航空发动机燃烧室机匣加工工艺研究
航空发动机空气分配匣子本体加工技术研究
目 录摘要 (I)Abstract (II)1 绪论 (1)1.1 课题背景及研究意义 (1)1.2 国内外薄壁件加工技术研究现状 (2)1.2.1 薄壁件加工国外研究现状 (2)1.2.2 薄壁件加工国内研究现状 (3)1.2.3 薄壁件加工技术存在的问题 (3)1.3 本文的研究目的和内容 (4)1.3.1 本文的研究目的 (4)1.3.2 本文的研究内容 (4)2 空气分配匣子本体的加工现状 (5)2.1 空气分配匣子本体铸件加工 (7)2.1.1 空气分配匣子本体铸件毛坯成形 (7)2.1.2 空气分配匣子本体铸件机械加工过程 (9)2.2 空气分配匣子本体首件锻件加工 (11)2.3 本章小结 (14)3 空气分配匣子本体自由锻件加工分析与改进 (16)3.1 新空气分配匣子本体的结构和工艺特点 (16)3.1.1 零件的结构特点 (16)3.1.2 零件的工艺特点 (16)3.1.3 零件的毛坯设计 (17)3.2 空气分配匣子本体的定位基准选择原则 (17)3.3 空气分配匣子本体的工艺路线分析 (18)3.3.1 外形内腔加工顺序的确定 (18)3.3.2 零件表面质量的提升 (20)3.4 加工参数对零件加工过程受力变形影响分析 (22)3.5 本章小结 (26)4 零件加工试验及结果 (27)4.1 铣加工实验 (27)4.1.1 刀具的选择 (27)4.1.2 进刀方式分析 (28)4.1.3 试验加工 (29)4.1.4 误差补偿 (36)4.2 光整加工试验 (38)4.2.1 光整加工的目的 (38)4.2.2 光整加工设备选择 (39)4.2.3 光整加工磨料选择 (40)4.2.4 光整加工参数选择 (41)4.2.5 光整加工试验 (41)4.3 本章小结 (43)结论 (44)参考文献 (45)致谢 (47)大连理工大学学位论文版权使用授权书 (48)- IV -1 绪论1.1 课题背景及研究意义航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，作为飞机的心脏，它直接影响飞机的性能、可靠性及经济性，航空发动机制造技术被称作人类工业皇冠上的明珠，是一个国家科技、工业和国防实力的综合体现，航空发动机产业是保持大国地位的核心，是工业强国的象征。
航空发动机机匣构件机械加工工艺优化 王小伟
航空发动机机匣构件机械加工工艺优化王小伟摘要：航空发动机是飞机的“心脏”，是一个国家加工制造技术的重要体现。
在航空发动机的加工制造过程中，航空发动机机匣构件是航空发动机制造的关键和难点之一。
在航空发动机机壳的加工制造过程中，由于材料的尺寸、机壳的结构等因素的影响，往往会导致发动机机匣加工后出现几何尺寸、形状和位置公差等问题。
严重影响了航空发动机机匣构件的加工质量，此外，航空发动机机壳部件的表面损伤将大大降低航空发动机机壳部件的使用寿命和强度，为了提高航空发动机机壳的表面加工质量，需要在分析影响航空发动机机壳表面完整性的因素的基础上，对航空发动机机壳部件的加工工艺进行优化。
改进了航空发动机机壳部件加工后的表面完整性，保证了航空发动机机匣构件的加工质量。
关键词：航空发动机机匣构件；机械加工；加工工艺；优化引言：航空发动机机壳部件是飞机发动机加工制造的关键部件。
高强度合金，如钛合金和高温合金，由于其拥有耐高温和高负荷的性质，因此被用作主要材料。
航空发动机机壳加工中容易发生表面完整性的损伤，这对航空发动机机壳的使用寿命有很大的影响。
因此，有必要通过对航空发动机机壳部件加工工艺的优化，找出发动机机壳部件加工过程中的应力集中点。
改进航空发动机机壳加工过程中的应力分布，保证航空发动机机壳加工表面的完整性，提高航空发动机机壳的抗疲劳延长其寿命。
1制约航空发动机机匣构件机械加工的因素在航空机械加工过程中，制约机壳加工的因素很多。
有两个主要的制约因素。
首先是加工过程中使用的加工材料，其次是加工过程中的加工形式公差。
这些因素在很大程度上影响了套管的加工几何尺寸，对加工后的加工公差有很大影响。
在很大程度上影响了套管构件的加工质量和加工精度。
如果质量不够好，将给我国航空业带来严重的安全风险。
此外，机匣的外观和表面损伤也会影响机匣的使用寿命，机匣架的强度也会产生严重的影响。
因此，为了有效提高航空发电机组机壳的使用寿命和使用强度，我们在机械加工过程中要进行严格的质量控制，只有保证机壳机架的质量，才能给我航空业的进一步发展。
航空发动机典型产品燃烧室机匣加工工艺分析和技术应用
航空发动机典型产品燃烧室机匣加工工艺分析和技术应用本文从某型航空发动机燃烧室机匣的工艺特点出发，结合企业能力现状，对燃烧室机匣的加工工艺进行分析，并在应用过程中结合数控加工装备、三维CAD/CAM软件应用技术进行试验，取得一定的经验和效果。
分享此类型薄壁燃烧室机匣的开发研制过程中可供借鉴的工艺方法和应用技术。
一、前言航空发动机机匣是发动机中的壳体、框架类静子部件，是发动机的重要承力部件。
主要作用是承载发动机零组件重量、承受轴向和径向力，构成气流通道，包容气流、发动机转子，防止转子叶片断裂飞出，起到连接、支承、包容等作用。
本文论述的燃烧室机匣是某型航空发动机热端的重要功能部件，属于典型的的薄壁环形件（见图一），其大端直径约Φ600mm、小端直径约Φ420mm、总高度约290mm、壁厚4.5mm。
工件材料选用13Cr11Ni2W2MoV马氏体不锈钢，硬度HB311～388，热导率与镍基高温合金接近，切削加工时蓄热、应力集中使得塑性变形大，难以加工。
该型号发动机属急需升级换代产品，已经获得国家正式立项和充分的资金支持，前期试制/小批产品性能已经获得用户方的充分肯定，需求极为迫切。
