車銑復(fù)合加工在航空發(fā)動機(jī)精密零件中的應(yīng)用

張晶　韓彬　金英卓

摘? 要：航空發(fā)動機(jī)精密零件加工質(zhì)量和效率影響發(fā)動機(jī)的性能和成本。針對噴嘴類零件尺寸小、精度高、種類多和批量小的特點(diǎn)，基于車銑復(fù)合加工技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢設(shè)計了零件工藝，通過使用UGNX軟件編制數(shù)控程序，VERICUT軟件模擬仿真，并將優(yōu)化后的程序?qū)胲囥姀?fù)合加工中心進(jìn)行了加工驗(yàn)證，減少了加工中的人為干預(yù)，提高了零件加工質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī);精密零件;車銑復(fù)合加工

中圖分類號：TG659? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

近年來，世界航空制造技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，并呈現(xiàn)加速發(fā)展的趨勢。航空發(fā)動機(jī)的研制集中了冶金、材料、熱處理、表面處理、機(jī)械制造、特種加工、增材制造、工裝設(shè)計、檢驗(yàn)檢測和試驗(yàn)測試等多種專業(yè)的最高成就，零件數(shù)量達(dá)1萬余個，加工精度達(dá)到0.001 mm。

為了提高航空零件的質(zhì)量，大量的新材料及越來越復(fù)雜的結(jié)構(gòu)逐漸被采用，加工精度要求越來越高，噴嘴類零件作為航空發(fā)動機(jī)精密零件的典型代表，其加工精度會直接影響發(fā)動機(jī)的工作性能。隨著數(shù)控車銑復(fù)合加工中心、數(shù)控五坐標(biāo)加工中心、數(shù)控銑磨復(fù)合加工中心等新型復(fù)合加工設(shè)備的不斷發(fā)展，減少了零件的裝夾次數(shù)、夾具數(shù)量和周轉(zhuǎn)時間，使零件的加工變得簡單、高效，為航空發(fā)動機(jī)精密零件的制造提出了新的解決方案。

1 車銑復(fù)合加工技術(shù)

車銑復(fù)合加工是一種利用先進(jìn)控制技術(shù)、精密測量技術(shù)以及CAD/CAM 等現(xiàn)代應(yīng)用技術(shù)與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計和精密制造技術(shù)相合成的先進(jìn)機(jī)械加工方法。通過一次裝夾找正，將車、銑、鉆、鏜、線切割等多工序合并，能夠達(dá)到提高零件加工精度、縮短制造周期、節(jié)省工裝數(shù)量、減少生產(chǎn)管理的效果。噴嘴類零件的具有尺寸小、精度高、種類多和批量小的特點(diǎn)，而車銑復(fù)合加工技術(shù)具有較高的柔性，可以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品加工之間的轉(zhuǎn)換，因此車銑復(fù)合加工技術(shù)適合應(yīng)用于噴嘴類精密零件的制造。

2 噴嘴類零件加工實(shí)例

2.1 零件

如圖1所示為某型號航空發(fā)動機(jī)副噴口零件，主要承擔(dān)著在主燃燒室噴射帶有一定角度和流量的霧化燃油的工作，燃油經(jīng)充分燃燒后為發(fā)動機(jī)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(fā)動機(jī)的燃燒效率和性能。該零件尺寸較小，精度較高，輪廓尺寸為φ12.5×19.5mm，小孔對大孔有同軸度要求，安裝邊平面對大孔有垂直度要求。

2.2 工藝方案

該零件采用普通設(shè)備加工需要派制專用工裝，多次裝夾、找正，無法保證精密尺寸與技術(shù)條件要求。由此，選用帶有雙主軸結(jié)構(gòu)，可以自動對接的車銑復(fù)合加工中心進(jìn)行加工。由UGNX軟件建立三維模型，通過合理的設(shè)計走刀路徑、選擇合適的切削參數(shù)編制加工程序，使用VERICUT軟件進(jìn)行模擬仿真，最終輸出能被加工設(shè)備識別的ptp格式的數(shù)控加工程序，導(dǎo)入加工設(shè)備進(jìn)行實(shí)際加工驗(yàn)證。

2.2.1 工藝設(shè)計

（1）零件毛坯是直徑為φ15 mm棒料，直接裝夾棒料外圓。由于小孔對大孔有同軸度要求，安裝邊平面對大孔有垂直度要求，因此先加工大孔一端，同時粗鉆小孔，保證兩孔的同軸度。

