盘件周向Ω型榫槽的加工技术浅谈
椅子的榫头与榫槽加工设备
椅子的榫头与榫槽加工设备
严峻
【期刊名称】《家具》
【年(卷),期】2012(000)006
【摘要】随着数字化技术、高精度机械部件在木工机械上的应用,榫头加工、榫槽加工设备的设备性能和加工质量发生了深刻的变化,设备的主要性能已达到国外同
类产品的水平。
以数字化、高精度为特征的现代加工技术在椅子生产中已广泛应用,从一把实木椅子的加工质量也可反映该家具企业的实木加工的工艺技术和装备水平。
【总页数】3页(P85-87)
【作者】严峻
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TS665.4
【相关文献】
1.榫头与卯口不同接触程度下大头榫节点的低周反复荷载试验 [J], 刘芳莲;陶忠;刘涛;张联霞
2.椭圆榫开榫机榫头厚度变化机理 [J], 孟庆午
3.发动机榫头榫槽接触应力的有限元分析 [J], 郑杨
4.航空发动机叶片榫头榫槽连接结构微动疲劳研究 [J], 陈希;王俊昌;胡春玲
5.榫头局部正交层板结构对直榫节点受力性能的影响 [J], 武国芳;龚迎春;钟永;赵
荣军;任海青
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浅谈风扇盘圆弧榫槽的加工技术
浅谈风扇盘圆弧榫槽的加工技术摘要：随着我国大飞机项目的启动和对航空发动机性能要求的提高，某型发动机风扇盘在国内首次采用圆弧榫槽设计结构，材料为钛合金。
钛合金材料的切削加工性能差，圆弧榫槽的精度和光度要求较高，且常规盘类榫槽的加工方法（拉削）无法实现圆弧榫槽的加工。
本文针对该种情况，较详细地介绍了圆弧型榫槽加工的铣削，根据此加工方法加工的零件，能满足产品设计要求。
关键词：圆弧榫槽；空间窄小干涉；振刀严重；榫槽成型铣刀；数控程序优化引言为了进一步提高航空发动机性能，国内某型发动机采用风扇盘和叶片用圆弧型榫槽连接方式，这种结构在我国航空发动机中从来没用过，由于榫槽加工精度和光度要求很高，且材料使用的是钛合金，研制难度很大。
无论是加工还是检测，都非常困难。
鉴于国内尚无铣加工圆弧榫槽方面的先例，也无任何相关资料可借鉴，要实现圆弧榫槽铣加工，保证其设计要求，只能专门针对圆弧榫槽的特殊结构，通过刀具设计、刀具试验、高精度成型刀具制造技术，优化刀具结构和加工过程各项参数；合理的分配铣削余量；充分利用UG软件的附加刀路,来实现圆弧榫槽安全、流畅、高效加工。
一、圆弧榫槽的结构特点和技术现状航空发动机风扇盘材料为钛合金，零件上分布的榫槽数量多、深度比大、设计精度高。
加工过程中会出现严重的让刀现象和振刀严重、铣刀刀面崩刃、加工表面粗糙度低等问题。
二、风扇盘圆弧榫槽加工的技术难点风扇盘圆弧榫槽的加工归纳起来需解决如下五个难点：（1）风扇盘材料难加工（钛合金TC4），圆弧型榫槽在铣加工中的让刀现象和振刀严重。
（2）圆弧榫槽深度比大、空间窄小受限。
（3）解决铣削圆弧型榫槽时刀具参数、刀杆、及设备间的合理搭配及结构形成（4）被加工榫槽纵深较大且有外围花边阻挡，吃刀和受力不均匀、加工效率。
（5）圆弧榫槽轮廓度尺寸小、位置度要求严，型面复杂，检测困难。
三、针对难点采取的技术措施：1、针对材料难加工的问题：风扇盘材料为TC4，此材料具有变形系数小、切削温度高、单位面积上的切削力大、刀具易磨损等特点。