此次为小批转大批生产前的改进试验项目，目的是充分验证该类型产品为满足大批量生产所需的工艺调整和技术应用，打通批产的瓶颈，为向用户迅速提供高质量、高性能产品奠定技术基础。
二、工艺性分析燃烧室机匣壳体薄壁，零件刚性弱，加工过程中易产生振动，加工中易产生变形。
设计基准的形状公差小，主要表面之间相互位置要求的项目多，且位置公差小。
要同时保证这些高精度要求，加工难度很大，完整的工艺分析主要内容需紧扣如下圖表所示，本文篇幅有限主要围绕机加工艺展开。
1、工艺方案确定：前后安装边和筒体内壁壁采用车削加工，机匣的半精车和精车采用数控车削工艺。
安装边上的精密定位孔位置精度要求高，需要采用坐标镗孔加工工艺。
机匣外壁的安装座轮廓型面和安装边上的沉头孔选用数控钻、铰孔和数控铣加工工艺。
机匣加工工艺
机匣加工工艺机匣一般是一个圆柱形或圆锥形的薄壁筒体，主要起承力和包容作用，而且对不同段机匣的要求不一样。
涡轮机匣通常是带有安装边的圆柱形或截锥形壳体，其前后安装边分别与燃烧室机匣和动力涡轮前的中间机匣连接，涡轮机匣上作用有扭矩、轴向力、惯性力和内环压差力等。
近年来航空发动机的性能及设计结构在不断改进和提高。
随之而来，发动机机匣零件的材料、结构也发生了很大的变化，越来越多的难加工材料，像钛合金、高温合金、不锈钢、硬质合金以及复合材料等被采用。
机匣设计结构也越来越先进，整体结构机匣、单一机匣所具有的功能也越来越多，因此，机匣零件的制造成形难度也越来越大。
特别是具有复杂外型面的整体结构机匣，其外型面的成形加工是普通机械加工工艺所不能实现的，只有应用多轴数控加工技术才能实现复杂外型面的成形加工。
但在加工过程中存在着刀具费用高，加工效率低，设备占用量大。
针对多年来生产中的加工难题，寻求品质的提升、效率的提高、成本降低的途径和方法，运用特种加工技术——电火花加工技术和电解加工技术，同时结合现代数控加工技术，通过对典型结构机匣外型面大量的基础试验研究，取得了良好的加工效果，在保证工艺要求基础上，满足了生产高效益的需求。
多轴数控铣削机匣型面的成形，国内通常是通过在多轴数控铣削设备上加工完成的。
该零件外环形面共分二级，分布有二条环形凸缘，下部有1个纵向小凸缘，两个纵向凸缘对称分布。
由于机匣毛坯是自自锻件，加工余量很大，且零件材料难切削，为了保证尺寸加工精度和表面加工质量，防止加工后零件变形。
其外型面加工分层、分块进行，采取合理的走刀路径，采用对称的切削加工余量。
分几次走刀加工到最后尺寸的方法，以减少加工后的变形。
因此，该机匣加工划分三个主要阶段并附加特征工序热处理，以去除材料内应力，防止零件变形。
火花高效放电铣电火花高效放电铣加工技术原理。
电火花高效放电铣借鉴了数控铣削加工方式，采用简单的超长铜管做工具电极，由导向器导向，在工作中电极作高速旋转，在电极与工件之间施加高效高频脉冲电源，电流高达上百安培，对加工区施以冲、浸工作液进行有效冷却排屑，通过专用数控系统控制工件与电极之间的相对运动轨迹，在电极与工件之间产生高效脉冲放电，加工出所需工件的形状，实现零件复杂型面的高效去余量加工。
航空发动机机匣加工工艺研究
航空发动机机匣加工工艺研究摘要：随着我国综合国力的增强，同时也在促进国产发动机的性能逐渐朝着优良的方向不断发展。
近年来航空发动机的性能及设计结构在不断改进和提高，发动机机匣零件的材料、结构也发生了很大的变化。
本文就航空发动机机匣加工工艺展开探讨。
关键词：航空发动机；机匣；加工工艺1加工工艺特点机匣加工表面主要分为内、外两部分。
由于其外部需要连接到许多如电气、冷却、油路及管路等附件系统,导致其表面形状结构复杂,对机加要求比较高，尤其是对位置和尺寸精度要求较高；另外发动机机匣的内部主要是承载其压气机的涡轮叶片，包括动、静力叶片，这些都是其关键的动力输出部分，所以也对制造精度要求较高。
综上所述，机匣制造加工工艺的难点主要体现在材料切除率高、薄壁易变形、材料难切削和对刀具切削性能要求高等多个方面。
2.1轴数控铣削机匣型面的成形，国内通常是通过在多轴数控铣削设备上加工完成的。
数控机床的出现以及带来的巨大利益，引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。
在航空机闸机械加工中，发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。
数控机床的大量使用，需要大批熟练掌握现代数控技术的人员。
数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。
机匣零件外环形面共分二级，分布有二条环形凸缘，下部有1个纵向小凸缘，两个纵向凸缘对称分布。
由于机匣毛坯是自锻件，加工余量很大，且零件材料难切削，为了保证尺寸加工精度和表面加工质量，防止加工后零件变形。
其外型面加工分层、分块进行，采取合理的走刀路径，采用对称的切削加工余量。
分几次走刀加工到最后尺寸的方法，以减少加工后的变形。
因此，该机匣加工划分三个主要阶段并附加特征工序热处理，以去除材料内应力，防止零件变形。
2.2磨粒流加工磨粒流加工就是用流体作为载体，将具有实际切削技术性能的末了悬浮于其中，形成一个流体磨料，依靠末了相对于被加工材料表面的流动提供能量进行加工分析的一种技术。
航空发动机机匣加工工艺探讨
航 空发动机机 匣加工工艺探讨
于 志 涌
（ 沈 阳黎 明 国 际动 力 工 业公 司 ， 辽宁 沈 阳 １ １ ０ １ ６ ９ ）
摘 要： 航空机 匣一般是一 个圆柱形或 圆锥 形的薄壁筒体 ， 主要起承力和包容作用， 而且对不同段机 匣的要求不一样。特别是具 有复 杂外型面的整体结构机 匣， 其外型面的成形加工是普通机械加工工艺所不能 实现 的， 只有应用 多轴数控加工技术才能实现 复杂外型面的成形加工。文章将对航空发动机机 匣加工工艺进行比对 ， 探讨工艺技术的优缺点。
