1现有问题

该零件研制过程外型面安装座与加强筋由化学铣切工艺完成，设计图样要求采用两次化铣工艺，第一次化铣出安装座凸台，第二次化铣出加强筋。由于化铣工艺无法保证准确的转接圆弧大小以及狭窄区域化铣加工残留大，导致零件重量超出设计重量19.2kg，研究通过零件安装座凸台由化学铣切转为机械加工，再采用化铣方法加工出加强筋，以消除第次化铣残留过大而导致的零件超重。

2技术方案

2.1工艺路线调整

该零件原工艺路线为：第一次化铣相关工序为No65~No85工序，第一次化铣加工出外型面安装座凸台，保证化铣加强筋高度（壁厚5mm±0.1mm)。若第一次化铣余量全部由机加完成，零件预计将产生较大变形。这将导致第二次化铣前壁厚不均，从而影响化铣质量。通过与使用部门沟通，允许先进行第一次化铣，为机加留有余量后，再进行机械加工。通过本次调整，将工艺路线更改为：毛料﹣粗车﹣精车﹣涂胶﹣激光刻型﹣化学铣切﹣钻铰后端面定位孔﹣精铣﹣涂胶﹣激光刻型﹣化学铣切﹣精车﹣钻孔﹣铣安装座﹣钻孔﹣铣槽﹣清洗﹣最终检验。由于零件外型面铣加工量较大，为防止零件铣加工过程中周向窜动，在精铣外型面工序前增加钻角向孔工序。

2.2余量分布优化

进行第一次化铣安装座凸台，将凸台径向尺寸单边保留2mm余量，化铣后的加强筋高度尺寸5mm±0.1mm加工到位。零件在精铣工序加工余量并保证安装座凸台形状和位置尺寸。

2.3工装方案制定

零件加工时总高为660mm，且零件直径φ1100mm较大，若进行两次装夹进行铣加工，零件外壁面会产生接刀痕，会影响后续化铣质量，因此需要设计专用夹具，保证整个外型面﹣次加工完成，保证装夹刚度，避免产生接刀痕。因此，夹具需在上下安装边同时压紧零件，零件内部进行辅助支撑，夹具下侧需保证刀具加工零件下部凸台而不干涉。

2.4数控工艺设计

零件外型面分布十余种共200处安装座凸台，凸台形状以圆形为主，菱形、栗形、三角、四角型为辅，化学铣切工序为精铣工序在零件壁厚方向未留余量，在凸台周问留2mm余重。因此精铣工序的加工重点在于凸台清根及凸台根部大面与化铣大面相接。

设计要求凸台根部倒圆按R2mm控制，理论上可以选择底部圆弧R2mm或者R3mm的铣刀，为保证刀具适应性，选择φ10mmR3mmm铣刀进行凸台四周清根；对于距离较近的凸台之间允许存在残留连接，倒圆按R4mm，因此选择φ6mmR3mm铣刀进行清根；加工开阔表面使用φ20mmR3mm铣刀。为了确定化铣余量是否满足要求，首先进行安装座凸台的清根，首先对于四周开放的凸台，在径向方向单边留0.3mm余量；对于相邻之间较窄的凸台，在径向方向单边留0.1mm~0.2mm余量，进行粗清根。

零件安装座凸台沿轴向可分为上、中、下三段。上段加工部位约为零件上端至280mm处，中段加工部位约为280nm至570mm处，下段加工部位约为为570mm至零件下段。零件加工按照由上至下的顺序进行加工，零件的主要安装座凸台分布在上中段，其中中段和下段凸台分布的规律性强，基本按等分均布分布。上部安装座凸台分布规律性不强。由于零件变形趋势为在圆周方向上的椭圆变形，因此编制程序时沿圆周方向将程序分段，使得加工时能够测量并补偿零件变形导致的壁厚差异。零件上段在圆周方向分十段进行加工，为了确定化铣凸台角向位置正确性，先对零件凸台进行清根，再加工大面保证壁厚尺寸。零件中段的凸台为沿圆周16处均布，基本可以采用圆周阵列进行编程。零件下段下部 GDFZP 凸台沿圆周32处均布，加工时需要倒压板，最零件夹具压板为沿圆周12处均布，编制程序时按照压板数量将程序分为12段。零件外型面圆周跳动若存在超出壁厚尺寸公差5mm士0.1mm的异常情况，需要借助超声波测厚仪对零件壁厚进行数据采集，并根据采集情况对零件大面程序刀长方向进行补偿以及针对特定区域编制清理程序，保证壁厚尺寸合格。

3现场验证

对零件进行现场生产加工验证，加工设备为五坐标加工中心。加工占机时间约为320h（程序仿真时间为268h）。刀具消耗量为：φ20mmR3mm铣刀：2把；φ10mmR3mm铣刀：3把；φ6mmR3mm铣刀：5把。

第一次化铣的壁厚尺寸在化铣无影响区域加工到位，在零件前后安装边附近及安装座凸台周边遮挡区域，由于化铣槽液流动受阻，导致以上区域的壁厚尺寸均有0.1mm~0.4mm不同程度的残留。选取常规加工零件与本次技术研究零件的外侧面安装座凸台的加工进行对比：a）180°安装座对比：LY安装座凸台与上侧圆凸台之间连接残留部位被经机械加工有效的去除，且LY凸台形状尺寸更符合设计图样要求；b）双连圆安装座对比：双连圆安装座凸台之间连接残留部位被经机械加工有效的去除；c）菱形安装座对比：菱形安装座凸台与下侧两个圆形凸台之间连接残留部位被经机械加工有效的去除；d）后端安装边背面GDFZP安装座对比：化学铣切形成的凸台形状近似为椭圆，椭圆的长轴在槽液的流动方向，机械加工后的凸台形状尺寸更符合使用要求。

4试验结论

完成该零件的生产验证加工，零件尺寸均合格，单件重量为22.6kg，组件重量为23.1kg,相比设计要求重量23.4kg减轻0.3kg。对同生产时段其余各台份该零件的加工重量进行统计，单件平均重量为23.1kg，组件平均重量为23.6kg。

结束语

通过本次技术研究与应用，初步形成了第一次化学铣切改机械加工的工艺路线和工艺方法，机加安装座凸台能够有效地消除第一次化铣导致的安装座附近区域壁厚不均的情况，加工零件达到了减重的效果。

参考文献

[1]凌平,刘陨双,李国华.TC21钛合金封闭深槽腔大悬伸快进给铣削加工技术[J].航空制造技术,2020(9):63.