引言

三级转子外环底板作为薄壁件的典型零件，其机构壁薄，材料难加工，而且尺寸精度要求高，解决此类零件的变形问题是具有典型意义的，可为其他类似件提供有力的借鉴，提高加工效率，因此本次研究旨在解决生产实际问题。

1.研究内容

三级转子外环底板属于大直径薄壁类环块零件，该零件结构为环段件，零件后端外壁均布有3个凸台，前端面有1处U型槽和环槽。工艺过程为整环加工后进行切断，由于零件直径大、壁薄，零件在加工过程中极易受切削应力的影响而产生变形，不仅零件的配合尺寸精度难以保证，壁厚尺寸因零件变形也难以保证，此外零件在切割成段时由于内部应力的释放极易使零件产生变形，对于零件的交付质量产生影响。

2.研究目标

通过本次技术研究，从工艺路线、加工方法、工装等方面解决零件变形的控制问题，摸索零件变形的规律，找出控制零件变形的方法，提升外环底板的加工质量，保证零件的设计基准精度，控制零件的壁厚尺寸，积累加工经验，达到预期目标。

3.技术方案

3.1工艺分析

由于该零件为薄壁件，其型面较为复杂，使得各表面加工余量差异较大，因此，对加工阶段进行了有效划分，从粗加工、半精加工和精加工三个阶段对其进行控制。

粗加工阶段全部为车削加工，去除大部分余量，尽量保持各表面加工余量的均匀，为半精加工做准备。同时，在加工过程中还应保证表面粗糙度Ral.60μm，以满足超声波检查的要求。在粗加工后，安排去应力热处理工序。热处理后，由于应力的释放，零件会产生变形，为此，安排修复基准工序，以确保零件在精加工时定位基准的精度。

半精加工阶段安排在精加工之前进行，采用车削加工，主要目的是为了减少精加工余量，使切削应力在此阶段进一步释放，从而有效降低零件变形。

精加工阶段主要包括：车削、铣削及线切割加工，保证加工后的尺寸精度及技术条件符合设计图样的要求。在满足超声波探伤及零件加工要求的前提下，尽量减小盲区及加工余量，。精加工的余量（单面）为1mm左右，粗加工去除大部分加工余量，尽量保持精加工的余量均匀，以保证加工时切削力平稳，从而提高刀具寿命和减小加工变形。安排先后顺序依次为：粗车超声波面，粗车型面，半精车加工，精车基准，铣加工定位槽，精车型面，铣花边和线切割成段。

3.2加工路线安排

为进步控制零件的变形及提高其加工质量，对加工方法做了相应调整。新的加工方法预留了工艺边，便于后续加工中零件的装夹定位。原工艺为先加工零件内壁，等零件反转后再加工外壁，在重新装夹过程中，零件的内部应力得到释放，使其发生变形，导致壁厚尺寸无法满足设计要求。经过改善后，一次装夹即可完成零件内外壁的加工，避免了因重新装夹造成的零件变形，经过现场验证后，效果良好，壁厚尺寸全部加工合格，有效提高了零件的加工质量。

4.试验验证

4.1加工夹具的应用

该零件以毛料端面和外圆作为初基准。由于其毛料为精化毛料，故此初基准能很好地保证工件装夹的稳定性，采用外圆作为径向定位基准和夹紧表面，有利于传递较大的扭矩。零件为典型薄壁结构，精加工已有专用工装，但由于改变了加工方法，原夹具已无法满足零件更改后的装夹需求，暂时采用铝盘加工。为降低零件变形，铝盘采取轴向定位压紧。

4.2加工走刀路径

三级外环底板为薄壁件，走刀路线对加工精度产生重要影响，加工路径的合理规划应尽量增加零件刚度，减小在最弱刚度方向的作用力。为此，在走刀路线的安排上，遵循先粗后精、先内后外、内外交替的原则。首先加工余量较大表面，再依次加工余量较小的表面，最后修复基准面。该零件薄壁、型面复杂，若依靠普通设备及焊接刀去除大余量加工转接圆弧和复杂型腔，必然产生大的加工应力而引起零件变形，故本零件的所有车加工工序均采用数控车床、机夹刀具加工。通过对零件型面的分析，并综合考虑机床、夹具、刀具的影响。在去余量时，采用多次进刀，同时严格控制进给，采用工序集中原则，使用一把刀，尽可能多地完成相应表面的加工，减少换刀次数及时间；该零件的加工型面工序较多，包括内型面、外型面及端面槽，在同一个工序都要加工。编程时通过合理安排加工顺序，先完成型面加工后统一进行清根，既保证了加工尺寸符合要求，又减少了换刀次数，从而提高了零件的加工效率。分层去除加工余量，粗加工采用插式分层循环或阶梯走刀方式，提高加工效率。端面槽的加工一般采用切刀进行插式分层循环加工，在综合考虑加工质量和加工效率的情况下，使用这种方式去除余量是最佳方案。这种方式加工的编程比较复杂，由于需要考虑加工刀具的磨损情况，需要在程序中增加换刀指令以方便工人在加工时检查、更换刀具。这样工艺员在编程时需要考虑加工过程中的换刀位置，并编制相应的退刀指令。如果换刀位置不理想则需重新更改换刀位置，编程过程较复杂。结合以前类似端面槽的加工方法，选用了端面槽去除余量的加工模板编程，通过对模板程序的修改套用，根据零件尺寸结构在程序中输入相应的参数即可实现以上加工过程，而且如果环刀位置不理想只需要修改相应的换刀位置参数就可以，这样大大提高了编程质量和加工效率。精加工中采用轮廓走刀方式，减小零件变形。由于粗加工中已去除大部分余量，应力在精加工前得到一定释放，精加工时先粗车外形面，再精扎槽，将槽加工到位后，最后精车型面，这样有利于控制零件的变形，同时利于排屑和断屑。在整个加工过程中，难点为开槽加工，加工过程中极易造成零件变形，为解决变形问题，采用插式分层循环或阶梯走刀方式，编制循环数控加工程序，去除大余量，控制零件变形；另一个难点为内外圆的尺寸精度不容易保证，为此在加工顺序和加工余量上进行控制，先去除余量较大的表面，再去除余量较小的表面，最后修复各加工面。