关键 词 ： 航 空机 匣； 数控 ； 电铣
近年来航空发动机 的性能及设计结构在不断改进和提高 。 发动 机 机 匣零 件 的材 料 、 结 构 也发 生 了很 大 的变 化 ， 越来 越 多 的难 加 工 材料 ， 像钛合金 、 高温合金 、 不锈钢 、 硬质合金以及复合材料等被采 用。 机匣设计结构也越来越先进 ， 整体结构机匣、 单一机匣所具有的 功能也越来越多 ， 因此 ， 机匣零件的制造成形难度也越来越大 。 但在 加工过程中存在着刀具费用高 ， 加工效率低， 设备 占用量大。 针对多 年来生产 中的加工难题 ， 寻求品质的提升 、 效率的提高 、 成本降低的 途径和方法 ， 运用 特 种 加 工技 术 —— 电火 花 加 工 技术 和 电解 加 工技 术， 同时结合现代数控加工技术 ， 通过对典型结构机 匣外 型面大量 的基础试 验研究 ， 取得了 良好 的加工效果 ， 在保证工艺要求基础上 ， 满 足 了生 产高 效 益 的需 求 。 １多轴 数 控铣 削 机匣型面 的成形 ， 国内通常是通 过在多轴数控铣 削设备上加工 完 成 的 。数 控 机床 的 出现 以及 带来 的 巨大 利 益 ， 引起 世 界 各 国科技 界 和 工业 界 的普 遍 重视 。在航 空机 闸机 械 加 工 中 ， 发展 数 控 机 床是 当前 我 国机 械 制 造业 技 术 改 造 的必 由之 路 ， 是 未 来工 厂 自动 化 的基 础。 数控机床 的大量使用 ， 需要大批熟练掌握现代数控技术的人员 。 数控技术 的应用不但给传统制造业带来 了革命性 的变化 ， 使制造业 成 为 工业 化 的象 征 ， 而 且 随着 数 控技 术 的不 断 发 展 和应 用 领 域 的扩 大， 它 对 国 计 民生 的一 些重 要 行业 的发 展起 着 越 来越 重 要 的作 用 。 机匣零件外环形面共分二级 ， 分布有二条环形 凸缘 ， 下部有 １ 个 纵 向小 凸缘 ， 两 个 纵 向 凸缘 对称 分 布 。 由 于机 匣 毛坯 是 自锻件 ， 加 工余量很大 ， 且零件材料难切削 ， 为了保证 尺寸加工精度 和表 面加 工质量 ， 防 止加 工 后 零件 变 形 。其外 型面 加 工 分 层 、 分 块进 行 ， 采取 合理的走刀路径 ， 采用对称 的切削加工余量 。分几次走刀加工到最 后尺寸的方法 ， 以减少加工后的变形 。 因此 ， 该机匣加工划分三个主 要 阶段 并 附加 特征 工 序 热 处理 ， 以去 除 材料 内应 力 ， 防止 零 件 变形 。
航空发动机机匣高效加工方法研究
摘要之阿布丰王创作航空发念头是飞机的核心部件,而机匣则是航空发念头上关键部件之一,其结构极为复杂、制造难度年夜.机匣从毛坯到制品的加工过程中,年夜约有70%的资料被切除,其中绝年夜部份是在机匣的粗加工阶段完成.因此,高效粗加工是实现缩短机匣研制周期的关键.针对机匣结构特点,本文提出采纳插铣取代传统侧铣进行高效粗加工,并从机匣零件建模、机匣数控加工工艺、机匣插铣粗加工刀位生成等方面开展了研究.本文完成的主要工作和取得的功效如下：1）对机匣的结构进行了分析,并根据机匣的结构特征利用UG软件实现了机匣的实体建模.2）研究了机匣高效粗加工工艺.针对侧铣与插铣两种加工方式,从切削厚度和刀具挠度两方面进行理论比较分析,并对切削力进行仿真比较分析.结果标明,在相同切除率条件下,插铣径向切削力仅为侧铣的0.6倍,切削过程稳定.3）根据机匣插铣加工工艺与机匣结构特点,规划了其插铣刀位轨迹,并在UG环境下生成了相应的插铣加工刀位轨迹.另外,以UG为二次开发平台,实现了对插铣线的优化,可有效防止插铣加工过切.关键词：机匣,高效加工,插铣,刀位轨迹,UG二次开发ABSTRACTAero-engine is the core component of the aircraft, and the casing which is a key part of the engine is difficult to manufacture because its extremelycomplicatestructure. About70% of the material is removed from blank to finished product, while the most material is removed in rough milling of casing. Therefore, high efficiency roughing of the casing is a key technology to realizing higher efficiency manufacturing and shorter developing cycle. Based on characteristics of casing, plunge milling was proposed to instead of traditional layered flank milling in this paper. And the part modeling, the CNC machining process modeling, the cut-location generation of the plunge milling in rough machining were studied.The main work and achievements of this thesis are as follows:1) The casing