一至六级双翼涡轮盘榫槽加工工艺研究
一至六级双翼涡轮盘榫槽加工工艺研究作者：万秀屏边景全孙爱鹏来源：《中国新技术新产品》2018年第19期摘; 要：某新型发动机低压涡轮转子一至六级涡轮盘是典型的双翼涡轮盘新型结构，零件结构、形状较为复杂，其中榫槽精度要求高，通过拉削工艺方法加工完成。
榫槽连接轮盘与叶片，在高温条件下工作，不仅承受很大的离心力、弯曲应力、剪切力等综合作用，而且叶片叶身是否能够保持规定的位置和方向也取决于榫槽的精度。
因此保证涡轮盘榫槽的加工质量，提高零件合格率至关重要。
本文通过掌握双翼涡轮盘榫槽加工变形控制技术和变形规律，提高零件尺寸精度，拉削变形影响范围过程受控，解决目前零件合格率低的技术难题。
关键词：双翼涡轮盘;榫槽拉削;变形控制;工艺方案中图分类号：TP391; ; ; 文献标志码：A0 引言随着科学技术的不断发展，在新型航空发动机中，盘类零件材料的性能不断提高，榫槽结构更是多样化、复杂化，榫槽精度和表面粗糙度要求越来越严格，导致工艺性较差，特别是新机中出现多种结构榫槽，没有成熟经验，刀具强度设计难度更大，拉削过程中崩刀现象更为严重，因此对榫槽拉削技术提出了更高的要求，如何提高拉刀使用中的强度，有效保证榫槽拉削质量，已经成为拉削制造技术上的关键，研究盘类零件的结构特点，保证拉削后榫槽的位置精度和尺寸精度已经成为盘类零件研制过程中首要任务。
本技术攻关主要工艺改进措施包括：统计分析榫槽拉削前后零件尺寸的变化情况和变化趋势，调整零件榫槽拉削方案、拉刀结构、拉刀材料、拉削夹具、拉削速度等加工工艺方案，提升双翼涡轮盘件榫槽的拉削技术水平，有效地减少加工中的变形。
1 研究目标1.1 设计要求低压一至六级双翼涡轮盘零件直径大（Φ800mm～890mm）;材料均为高温合金IN718，属于难加工材料，各级轮盘榫槽槽型“Ω”型，多圆弧转接，榫槽尺寸小、数量多，开口小，内腔宽，制造精度要求高。
高温合金材料切削性差，拉削力大，增加了拉刀结构和强度设计难度。
风扇轮盘圆弧榫槽加工研究
风扇轮盘圆弧榫槽加工研究作者：李季吴宏春赵鹏飞文宝林曾维慷来源：《中国新技术新产品》2016年第03期摘要：发动机风扇轮盘是低压压气机转子部分关键的核心转动零件，材料为TC4，切削加工性能低。
该零件内部型面由两级腹板与前后安装边形成三个封闭的型腔，外部由多个燕尾结构的轴向圆弧形结构的榫槽组成，零件结构紧凑，轮廓尺寸较小，型面复杂，技术条件严格，由整体锻件加工而成加工的难度非常大。
本文着重介绍了某机风扇轮盘零件在加工中心上加工圆弧榫槽的加工过程，对圆弧榫槽加工的难点、注意事项、加工方法及技巧进行论述，解决加工难题的措施，成功实现零件的制造与交付。
关键词：风扇轮盘；加工中心；圆弧榫槽；数控程序；成型刀具中图分类号：V231 文献标识码：A一、前言某型发动机风扇轮盘是发动机低压压气机转子部分的关键零件，工作环境较为恶劣；零件选用材料为TC4，切削加工性能低。
该零件轮廓尺寸较小，最大外圆直径为ф398mm，零件高度为227mm，零件结构紧凑，型面复杂，技术条件严格。
毛料为模锻件，经退火处理、粗加工后交付，内腔型面由两级腹板与前后安装边形成三个封闭的型腔，盘心直径较小余量较大，外部为轴向圆弧形燕尾榫槽，由于与轮盘连接的叶片叶形尺寸较大，为了提高叶片榫头连接强度，榫槽结构设计成燕尾结构圆弧形榫槽，拉削方法无法进行加工，必须需要通过铣加工完成，槽型的精度要求非常高，定位面的轮廓公差仅为0.02mm，加工的难度非常大。
