机匣焊接组合件变形控制全攻略

作者：沈阳黎明航空发动机集团 李闯权 于瀚程

欢迎访问e展厅 展厅 3 数控机床/铣床展厅 数控铣床, 摇臂铣床, 立式铣床, 转塔铣床, 炮塔铣床, ... 某机匣单元体由涡轮轴组件、涡轮静子部分组合件和涡轮机匣单元体三部分组成。静子部分组合件中最重要的组成部分是机匣焊接组合件，它的内部装配导向叶片以及转子叶片外封严环组合件（俗称“蜂窝”），外部装有6个热电偶，机匣外侧有3个测压孔和3个观测孔。 本机匣焊接组合件属于大型薄壁机匣，结构较为复杂，机匣内部有6道凹槽，槽体侧面有U型槽，外侧焊接12个凸台，前、后安装边钻有孔。大型机匣和薄壁机匣在加工中面临的最重要的问题就是加工中侧壁及前、后安装边容易引起变形；零件在焊接之后同样也会引起变形。机匣的内部布有多道异型环槽，且尺寸较小、精度较高。机匣材料硬度较大、加工困难。下面就本机匣焊接组合件在研制过程中的一些重要过程进行分析和介绍。 工艺路线的制定 确定加工方案 本组合件由涡轮机匣壳体在焊接凸台后组成。原有加工方案是加工完所有的机匣尺寸，再对机匣焊接后的凸台进行加工，这会导致加工后的零件在焊接后变形极大，零件既不符合设计要求，同时也影响了导向叶片以及转子叶片外封严环组合件正常的装配。解决零件焊接后变形过大行之有效的方法是对单件和组合件的余量进行调整，将除机匣外部的所有最终尺寸全部留给焊接后的组合件加工，从而将焊接带来的变形在组合件的加工中去掉。 制定机匣壳体工艺路线 机匣壳体作为单件，在前、后安装边和内部环槽留有1~1.5mm的余量。加工路线分粗车、半精车和精车加工，在机匣壳体外侧还钻有12个径向孔，供焊接凸台时使用。 制定机匣焊接组合件工艺路线 主要目的是去掉壳体所留余量以及焊接后的变形，因此机加工艺路线确定为精车，铣内部斜槽，镗前、后安装边孔，铣凸台表面及镗孔攻丝等。 数控程序的编制 本机匣的所有机械加工主要由数控立车、卧式五坐标加工中心、立式四坐标加工中心和卧式四坐标加工中心等高精度数控设备完成，因此数控程序的编制对零件的加工至关重要。 车加工 无论是壳体还是焊接组合件，车加工都是本机匣最重要的工序，因此数控程序是否合理直接关系到一些重要尺寸以及形位公差是否能够满足设计要求。机匣内部各种环槽（图1）极其复杂，加工难度较大。 本课题运用UG NX4软件的CAM功能进行辅助编程。在建模、建立操作和后处理等过程后生成数控程序（图2）。程序生成后利用VERICUT软件模拟仿真检查程序是否存在残留和过切等不合理之处，并对程序进行细微调整。 铣加工以及钻孔 本机匣的铣加工以及钻孔的数控程序由手工编制，之后同样运用VERICUT仿真检验其合理性。 数控仿真 VERICUT软件是仿真加工软件，不能生成程序；可以模拟G代码程序，包括子程序、宏程序、循环、跳转、变量等，而一般CAM软件只是模拟刀轨或中间文件。用该软件可校验加工程序的准确性并辩认出错误，如图纸或读图错误、编程不精确、快速移动时接触材料、错误的走刀路径、与工装夹具发生的碰撞、CAD/CAM和后处理器错误、分析加工中产生的应力等。 使用VERICUT机床模拟功能可以检查机床在加工过程或换刀时所发生的干涉和碰撞，具体应用包括以下步骤。 调用相应的机床（机床文件） 如库中没有相应的机床则需查阅机床资料自己建立机床。首先按照机床各轴运动关系创建机床结构树，这样就可以进行G代码模拟，但无法检查机床各部位与工件或夹具的干涉碰撞，因此需要在机床结构树的基础上添加机床部件，完成后即为完整的仿真机床。 调用和机床相配的控制系统文件 系统调用后需进行针对性的配置，如圆弧指令格式、特殊指令设置及工作台旋转设置等，只有在正确配置系统控制文件，使其与现场加工机床一致后才能保证加工仿真的正确性。 定义毛料和工件 这里的毛料要与实际毛料相同，以便在仿真过程中检查刀具是否存在碰撞、干涉等错误；工件用于仿真后与切削模型进行自动比较，分析过切与残留情况。二者可以在软件中直接创建，而对于复杂模型则需由UG、MASTER CAM等三维软件通过转换输出接口生成VERICUT能够识别的IGES、PLY、STL等格式实体，用于加工仿真及自动分析比较。 其他步骤还包括按照加工工艺顺序添加程序、建立并调用刀具库、设定编程原点。完成上述步骤后即可在虚拟环境下进行零件加工，加工结束后对零件进行分析，把设计实体同切削过后的实体进行自动比较从而发现过切或残留余量。可以整体或者分区域比较，并可根据比较的精度重新设置公差。 车加工问题及解决方法 安装边变形 由于本课题所研究的机匣直径较大，因此在车加工前、后安装边时易引起变形，为此需要选择正确的走刀路线。由于刀具磨损后会对零件产生较大应力，这个力垂直于安装边并指向工作台；再加上零件的内侧与侧壁相连，刚性相对较好，因此将由回转中心向外的走刀路线调整为由外向内，便可最大程度地减少刀具磨损对零件造成的变形。 此外，由于组合件安装边表面有角向定位孔，以致刀片走到此处时会使零件发生微量变形，为此需要减小单件在此处给组合件所留的余量。 表面光度 由于零件直径较大，在车加工中，机匣与工作台之间未被固定的安装边附近的外壁容易产生震纹，影响零件的表面粗糙度。在零件外侧用橡胶轮胎作为辅助支撑以便减震，可避免震纹产生。 在加工壳体时，由于外型面面积较大，车刀在完成一次切削的过程中需要走较长的路径，以致后期刀片不够锋利而导致表面光度不理想，因此需要将原有程序一分为二。 刀具的选择 车加工中最重要的就是刀具的选择。机匣内部结构复杂，应选用合适的偏刀、球刀等加工零件。在单件的加工中，由于内部U型槽较窄，因此需要改磨刀柄以减小刀具高度。 镗孔问题及解决方法 安装边孔径偏小 由于机匣材料硬度极高，在加工孔时经常产生孔径偏小的问题。在原有钻孔工艺上多增加一道扩孔工序，使最后用铰刀加工时的余量变小以便减小误差。 大端安装边孔位置度不合格 在加工大端安装边孔时，由于切削力向下容易造成安装边变形，导致孔位置度不符合设计要求。在加工中加入辅助支撑将安装边垫起，可减少切削力引起的安装边变形。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/4/2013)