走刀时尽量使刀片承受的切削力压向刀杆方向，使加工过程平稳；加工过程中刀具的稳定性是影响加工质量的重要因素之一。如果加工应力过大会导致加工刀具震动，这样加工表面粗糙度及尺寸精度都会降低，严重的还会产生震纹。所以加工时尽量使刀片承受的切削力压向刀杆方向，减小刀片受力震动，这样能够有效地提高零件的加工质量。尽量采用相对、相背离的走刀方式，抵消加工应力减小零件变形。采用相对、相背方式走刀是指在去除零件余量过程中，去除同一位置余量时前后两次走刀方向相反，这样产生的机加应力方向相反，可以相互平衡，这样就大大降低了零件内部的机加残余应力，从而减小了零件的变形情况。在零件加工时都是敞开性型面，根据零件形状、尺寸选用相应标准刀杆刀片。通过充分考虑工艺路线和装夹定位方式，同时结合专用软件进行数控程序的编制及仿真，优化切削参数及走刀路线，从而达到保证设计要求和控制零件加工变形的目的。在零件精加工时，在粗加工工序中先采用槽刀进行粗开槽，让应力在零件精加工之前得到一定的释放。在精加工时，先粗加工零件外型面，再粗加工槽。采用槽刀将槽位置加工到位。采用插式分层循环或阶梯走刀方式走刀方法，编制循环数控加工程序，去除大部分余量，提高加工效率，既减少加工应力，控制零件变形，又有利于排屑和断屑，之后再进行零件外型面的精加工，完成后进行槽精加工，槽精加工时，采用刀心编程与轮廓编程相结合的方法，减少了加工中的让刀对槽精度的影响。

5.应用情况

通过UG软件先进行建模，然后确定走刀路线，选择合适的加工刀具，对需要加工的部位进行编制，优化走刀方式、编制数控程序，并在程序中增加检查对刀语句，保证对刀准确性；在接刀部位，用圆弧进、退刀，保证接刀部位圆滑转接，保证零件的加工质量及表面粗糙度。完成程序的编制后，将零件模型导入Vericut软件，对数控程序进行仿真，验证数控程序编制的正确性，减少零件加工的风险，增加程序的可靠性。通过模拟数控机床的实际运动，检查潜在的零件碰撞，降低机床碰撞的风险。不断优化数控程序和调整加工方案，从而实现提高加工效率，延长刀具寿命，保证加工质量等目标。

6.研究结论

通过对零件的有效防控措施，零件配合表面的尺寸精度和壁厚尺寸均满足设计要求。三级外环底板的变形控制主要在加工路线和数控程序两个环节进行，通过机械加工工序的合理安排、加工余量的均匀划分、加工设备的优化配置、参数的正确选用、优化加工走刀路径等，使零件在机械加工后的变形控制在合格公差范围内，零件的加工精度和壁厚尺寸均符合图纸要求，表面粗糙度为Ral.6um。零件加工质量得到很好的保证，为其它家族类零件加工变形控制提供可借鉴的加工经验。

结束语

机械加工工序的合理安排、数控加工路线的优化等对零件的变形控制非常有效，由于该零件工艺改变了工艺加工方法，零件精度和壁厚尺寸精度均得到保证，并且为其家族零件提供了宝贵可靠的加工经验，该工艺路线和数控加工方法可以为后续类似零件加工提供有力的依据。

参考文献

[1]李伟兴.高速铣加工壁板类零件转角[J].装备制造技术.2019.5.30.

[2]袁昊,陈虹宇,李健.高温合金薄壁环块类零件铣加工技术研究[J].中国新技术新产品.2021(04)81-83.