二、零件工艺图纸分析1 零件材料特点分析风扇轮盘采用TC4钛合金材料，零件硬度为HB（d）≥3.3mm，发动机在10000转/分钟以上，工作温度较高，工作强度和硬度较好，但这种材料切削加工时，其切削加工性较低，刀具磨损情况较为严重。
2 零件图纸分析风扇轮盘为发动机中的关键旋转部件，零件的尺寸较小，结构紧凑，圆弧形燕尾榫槽为新型结构，加工的精度要求较高，基本在几道之内，表面跳动要求在0.02mm～0.05mm，位置度要求在ф0.10mm以内，零件的加工难度较大。
盘类零件榫槽边缘自动倒圆和抛光技术
盘类零件榫槽边缘自动倒圆和抛光技术摘要：涡轮转子、压气机盘类零件中榫槽与转子叶片相连接，榫槽数量多，配合尺寸要求严格，对盘榫槽部位尖边倒圆加工精度要求逐渐提高，传统手工加工零件会产生划痕、碰伤，尖边尺寸去除量不足等缺陷，易使零件产生裂纹，导致零件低周疲劳特性降低甚至出现重大质量事故，因此，迫切需要研究和应用更先进的尖边加工工艺，提高零件加工质量和生产效率。
本项目主要的科技内容在于利用自动找正技术改变传统的加工模式，设计专用成型刀具进行榫槽尖边倒圆。
将盘榫槽去毛刺及倒圆工步用数控加工代替手工打磨，解决盘类零件钳工工序瓶颈，节省时间和人力，提高零件的加工效率和找正精度，实现零件自动化加工。
关键词：盘榫槽；手工打磨；自动找正；尖边倒圆；成型刀具引言本项目来源于中国航空发动机集团的自立课题《盘类零件榫槽倒圆技术攻关》,在完成小批量科研试制后逐渐转入批量交付，按照现有的人工榫槽倒圆速度，每个盘需要花费钳工5～8小时手工倒圆，当刀具不小心造成划痕则需要双倍时间进行返修。
该传统的手工倒圆模式已经不能满足现有的产品加工量。
1.立项背景及意义（1）立项原因：随着某型发动机年生产台份的增加，现有的生产模式越来越暴露出诸多问题，最突出的莫过于生产能力无法满足目标需求量。
盘类零件是机加厂的支柱零件，按现有的模式每月生产量远远无法达到目标，其一方面在于整体批产加工能力不足，另一方面也凸显在人员数量和人工成本这一方面。
盘类零件大部分的榫槽倒圆均使用人工打磨，人均每天打磨生产量不超过两件，复杂的榫槽倒圆由于刀具干涉，工步细致繁琐使得人工抛修失误造成尺寸超差，粗糙度未达到要求等问题，目前看来盘类零件的榫槽倒圆工序正逐步成为交付的瓶颈。
（2）立项意义：使用机械加工可以解决传统手工打磨产生的加工效率低，部分区域不可达，加工不均匀，质量不稳定等问题。
倒圆问题的解决可以解放大量的人工劳动力，而且质量更稳定，表面光度更好，可以很大程度的防止产生裂纹，增加盘的使用寿命，提升其安全可靠性。
榫槽机工作原理与参数设计方法
榫槽机工作原理与参数设计方法1. 榫槽机的工作原理榫槽机是一种用于木工加工的专用设备，主要用于制作榫头和槽口。
榫头是一种用于连接两个木件的结构，槽口则是用于容纳榫头的凹槽。
榫槽机通过旋转刀具和刀具的上下运动，将木料切割成所需的形状，从而实现榫头和槽口的加工。
榫槽机的工作原理可以简单概括为旋转刀具切削木料，通过运动轨迹的调整完成榫头和槽口的加工。
2. 榫槽机的参数设计方法在进行榫槽机的参数设计时，需要考虑多个因素，包括刀具选择、切削速度、进给速度、切削深度等。