structure is analyzed, and on thisbasis, the entity model of casing is established using UG.2) The efficient rough machining of casing is studied for process planning. Between the side milling and plunge milling methods, cutting thickness and tools deflection were contrasted in theory and the cutting force were contrasted in simulation. The results show that, under the same resection rate, the radial cutting force of the plunge is only 0.6 times than the side milling, and the process is stable.3) According to the Plunge milling process and the structure characteristics of casing, the plunge milling cutter path was planned, which is then generated in UG. Additionally, aiming at overcut in plunge milling process, the optimization of the plunge milling line has been implemented using UG secondary development.Key words: Casing, Efficient processing, Plunge milling, tool path, UG Secondary development目录摘要IABSTRACTII第一章绪论11.2.1 复杂结构类零件粗加工技术21.2.2 插铣工艺技术3第二章机匣造型72.3.1 机匣模型分析92.3.2 机匣实体建模10第三章机匣数控加工工艺15第四章机匣插铣粗加工刀具轨迹254.1 UG数控加工254.3.1 加工环境设定274.3.2 刀具轨迹生成274.3.3 法式后置处置33总结38致谢39参考文献40第一章绪论航空发念头是飞机的“心脏”,其内部温度高,转速高,压力年夜,使用寿命长,构件的机械负荷和热负荷年夜,工作条件十分苛刻和复杂,其研究和发展工作的技术难度年夜,耗资多,周期长,是一个世界公认的、复杂的多学科综合性系统工程[1].机匣是航空发念头上最关键、最重要的部件之一,它是支撑转子和固定定子的重要部件.发念头的推力也是通过机匣传到飞机上的,因此机匣是重要的承力部件,所以对机匣的强度要求比力高.在工作状态下,机匣接受发念头的气体负荷和质量惯性力,这些负荷以轴向力、横向力或侧向力、弯矩、扭矩等形式同时作用在机匣上[2].机匣还接受由温度、温差引起的热负荷,以及热负荷对资料强度带来的变动所引起的应力.在飞机的每次起飞降落过程中,机匣接受由发念头的启动→工作状态→停车和飞机机动飞行引起的循环压力、扭转载荷以及震动载荷.受发念头工作循环和飞机起飞、降落的影响,机匣受到的载荷是循环变动的.作为高空环境运行部件,就必需要满足静强度要求和疲劳强度要求,必需具有足够的稳定性；对工作在高温下的机匣,要求其在整个寿命期内有足够的抗蠕变能力；在转子叶片断裂时,保证飞机和乘员的平安,还要求机匣具有过负荷包容能力.因此机匣的结构设计除要满足支撑功能外,还要求设计方案保证强度、稳定性要求.整体机匣加工技术是一个系统工程技术,该技术涉及NC编程技术、数控技术、刀具技术、资料技术、信息技术、管理技术等,整个机匣加工水平和效率的提高需要以上各技术应用的综合提高.机匣是典范的高强度要求薄壁件(最薄处只有几毫米,而外径可达一到两米),其结构复杂、资料难加工、加工余量年夜、易发生变形.作为航空发念头的核心部件,机匣的制造质量对发念头的整体性能影响很年夜[3].而现有机匣加工工艺稳定性、成熟性和可靠性不高,生成周期长、本钱高,许多应用于制造工艺的新机理、新方法、新结构、新技术尚未采纳.因此,为了适应数字化生产条件下的机匣加工需求,现有的机匣加工技术必需通过技术革新予以变动.航空发念头机匣资料一般多采纳钛合金、高温合金等耐高温、难切削资料,从毛坯到制品的加工过程中,年夜约有70%的资料被切除,其中绝年夜部份是在粗加工阶段完成.因此,机匣的高效粗加工是实现机匣高效加工、缩短制造周期的关键[4].1.2.1 复杂结构类零件粗加工技术开式整体叶盘通道属于特殊类曲面型腔结构,其粗加工可采纳侧铣法与插铣法.Chiou[5]提出了一种加工腔槽的五坐标刀具轨迹生成方法——FWC方法,利用腔槽的底面、正面和顶面,通过平移、缩放、旋转等把持生成了光滑连续无干涉的侧铣刀具轨迹,并胜利应用于叶轮通道的粗加工.Young 和Chuang[6,7]对直纹面叶轮的侧铣粗加工方法进行了研究,提出了刀轴计算方式及刀位轨迹生成方法,其刀轴计算沿用了精加工中的侧铣刀轴方向.Bala[8]提出了可视锥、可达锥的概念,进行复杂腔槽加工可见性与可达性分析,并据今生成无干涉的五坐标粗加工轨迹.在规划刀具轨迹时,合理选取刀具尺寸也可以有效的缩短粗加工的时间[9].西安交通年夜学赖天琴等[10,11]利用圆柱棒铣刀和圆锥棒铣刀对直纹面的侧铣加工进行了研究,提出了用最小偏置角原理求取刀轴矢量的方法,使加工误差趋于最小.