圓紋型的零件微觀表面。

2.1 加工參數

本文僅針對步驟二進行討論并選取加工參數。

（1）設備：五軸加工中心，配備水基切削液。

（2）刀具：本文選取的高進給圓柱立銑刀，帶有8個切削刃及冷卻槽。

刀具直徑：φ20mm；總刀長：105mm；刃長：35mm；切削刃圓角：R10。

參數：

主軸轉速：1144r/min，保證刀具有效切削直徑φ9.74mm。

進給量：2740mm/min。

切削深度：0.3mm。

主軸相對加工表面法向的傾斜角度：1°。

徑向銑削進給量：0.6mm/360°。

（3）加工方向：由加工表面外部向中心順（逆）時針切削。

結論

本文介紹了向心（同心圓紋）粗糙度的具體要求，通過理論分析給出了在銑削加工中形成該類粗糙度的方法：

采用多軸聯動的加工中心，使主軸回轉中心與被切削表面在互相垂直的基礎上傾斜某一角度，使用類似同心圓型的或螺旋形的切削路徑，便可形成該類粗糙度，并且具有較高的粗糙度質量。

參考文獻

[1]袁長良.表面粗糙度及其測量[M].北京：機械工業出版社，1989.

[2]黃中.表面粗糙度[M].成都：四川科學技術出版社，1986.

[3]龔德俊，夏建民，陳鵬，等.一種表面粗糙度Ra0.1～Ra0.4的同心圓紋的加工方法[P].中國專利：CN 104625091 A，2015.