引言

进气处理环为整体环形结构，材料为不锈钢，零件外圆直径φ1200mm，内圆直径φ900mm，安装边宽度35mm，安装边壁厚3mm，安装边的悬申厚度比大于10倍，零件刚性弱；零件型面存在2种方向相异的斜槽，槽宽度5mm，槽深26mm，槽的宽深比大于5倍，而且数量各220处共440个，铣槽的加工难度较大，铣槽加工时间长。

1.研究内容

进气处理环径向窄槽的加工方法是φ4mm铣刀铣平面、打点、钻底孔﹣φ4.9mm铣刀螺旋线轨迹粗铣槽﹣φ4.5mmR1mm铣刀沿槽轮廓精铣槽﹣φ4.9mm铣刀直线粗铣斜面槽﹣φ4.9mm铣刀调整刀具半径补偿沿左右型面侧面清跟。和处理机匣与进气处理环相比，处理机匣沿圆周上下两层分布各220处型槽，宽度5.3mm，深度28mm，其深度宽度比大于5。根据以往类似件的加工经验，该类型深窄槽的加工周期长，刀具消耗大，是该类型零件最主要的加工难点。零件上存有两层共440处均布的斜向深窄槽M、N，除槽宽和部分轴向尺寸外，其余全部为空间尺寸，无法使用通用具检测，采用三坐标测量也存在难以找正和可达性差等问题，无法测出斜槽实际尺寸。整体轮廓尺寸大一圈，槽宽比它大1.7mm，槽深比它深10mm，因此处理机匣有更大的加工余量，按进气处理环的加工经验，所需的加工时间将更长，是该系列机匣的主要加工难点，原因分析如下：1）由于零件结构存在差异，处理机匣需要内外同时加工的设备；2）进气处理环槽宽较小，只能采用φ5mm以下刃长30mm的铣刀加工，刀具悬伸大于30mm，而处理机匣的槽宽为7mm，可以选择φ5mm以上刃长40mm的铣刀进行加工，但刀具悬伸较长，需要40mm，加工刚性差，刀具消耗多，加工时间长；3）进气处理环采用加工方法刀具种类较多，而且刀路过于细腻繁琐，由于槽的数量较多，加工效率不高。

2.研究目的

本次研究主要的目标是提高处理机匣铣槽工序的加工效率，实现处理机匣铣槽工序加工周期缩短20%，由400小时缩减到320小时。

3.技术方案

方案1）：零件为双层斜槽，两层斜槽分别切削深度为13mm和18mm，且下部斜槽倾斜夹角为53°并与安装边圆滑转接，四坐标加工设备无法满足该零件结构特征，且同一个槽存在多个铣刀接刀保证，尺寸及表面光度不易保证。方案制定：先采用螺旋线钻底孔，然后采用中5.4mm铣刀直线铣槽；再采用中5.4mm铣刀摆头（A=-25°）直线粗铣斜面槽，最后沿型面精铣斜面保证零件尺寸。零件上存有两层共440处均布的径向斜槽M、N，其尺寸和位置度均为空间点位，只能三坐标测量，设计图要求角向任意，没有角向三坐标找正时非常困难，检测效率和精度都非常低。在工艺设计时规定出工艺角向，加工和测量时都通过工艺规定的角向0°进行确定，提高三坐标测量速度和精度。加工刀具：φ6mmR1mm合金铣刀。切削参数：S1200r/min,F300mm/min,Ap0.5mm。

方案2）：直径φ4mm的铣刀固定轴（A=0°）先螺旋线轨迹预钻底孔φ5.4mm，进给200mm/min,然后采用φ5.4mm铣刀直线铣槽，每层切深0.5mm，进给200mm/min；采用φ5.4mm铣刀摆头（A=-25°）直线粗铣斜面槽，每层切深0.5mm，进给100min/min，沿型面精铣斜面，进给100mm/min；采用普通ER刀柄＋加长杆。采用机夹刀且刀具轴线过零件中心的转工作台加工方式，零件在粗加工过程中一般选用大直径机夹刀进行加工。此种加工方式底刃完全参与切削，刀片寿命大幅下降；由于转B加工时由于转台输出作用力较小导致加工效率较低；零件加工表面留有残留，这是由于刀具驱动点位置无切削刃所致；移动方向和旋转所构成的为顺铣方式零件受力为压紧零件方向。虽然从受力角度看方案是可以的，但从表面残留、加工效率、过多的底刃切削所导致的刀片寿命短的角度看，存在一定调整空间。采用机夹刀且刀具轴线不通过零件中心的转工作台加工方式。