西北工业年夜学的单晨伟等[12,13]为提高开式整体叶盘的粗加工稳定性,在粗加工阶段,提出采纳将自由曲面蜕酿成直纹面的方式简化开式整体叶盘通道开槽加工的难度,实现稳定切削.提出了一种新的刀轴矢量计算方法,并基于直纹面给出了开式整体叶片通道四坐标侧铣粗加工数控编程方法,规划出了无干涉的刀位轨迹.任军学[14]等提出了一种开式整体叶盘通道区域五坐标粗加工刀具轨迹规划方法,该方法通过生成整体叶盘薄壁叶片的直纹包络面,以确定叶盘通道粗加工区域的鸿沟轮廓,并基于直纹面五轴侧铣加工刀具轨迹双点偏置生成方式,利用投影法规划开式整体叶盘通道区域粗铣加工的刀心点轨迹与刀轴矢量方向.南京航空航天年夜学的胡俊志[15]提出在型腔的转角粗加工中采纳插铣方法,并根据型腔转角面的几何特性,提出了无干涉插铣刀轴方向的算法,结合加工刀具参数信息实现了插铣加工区域计算.北京航空航天年夜学的郭连水[16]提出在涡轮叶盘数控加工粗加工阶段,采纳插铣方法取代传统的点铣加工,分层加工,减小加工变形.魏建中[17]提出将插铣应用于飞机整体框零件拐角加工中,针对拐角插铣加工路径规划问题,从工程实际中提取优化模型,采纳蚁群优化算法,对插铣路径进行优化,通过优化前后的比较,验证了所建模型和优化算法的准确性和实用性.冯明[18]提出了一种面向转角特征的插铣刀轨生成算法,根据转角特征类型的分歧,分为Z向插铣和5轴插铣两种加工方式,实现了型腔转角残留区域高效、无过切的加工,并基于CATIA平台开发了面向转角特征的插铣模块.西北工业年夜学的王增强[19]等提出在开式整体叶盘的粗加工阶段,采纳插铣加工取代传统的五轴数控加工点和侧铣,实现高效加工.胡创国[20,21]提出了一种开式整体叶盘通道的五坐标插铣粗加工方法,利用直纹面迫近叶型曲面,进而确定通道粗加工区域的鸿沟轮廓,通过连接刀心轨迹线和刀轴驱动线上的对应点,规划插铣粗加工叶盘通道时的刀具轨迹.任军学等[22]根据开式整体叶盘通道的结构特点,提出了四坐标插铣开槽高效低本钱粗加工方法,通过叶盘叶片偏置面的直纹包络面迫近,确定叶盘通道粗加工区域,给出了四坐标插铣刀位轨迹生成算法.该方法有效解决了直纹面迫近的曲面鸿沟问题,并通过对叶片偏置面的直纹迫近从根本上防止了刀位轨迹计算时误差的发生.1.2.2 插铣工艺技术插铣法（plunge milling）又称为z轴铣削法,是近年来提出的一种针对较深腔槽的高效率加工方法,以实现对毛坯的高效粗加工.所谓插铣法就是在加工过程中刀具沿主轴方向做进给运动,利用底部的切削刃进行钻、铣组合切削,是一种能够在Z方向上快速铣削年夜量金属的加工方式,主要用于半精加工或粗加工.在重复插铣到达预定深度时,刀具不竭地缩回和复位以便于下一次插铣时可迅速地从垂叠走刀处去除年夜量金属,如图1-1所示.图1-1插铣示意图插铣加工的加工方式比力特殊,与其他加工方式相比,它具有以下一些优点[23]：1.加工效率高,能够快速切除年夜量金属．相对普通铣削加工而言可以节省一半以上的时间.2.刀具的悬伸长度比力年夜,特别适用于一些模具型腔的粗加工.3.可以对钛合金等难加工资料进行曲面加工或切槽加工.4.加工时主要的受力方向为轴向,而径向力较小,因此对机床的功率或主轴精度要求不高而且具有更高的加工稳定性．可以利用老式机床或功率缺乏的机床获得较高的加工效率.5.可以减小工件变形.6.可用于各种加工环境,可用于单件小批量的一次性原型零件加工.也适合年夜批量零件制造.由于插铣具有效率高、能够快速切除年夜量金属的优点,而且非常适合于加工难加工资料(如钛合金)和一些复杂曲面的零件.因此在许多领域,尤其是在航空航天领域正在逐步扩年夜应用.目前国内外各年夜高校、科研机构以及一些公司开发部份对插铣相关技术的关注不竭加深,使得对插铣的研究不竭深入.从而对其切削机理更加了解,适用于插铣的CAD／CAM软件和插铣专用刀具也会不竭完善和发展.Altintas[24]等人研究了插铣加工的颤振稳定性,介绍了插铣加工的频域模型和颤振稳定性的预测理论,将再生切屑厚度作为横向、轴向和扭转振动的函数,建立了再生切屑厚度模型,将插铣的稳定性问题暗示为一个四阶特征值问题,通过特征值求解预测加工稳定域,并通过实验得以验证.Hoon Ko[25]等人研究了插铣加工的时域模型,介绍了插铣加工过程中的力学和瞬态建模,结合刀具的刚性运动和机床的振动来估算沿切削刃方向随时间变动的瞬态切屑载荷分布,通过进给、横向切入、刀具几何形状、主轴转速以及由振动引起的再生切屑载荷预测横向和轴向的切削力,并比较分析仿真和实验所得切削力和振动数据验证建立的数学模型.Wakaoka[26]等人研究了峻峭壁的高速高效插铣加工,从刀具挠度方面比较采纳端铣与插铣对加工概况粗拙度和精度的影响,结果标明在峻峭壁的加工中,采纳高速插铣将比采纳逆铣方式的侧铣获得更高的精度.Li Y[27]等介绍了一种在特定工件资料、刀具几何参数、工件几何参数以及其它切削条件下的多齿插铣切削力解析模型,通过建立每齿微元切削力与瞬时切屑面积的关系,对其进行数值积分估算切削力,并通过实验验证了该模型的准确性.孙建军等[28]建立了一种基于PC104总线和LabVIEW的插铣刀具磨损在线监测与故障诊断系统,该系统能够获取和分析加速度传感器的振动信号,建立插铣刀具磨损和振动关系,为插铣刀具磨损研究提供了重要依据.天津年夜学的齐文国[29]等人建立了基于多元线性回归法的铝合金插铣铣削力模型,通过对铝合金插铣铣削力的实验丈量,并利用统计分析软件SPSS进行回归分析和检验,对插铣过程中铣削力随切削参数的变动而变动的规律进行了研究.齐文国[30]还研究了插铣过程中的刀具性能,选择四种分歧厂家牌号适合用于插铣加工的刀具对钛合金试件进行了插铣加工试验,分析了钛合金插铣过程中铣削力、切削温度、切削振动随切削参数的变动而变动的规律,并对铣削力建立了数学模型.