（2）使用車銑復(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，鏜小孔后車外錐面。

2.2.2 程序設(shè)計

數(shù)控加工程序設(shè)計的核心是數(shù)控加工工藝分析和規(guī)劃，主要包括加工區(qū)域的劃分和規(guī)劃、刀軌形式與走刀方式的選擇、刀具及加工工藝參數(shù)的設(shè)置。UGNX軟件是Siemens PLM Software公司出品的具有強(qiáng)大設(shè)計、工程及制造功能的高端軟件系統(tǒng)，包括NX鈑金、外觀造型設(shè)計、制圖、高級仿真、運(yùn)動仿真、加工、裝配等多種模塊，是航空發(fā)動機(jī)精密零件設(shè)計、加工的首選軟件。在程序設(shè)計階段，采用UGNX加工模塊，可以按照零件加工工藝路線設(shè)計并生成刀具軌跡。

根據(jù)噴口零件工藝路線，可將加工區(qū)域劃分為3個部分：車加工區(qū)域、銑加工區(qū)域、對接后車加工區(qū)域。

（1）車加工區(qū)域程序設(shè)計

選擇UGNX加工模塊，配置相應(yīng)綁定包，進(jìn)入車加工環(huán)境。將零件模型與棒料模型裝配一體。車加工編程特別需要注意的是調(diào)整坐標(biāo)系，使機(jī)床坐標(biāo)系符合實(shí)際。按照工藝要求在用戶界面設(shè)置切削區(qū)域、切削策略、刀具參數(shù)、走刀路徑和切削參數(shù)，生成刀軌。

（2）銑加工區(qū)域程序設(shè)計

該噴口零件銑加工區(qū)域僅需進(jìn)行銑旋流槽程序設(shè)計。編程方式有2種：第一，編制宏程序，輸入設(shè)備;第二，采用UGNX軟件基于零件模型編程，后置處理后生成ptp格式的數(shù)控加工程序，導(dǎo)入設(shè)備。采用宏程序編程，利用循環(huán)語句可以縮短程序行數(shù)，修改方便，但是編程人員和設(shè)備操作者需要一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)與宏編程基礎(chǔ)。該噴口零件采用UGNX軟件基于零件模型編程。進(jìn)入銑加工環(huán)境，按照工藝要求在用戶界面設(shè)置切削部位、驅(qū)動方法、投影矢量、刀軸、刀具和切削參數(shù)等相應(yīng)參數(shù)，即可完成程序設(shè)計。采用UGNX軟件編程難度較低，但是輸出的程序?yàn)樽鴺?biāo)點(diǎn)，數(shù)據(jù)量巨大，如需修改，必須調(diào)整UGNX零件模型再重新輸出，導(dǎo)入設(shè)備。

（3）對接后車加工區(qū)域程序設(shè)計

對接后需進(jìn)行精鏜小孔和車外錐面工步。再次進(jìn)入車加工環(huán)境，按照工藝要求在用戶界面設(shè)置切削區(qū)域、切削策略、刀具參數(shù)、走刀路徑和切削參數(shù)，生成刀軌。

2.2.3 模擬仿真

VERICUT軟件是美國CGTECH公司開發(fā)的數(shù)控加工仿真系統(tǒng)，是航空發(fā)動機(jī)精密零件加工程序設(shè)計中最常用的軟件。UGNX軟件生成的STL格式零件模型和PTP格式數(shù)控程序加載至VERICUT中，配置控制系統(tǒng)、坐標(biāo)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)等相應(yīng)模塊即可進(jìn)行仿真和分析。

2.2.4 加工驗(yàn)證

將UGNX軟件生成的數(shù)控加工程序?qū)胲囥姀?fù)合加工中心，采用設(shè)備自動對刀模塊完成刀具設(shè)置，選用合適的切削參數(shù)，加工后的零件經(jīng)檢驗(yàn)符合圖紙要求。

3 結(jié)語

采用車銑復(fù)合技術(shù)加工航空發(fā)動機(jī)噴嘴類精密零件，一次裝夾找正，完成車削、銑削和對接后車削的全部加工內(nèi)容，加工精度高、加工效率高、工裝數(shù)量少、生產(chǎn)管理少。通過使用UGNX軟件數(shù)控編程，VERICUT軟件模擬仿真，能夠在計算機(jī)中完成程序的驗(yàn)證和調(diào)整，將優(yōu)化后的程序?qū)爰庸ぴO(shè)備，能夠減少加工中的人為干預(yù)，提高零件加工質(zhì)量和效率。

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