方案3）：直径φ4mm的铣刀固定轴（A=0°）在预钻孔位置，铣平面、打点、钻底孔φ4mm，钻孔进给10mm/min，然后采用φ4.9mm铣刀粗开槽，每层切深0.5mm，进给200mm/min，再用φ5.4mm精铣槽，进给200mm/min；采用φ5.4mm铣刀摆头（A=-25°）直线粗铣斜面槽，每层切深0.5mm，进给100min/min，沿型面精铣斜面，进给100mm/min；采用普通ER刀柄＋加长杆。加工刀具：φ6mmR1mm/φ6mmR3mm合金铣刀。切削参数：S1200r/min,F300mm/min,Ap0.5mm。

方案4）：通过更改零件斜孔加工方案，由原来钻、扩、镗、铰调整为通用刀具一次螺旋铣加工，实现加工效率提升，刀具才成本降低。刀具成本降低为620*1/4=155元/台，且刀具种类由共4种刀具变为1种通用刀具，单台节省加工时间35min-20min=15min。加工参数：孔深27mm,共分60层进行高速螺旋铣加工切削实验。F=400mm/min时，加工时间16min，加工后孔尺寸与理论尺寸一致；F=500mm/min时，加工时间20min，加工后孔尺寸与理论尺寸比较，单边小0.02mm;F=600mm/min时，加工时间24min，加工后孔尺寸与理论尺寸比较，单边小0.04mm；速度越快，刀具磨损相对越严重，孔径让刀现象越严重。最终权衡加工时间、刀具消耗及加工后孔尺寸实际值，编程设定加工理论值，进给设定为F=500mm/min，加工后，加工时间为20min，刀具消耗为0.25把/台。加工刀具：φ6mmR1mm快进给铣刀/φ6mmR1mm合金铣刀/φ6mmR3mm合金铣刀。切削参数：S1600r/min,F300mm/min,Ap0.3mm；S1200r/min,F300mm/min,Ap0.5mm。

4.验证结果

处理机匣铣槽的技术方案验证：1)S=500r/min、F=25mm/min，试加工单孔倒圆角时间2.5min，倒角质量较好，表面光滑无毛刺，但由于孔位置度的影响，在孔槽底两侧周向去除圆角余量不均匀，其中一侧基本没有去除，另一侧去除量较大，加工后倒圆角在R0.02mm-R0.15mm范围内。2)S=500r/min、F=50mm/min，试加工两孔，单孔加工时间1.2min，倒角质量较好，表面光滑无毛刺，其中一孔倒角接近理想状态，另一孔仍然存在余量去除不均匀的情况，加工后倒圆角在R0.1mm-R0.18mm之内，效率有所提升。3)S=500r/min、F=70mm/min，试加工两孔，单孔加时间0.8min，由于刀轴线方向与孔的边界法线方向存在夹角，刀轴铣削过程中，切削刃在进给加大的情况下表面质量有所下降，在上顶点去除余量较大部位出现条状刀痕，但仍可满足表面光度要求。

零件完成份加工验证，瓶颈工序经统计加工时间由原来的720小时缩减至460小时，单台减少加工时间40%，并取消了1道工序的装夹周转时间。刀具消耗主要为φ4.5mm和φ4.9mm铣刀，分别消耗28把，较原来刀具消耗降低20%，零件所有尺寸、技术条件全部符合设计要求。

通过合理安排零件工艺路线、派制夹具及选取刀具，制定最优加工方案。合理安排工艺路线，减少一道修基准工序避免轴向尺寸间接形成，减少零件加工周期，降低现场加工难度。派制专用夹具，提高装夹系统刚性，提高零件加工稳定性。该类深窄槽通过多种铣加工方法对比试验，粗加工留余量采用沿轮廓螺旋线铣，精加工使用三维刀具补偿轮廓铣，可以达到较好的加工效果。深窄槽宜选用热涨刀柄和专用加长杆，且采用合适的刀具切削刃长度，从而最大限度缩短刀具整体悬申长度，提高刀具系统的加工刚性，减小加工振动。

5.试验结论

处理机匣铣槽工序加工时间缩短至300小时，达到预期研究目标。螺旋铣、插铣、快进给铣削均可实现处理机匣斜槽的加工，应根据加工需求合理选用相适用的加工方法。小直径快进给铣刀以及快进给铣刀插铣方案首次在处理机匣上应用，切削参数选择有点保守，可以在后续其他研制型号处理机匣铣槽工序单独研究切削参数优化。

结束语

通过多种铣加工方法试验，可以采用螺旋铣、插铣、快进给铣削的方式进行处理机匣斜槽的加工，粗加工留余量采用沿轮廓螺旋线铣，精加工使用三维刀具补偿轮廓铣，可以达到较好的高效加工效果，达到了预定目标，保证了零件首件成功交付。

参考文献

[1]成远清.航空发动机机匣构件机械加工工艺的优化[J].信息周刊.2019(040)1-2.

[2]吴宏春,刘德生,栗生锐.处理机匣径向斜槽高效铣削加工技术研究[J].中国新技术新产品,2021.06.027.