通过对四种刀具的实验结果进行分析和比力,并综合专家意见,应用模糊集理论中的模糊多目标决策系统,获得了四种插铣刀具性能的模糊综合评判,为插铣刀具、插铣切削用量的选择提供了依据.秦旭达[31]等人针对钛合金(Ti-6Al-4V)的切削特点,研究了具有高速、高效特点的Ti-6Al-4V的插铣过程,分析了切削力的特点,建立了钛合金(Ti-6Al-4V)插铣铣削力模型,并对铣削力的变动规律进行了研究.秦旭达[32]还通过热电偶法对铝合金工件插铣过程中已加工概况温度进行在线静态丈量,并利用最小二乘法对试验数据进行回归分析,建立了已加工概况温度的经验模型,得出了切削参数对切削温度的影响规律,为优化切削参数、研究刀片磨损机理提供了参考数据.西北工业年夜学的任军学等[33]进行了钛合金整体结构件高效插铣工艺实验研究,在同一切除率实验条件下,采纳几何参数完全相同的两把整体硬质合金刀具,分别针对插铣和侧铣工艺方案的切削力、切削稳定性以及切削温度等进行实验比较,证明了整体结构件插铣开槽的优越性.机匣属于复杂薄壁结构件,内、外形具有复杂的曲面形状.其主体周向分布着柱状凸台、腔槽等特征,制造难度年夜.传统的腔槽结构加工方法一般采纳在四、五坐标加工中心上采纳细长刀具分层侧铣的加工方法.侧铣加工时,刀具主要受径向力作用,在径向力的作用下刀具变形,刀具将发生变形、颤振,刀具磨损加剧,刀具折断等现象,使得加工效率显著下降,严重影响机匣的加工和质量稳定性.根据以上机匣的加工特征,比较插铣与侧铣的加工优势,选择更为高效的插铣方法,完成机匣高效粗加工.1.3 论文主要内容及章节安插本文以燃烧室机匣为研究对象,采纳UG实现机匣建模,深入分析其加工特征.通过理论和仿真实验比较侧铣与插铣的切削力、切削厚度得出插铣在粗加工中具有高效、低颤振的优点.采纳插铣加工以取代传统的侧铣分层加工,以UG为平台生成机匣的插铣加工法式和刀具轨迹,从而实现燃烧室机匣的高效粗加工.论文全文共分为四章,各章节内容安插如下：第一章绪论介绍本文的研究布景和意义以及粗加工工艺技术的国内外发展现状,并给出本文的主要内容及各章节安插.第二章机匣造型对机匣的结构进行了分析,并根据机匣的结构特征,采纳基于特征的建模方法,以UGNX4.0为建模平台,通过绘制草图、拉伸轮廓等把持实现机匣的实体建模.第三章机匣数控加工工艺分析机匣零件的工艺特征,并制定工艺路线和工艺阶段的划分,通过理论分析和仿真实验比较来说明插铣在机匣的粗加工中具有高效和径向切削力小的优点,确定插铣为本文机匣的粗加工方式.第四章机匣插铣粗加工刀具轨迹规划提出了刀具轨迹规划的原则,在UG的加工环境中实现机匣插铣粗加工刀具轨迹的生成,并通过以UG为平台的二次开发解决了插铣中刀具过切的问题.第二章机匣造型对机匣的结构进行了分析,并根据机匣的结构特征,采纳基于特征的建模方法,以UGNX4.0为建模平台,通过绘制草图、拉伸轮廓等把持实现机匣的实体建模.1．特征模型信息描述特征是指描述产物信息的集合,也是设计或制造零部件的基本几何体.它是以结构的实体几何（CSG：Constructive Solid Geometry）和鸿沟暗示（B-Rep：Boundary Representation）为基础的,源于产物的模块化设计思想.特征是参数化的几何体,通过改变特征的尺寸,可以用有限的特征构造出无限的零、部件模型,具有一定的工程意义.从产物建模和工艺信息数字化的角度考虑,特征分类如图2-1所示.图2-1特征分类零件模型的生成不是依赖于体素拼合,而是突出了各种面的作用,如基准面、工作面和连接面等,需要处置和记录分歧特征间的继承、邻接、附属和引用联系.根据特征间的联系,将特征类的实例界说为对象,可以获得图2-2所示的特征联系图.图2-2特征联系特征包括三方面的属性：参数属性,描述特征形状构成及其它非几何信息的界说属性；约束属性,描述特征成员自己的约束及特征成员之间的约束关系属性；关联属性,描述本特征与其它特征之间、形状特征与低层几何元素或其它非几何信息描述之间的相互约束或相互引用关系的属性.根据特征和特征联系的界说,建立基于特征零件信息模型的分层结构,分为零件层、特征层和几何层三层.将零件的几何信息按条理展开,以便于根据分歧的需要提取信息.零件层主要反映零件总体信息,主要包括零件子模型的索引指针或地址；特征层包括特征各子模型的组合及其各个模型间的相互关系,并形成特征图或树结构,特征层是零件信息模型的核心,各特征子模型间的联系反映出特征间的语义关系,使特征成为构造零件的基本单位,具有高条理工程含义.B-Rep结构表达的几何/拓扑信息是整个模型的基础,也是零件图绘制、有限元分析、工艺信息的数字化表达、装配分析等应用系统关注的对象.2.2建模平台选择本文选择中文版作为几何造型、工程分析、数控编程平台.选择UG作为建模平台,基于以下原因：Unigraphics（简称UG）是美国EDS公司推出的集CAD/CAM/CAE于一体的具有强年夜的设计和加工功能的高端CAD/CAM软件系统.UG实体建模将基于约束的特征建模和传统的几何建模方法融为一体,形成无缝衔接的“复合式建模工具”,用户可以在基于特征的环境下发挥传统的实体、曲面和线框造型功能的长处.UG的CAM模块具有强年夜的加工功能,可以生成用于五轴加工的数控法式,满足各种复杂曲面的加工要求,其生成数控加工代码的能力更强,可以方便的生成钻削、3轴/多轴铣、线切割、车削等数控代码.另外,UG提供的二次开发语言Open GRIP、Open API、Open++等功能强年夜、简单易学,且支持C++和Java语言的面向对象的法式设计方法.这一切使得UG在工业界成为一套无可匹敌的高级CAD/CAM/CAE系统,也成为此次论文研究几何平台的选择对象.