刀具的选择对加工效果有着至关重要的影响，不同的刀具适用于不同类型的木料和加工要求。
切削速度和进给速度的设定需要根据木料的硬度和加工要求进行调整，过快或过慢都会影响加工质量。
切削深度的控制也是关键，过深的切削会增加刀具磨损和木料损伤的风险，而过浅的切削则会影响加工效率。
3. 个人观点和理解个人认为，榫槽机在木工加工中具有非常重要的作用，能够高效、精确地完成榫头和槽口的加工，为木制品的制作提供了关键的工艺支持。
在进行榫槽机的参数设计时，需要充分考虑木料的类型、加工要求和设备性能，以实现最佳的加工效果。
不断学习和探索榫槽机的工作原理和参数设计方法，对提高木工加工的质量和效率具有重要意义。
总结回顾通过本文的探讨，我们对榫槽机的工作原理和参数设计方法有了更加深入和全面的了解。
榫槽机作为一种重要的木工加工设备，具有很高的工艺价值，其参数设计对加工效果至关重要。
在日常使用中，我们需要根据实际情况进行合理的参数设计，以确保加工质量和效率。
对于榫槽机的工作原理和参数设计方法的学习和探索，将为我们在木工加工领域的发展和提升带来更多的机遇和挑战。
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榫槽机的参数设计方法具有很高的灵活性和技术含量，需要结合实际加工需求和设备性能进行合理的调整和优化。
下面将进一步探讨榫槽机参数设计的具体方法和技巧。
刀具选择是榫槽机参数设计的关键因素之一。
榫槽机工作原理与参数设计方法
榫槽机工作原理与参数设计方法榫槽机工作原理及参数设计方法是与木工加工相关的重要技术内容，以下将详细描述50条关于榫槽机工作原理与参数设计方法的知识：1. 榫槽机是一种用于加工木材的设备，其工作原理是通过旋转刀具对木材进行榫槽切削。
2. 榫槽机主要包括主轴、刀具、送料系统、定位系统等部件，这些部件共同协作完成榫槽加工任务。
3. 参数设计方法是榫槽机工作的重要环节，涉及切削速度、送料速度、切削深度、切削宽度等关键参数的确定。
4. 切削速度是刀具旋转时与木材接触的速度，直接影响切削质量和加工效率，需要根据木材的硬度和刀具的材质来确定。
5. 送料速度是指木材在加工时的移动速度，需要根据加工目标和木材性质进行合理设置，以保证加工质量。
6. 切削深度是刀具切削进木材的距福，需要根据榫槽深度和木材材质来确定，通常要进行适当调整以保证加工质量和刀具寿命。
7. 切削宽度是指刀具在单次切削中横向移动的距离，也需要根据榫槽尺寸和木材硬度进行合理设置。
8. 刀具类型和刀具的磨损程度都会影响榫槽机的工作效率和加工质量，需要定期检查和更换刀具。
9. 榫槽机的定位系统对加工精度起着决定性的作用，需要精确调整并进行定期维护。
10. 确保木材在加工过程中的安全性是榫槽机工作的基本原则，需要设置合理的安全防护装置，并对操作人员进行培训和指导。
11. 榫槽机的工作环境需要保持清洁，避免木屑和灰尘对设备和操作人员产生危害。
12. 榫槽机的工作效率和加工质量需要根据加工任务的不同进行合理的调整，可以通过参数设计方法进行优化。
13. 利用CAD软件对榫槽机进行参数设计可以更直观地模拟加工过程和评估参数设置的有效性。
14. 榫槽机加工时的加工力对设备的负荷和寿命有着直接的影响，需要在参数设计时进行合理把控。