图2-3 机匣整体造型图2-4 机匣主视图图2-5 机匣俯视图图2-6 机匣周向凸台如图2-3、图2-4、图2-5所示为一个燃烧室机匣.机匣高度214mm,年夜端外径Φ752mm,内径Φ600mm,小端外径,内径Φ628mm.机匣主体是一个回转体,在周向分歧高度、分歧角度上分布四种类型的年夜小凸台共15个,另外有两条完整的肋,总体结构比力复杂.根据零件的结构特征,可以分为以下几步来进行机匣建模：1、通过旋转截面线的方法获得机匣主体的模型；2、利用坐标转换等通过曲线在机匣周向上旋转、拉伸出凸台,并与机匣主体进行适当的布尔运算；3、对机匣零件相应边进行倒角和倒圆.机匣主体机匣的主体是一个回转体,因此可以通过旋转截面线的方法获得其模型.这里有两种做图的方法：1、在modeling模式下直接进行绘图；2、在sketch模式下进行绘图；以上两种方法都可以实现零件的图形绘制.在实际使用中可以体会到：modeling模式直观方便,可以较快地完成较为简单的图形绘制；而草图模式,由于具有良好的绘图界面和模块,可以使用约束对图形进行快速修改,在绘图（特别是一些较为复杂的图形）时,则显得更为实用.因此,在模型建立中的绘图,都采纳了草图绘制.首先,确定建模基准.选取机匣轴向由年夜端指向小真个方向为Y轴正方向,径向方向分别为X轴和Z轴.确定第一层为以后工作层.在草图模式下,可以通过工具栏中【直线】、【圆弧】、【圆】等来绘制基本线条；通过【派生直线】、【偏置曲线】来进行线条的偏置；通过【快速修剪】、【快速延伸】、【圆角】来进行线条的修剪、延伸和倒圆角；通过【镜像】来进行对象的对称复制；通过【工具条：捕捉点】来进行点的自动获取和捕捉.在绘图中可以使用菜单栏【编纂】中的【变换】来对图素进行多种方式的移动和复制.在草图绘制中年夜量使用约束来方便快捷地进行自动捕捉、曲线定位和图素年夜小更改,具体绘图方法这里不做介绍.最后,依照图纸要求绘制出机匣主体截面线如图2-7：图2-7机匣主体截面线接下来就可以通过【回转】旋转来获得机匣的主体.这里需要注意两个问题：1、机匣的截面线一定要正确.截面线不能为非封闭曲线,这样旋转出来的实体其实是片体,无法和后续的凸台进行布尔运算；截面线不允许在旋转时会发生自相交曲线,否则截面线无法旋转获得实体.2、在UGNX4.0中,回转截面时需要选择一点以定位旋转矢量,可以事先做一条从原点动身且平行于Y轴的线段,取点时捕捉该线段上任意一点即可.最后获得机匣主体如图2-8所示.图2-8机匣主体方形凸台在机匣的周向轮廓上分布有2个方形凸台,凸台间相隔90度,它们的特征相同,Y轴坐标也相同,因此建立好一个后可利用变换绕Y轴旋转90度获得另一凸台.为了显示清楚和建模方便,可以将其他图层或者以后图层视图中暂时不相关的对象隐藏起来.首先,建立凸台相应的坐标系.可以单击【静态WCS】将静态坐标显示出来,。
航空发动机机匣构件机械加工工艺优化 姜志龙
航空发动机机匣构件机械加工工艺优化姜志龙摘要：在飞机当中，发动机是最为重要的组成部分之一，也是当前国家非常重视的一项技术。
而在航空发电机部件机械加工过程之中，其机匣构件是机械加工的一个难点和重点。
航空发电机机匣构件在进行机械加工时由于其材料、尺寸、形状等因素，往往导致其加工完成之后出现超差情况，从而影响到整个航空发电机质量。
基于此，文章针对航空发电机机匣构件机械加工工艺展开了分析，并就如何进行优化进行了探究。
关键词：航空发动机；机匣构件；机械加工；优化1.引言航空发动机机匣构件作为飞机中非常重要的一部分，其机械加工质量至关重要。
航空发电机机匣构件多是高强度合金材质，例如高温合金、钛合金等等。
这类材质大都具有良好的耐高温性、高负荷性，不过这种材质在机械加工过程之中难度相对较大，如若采取的加工工艺不当，很有可能导致出现超差情况，从而严重影响到整个航空发动机的使用寿命。
因此，必须对航空发电机机匣构件加工中所采用的机械加工工艺进行科学合理的优化，提高机匣构件加工质量，促进航空发动机质量的提升。
2.影响机匣构件机械加工质量的因素在航空发动机机匣构件加工中，影响其加工质量的因素比较多，而在众多影响因素当中，最为主要的影响因素有两种，分别为：第一种因素是加工过程中所选择刀具材质等影响，第二种则是加工过程中各种参数等影响。
这些因素在很大程度上影响着航空发动机机匣构件加工几何尺寸，对机械加工之后的加工精度有着较大的影响。
若是航空发动机机匣构件加工质量达不到足够要求，那么必将严重影响到航空事业的安全性。
除此之外，由于机匣构件质量直接关系到整个航空发电机的使用寿命，为了保证机匣构件具体足够的强度，则应该避免机匣构件外表面出现机械加工损伤。
由此可见，若想在一定程度上提高航空发电机使用寿命，那么就必须对其机械加工质量加以控制，进而保证机匣构件质量达到相关要求，只有这样才能够进一步推动我国航空事业的发展与进步。
3.机匣构件受力分析在航空发电机中，应对其机匣构件的轴承支点位置加以重视，该位置属于航空发动机主要的支撑点，所受到的应力相对较为集中，并且该位置在航空发动机涡轮的后壳之下，该位置直接与轴承表面接触，是保证轴承部位的重要结构。
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技术 的 发展提 供 了很 大 的便 利 。
一
第二套加 工方案 把热处理 工序放 在了半精 车工序 以后 ， 半精车 工序给精 车 工序 留了１ ． ５ ｍｍ的余 量 。 这样 即使 热处 理后零 件变 形 ， 因为还 有 加工余量 可 以 继 续进行 补救 加工零 件 。 在车 加 工的 时候为 了防 止应力 过大 ， 在 加工 中需要 在 粗车 大余量 之后 ， 松开压 板释 放至少 ｌ 叫、 时 应力后 ， 重新 压紧进 行半 精车 。 该工 序可 以释放粗 车之 后产生 的应力 ， 并且保 证在 加工之 前夹具和 工件 的找正 不超 过０ ． ０ ３ ｍｍ， 防止 由于 找正 不精 导致 尺寸 超 差 ， 并且 在工 序 中重要 尺 寸公 差 扣
．
燃 烧 室机 匣 结构 及材 料分 析
零 件 外径 为 ６ ８ ５ ． ８ ａｍ， ｒ 内径 为 击４ ８ ７ ． ８ ４ ａｍ， ｒ 高度 为２ ４ ８ ． ５ ６ ａｍ。 ｒ 零件 有 ２ Ｏ 个燃 油 嘴座 ， １ 个第 九级 引气座 、 ２ 个 点火器 座 、 ３ 个 孔探测 仪 、 １ 个 测Ｔ ３ 座、 １ 个 Ｐ Ｓ ３ 座 及４ 个ｃ ＤＰ 弓 ｌ 气孔 座 。 尺 寸公差 精 度最 高处 为０ ． １ ｍｍ， 壁厚 最 薄处 为３ ． ２
铣加 工 内外 凸台 。 在铣 加工 工序安 排上 ， 尽量 在 一道工 序安排 尽量 多 的加 工 内 容， 也就 是工 序集 中原 则 ， 防止零 件在 加工 中反 复装夹 ， 导 致零 件变 形 。 这道 工
序是 加工最 困难的工 序 ， 由于工件 凸 台较多 ， 而且 凸台间 间隙很小 ， 在铣 削 时很
加 工方 案加 工方 案不可 行 。
术， 吸 收了整 个美 国Ｇ Ｅ 产 品系列 ５ 亿飞 行小 时的使 用经验 ， 从 世界 上最大 、 功 率 最强 劲的Ｇ Ｅ ９ ０ ￣ 至１ ０ ｏ 座 以上客机 用 的最 畅销 、 最可 靠的Ｃ Ｆ ６ 和Ｃ Ｆ Ｍ５ ６ 发动 机 其高 耐用 的环 形低 排放 燃烧 室 ， 满足 甚至超 过 当前所 有的 排放 标准 。 国内这 种
论文 研究 的Ｃ Ｆ ３ ４ －１ ０ Ａ 型发 动机是 专 为中国 西部 的高 温高 海拨机 场开 发 ，
用于 中国 自主研 发 的Ａ ＲＪ ２ １ 系列支 线客机 ， 它 融合 了当今 可获得 的最 先进 的技
，Leabharlann 且 工艺本 身操 作灵活 ， 无公 害。 第 一套工 艺路线 安排精车 加工 后进行真 空 热
处理， 由于 真空 热处理 是要 把加 工 中应力 释放 出来 ， 这样 不容 易控 制零件 真 空 热 处理 之后 的变形 量 。 第一 套方 案真 空热处 理后 零件车 加 工产生 的应 力释放 ， 零件 尺寸 变化 很大 ， 最严 重的超 差情 况为 ｌ ｍｍ， 同时零 件 的外径 和 内径 的 圆度 变化 很大 。 由于很 多尺 寸都 已经加工到 了最 终 ， 不 能够进行 补加工 ， 所 以第一 种
±０ ． １ ０ ２ ａｍ。 ｒ 零件 毛 料为 环 锻料 ， 硬 度为 ＨＲＣ ４ ６ － ４ ７ ， 零 件材 料 是难 加 工材 料
Ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｅ ｌ ７ １ ８ 。 由于零件 凸 台较多 ， 而且 凸台之 间 间隙较密 ， 加工 非常 困难 。 该零件 是组合 机 匣的一部 分 ， 它还要 与两个机 匣焊 接到一 起 ， 成为一 个组件 机 匣。 另 外 两个零 件 是出 口整 流扩压 器组件 和机 匣后 断。 机 匣中焊接 接头的 尺寸精度 直接 影响 其焊 接质 量 ， 因此对 其尺 寸 精度要 求 非常高 。 由于材料导 热性 较差 ， 在切 削加工 中切削温 度高 ， 加工硬 化现象 严重 ， 刀具
●Ｉ
航 空 发 动机 燃 烧 室 机 匣 加 工 工艺 研 究
黄金艳 闰 龙 吴 志新
（ 沈 阳黎 明航 空 发动 机 （ 集团） 有 限责 任 公 司 辽宁 沈 阳 １ １ ０ ０ ４ ３ ）
［ 摘 要］ 本论文研究的燃烧室机匣型别是Ｃ Ｆ ３ ４ －１ ０ Ａ， 其最大直径为 ６ ８ ５ ． ８ ｍｍ， 最小直径为 书４ ８ ７ ． ｇ ４ ｍｍ， 零件的承力锥壁最小壁厚为３ ． ２ ｍｍ， 零件承力 锥 壁上 存在７ 组 共３ ３ 个 凸 台。 其 技术难 点具体 表现 为 ： 凸 台复 杂 ， 铣 加工 振动及 变形 问题严 重 ， 数控程 序 优化 困难 ； 零 件 壁厚较 薄 ， 加工 时容易 变形及 产生 让刀 现象 ， 难 以保 证加 工精 度 ； 在 同一 工序 中要 实现 内外 ７ 种 凸台 的铣加 工 ， 在 保证 工艺 系统 刚性 的基 础上 编程 中需 要格 外注 意 ； 零件 材料 采用 镍基 高温 合金Ｉ ｎ ｃ ｏ ｎ ｅ １ ７ １ ８ ， 这 种 材料 硬 度较高 ， 并存 在严 重 的加 工硬 化现象 ， 容易 造成 刀具 快 速磨 损 。 ［ 关键 词］ 燃 烧 室机 匣 铣加 工 难 加 工材 料 中图分 类号 ： Ｔ Ｐ ２ ４ １ ＋． ２ １ 文 献标识 码 ： Ｂ 文章 编号 ： １ ０ ０ ９ — ９ １ ４ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） ３ ５ — ０ ３ ２ ５ 一Ｏ １
磨损严 重 ， 难 以保证 加工 效率和 加工 精度 ， 对其 进行 切削加 工非 常困难 （ 见表 １ ．
严。 在半 精车 之后 安排 钻镗 角 向定位 Ｌ ， 由于角 向定位 孔 的公差 要求 比较 高为 ±０ ． ０ ２ ５ ｍｍ， 所 以采用 先钻后 镗 的方式 保证 孔的精 度 。 定位 孔加 工完成 后进 行
难选 择刀具 确 定加 工方 向和 角度 ， 由于工 件的 材料硬 度为 ＨＲ Ｃ ４ ６ — ４ ７ ， 如 果选
第二套工艺路线为毛料图超声波检查后毛料检查车大端基准表面半精车小端内外型面半精车大端内外型面钻镗角向定位孔铣加工内外凸台去毛刺标印真空热处理车大端基准面精车小端内外型面精车大端内外型面铣内腔8处环槽及17个t型槽去毛刺车小端焊接接头车大端焊接接头清洗荧光检查抛修擦拭腐蚀最终检验清洗包装入库
理论广角