15. 榫槽机加工中的刀具振动和噪音问题需要通过参数设计方法进行有效的控制和调整。
16. 对榫槽机的主轴速度进行合理设计和调整，有助于提高加工效率和保证加工质量。
木材加工中的孔槽加工与榫卯连接
木材加工中的孔槽加工与榫卯连接木材是一种常见的建筑材料，其加工中的孔槽加工与榫卯连接技术在建筑、家具、装饰等领域得到广泛应用。
本文将从孔槽加工与榫卯连接的定义及原理、加工方法及工具、应用场景及优缺点等方面详细探讨。
一、孔槽加工与榫卯连接的定义及原理孔槽加工与榫卯连接是木材加工中常用的一种连接方式，孔槽是指垂直于木材纹理方向的开槽，而榫卯则是在另一块木材上切割出的与孔槽相配合的凸出部分。
这种连接方式通过孔槽与榫卯的互相契合来实现木材的连接，并通过粘合剂或机械结构来增强连接的强度。
二、加工方法及工具1. 孔槽加工：常用的孔槽加工方法有手工钻孔和机械榫槽机。
手工钻孔方法适用于小型木材加工，需要使用手动或电动钻孔工具，通过钻孔来形成孔槽。
机械榫槽机则是一种专门用于孔槽加工的机械设备，通过不同的刀具和切削方式来切割木材，形成孔槽。
2. 榫卯连接：榫卯的加工方法与工具因其种类繁多而有所不同。
常见的榫卯加工方法有手工刨床、木工雕刻机、榫卯机等。
手工刨床适用于简单的榫卯加工，通过手动刨削木材来形成榫卯。
木工雕刻机是一种机械设备，通过刀具的旋转和移动来切割木材，形成复杂的榫卯结构。
而榫卯机则是一种专门用于榫卯加工的机械设备，通过切削工具的旋转和移动来切割木材，形成精准的榫卯连接。
三、应用场景及优缺点1. 应用场景：孔槽加工与榫卯连接广泛应用于家具、装饰以及建筑等领域。
在家具制作中，孔槽加工与榫卯连接可用于连接桌椅的腿和桌面、椅背和椅面等部件，使家具结构更加稳定。
在建筑中，孔槽加工与榫卯连接常用于木质梁柱的连接，提高了整体结构的强度。
在装饰方面，孔槽加工与榫卯连接可用于连接门窗框架以及木质装饰板，使其牢固可靠。
2. 优缺点：孔槽加工与榫卯连接的优点是连接稳固、结构牢固、力学性能好等。
这种连接方式能够承受较大的拉力和剪力，使连接部位更加牢固。
同时，孔槽加工与榫卯连接也能够提高木材的利用率，减少了对胶水等其他附加连接材料的需求。
一种用于加工涡轮盘上袖珍Ω形榫槽的成套拉刀[发明专利]
专利名称：一种用于加工涡轮盘上袖珍Ω形榫槽的成套拉刀专利类型：发明专利
发明人：刘健,马金龙,于世明,刘俊平,沈宝春
申请号：CN201711307144.1
申请日：20171211
公开号：CN108044182A
公开日：
20180518
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种用于加工涡轮盘上袖珍Ω形榫槽的成套拉刀，由14把拉刀组成，包括4把开槽拉刀、6把型面粗拉刀和4把型面精拉刀，4把开槽拉刀分别记为1号拉刀、2号拉刀、3号拉刀和4号拉刀，6把型面粗拉刀分别记为5号拉刀、6号拉刀、7号拉刀、8号拉刀、9号拉刀和10号拉刀，4把型面精拉刀分别记为11号拉刀、12号拉刀、13号拉刀和14号拉刀；1号拉刀至14号拉刀顺序装夹；1～3号拉刀采用累进法设计结构，4号拉刀采用渐切法设计结构，5号、10号、11号和12号拉刀采用全成型法设计结构；6～9号拉刀均采用斜切式渐进法设计结构；13号和4号拉刀采用全成型法+轮切法设计结构。
本发明能够避免拉刀出现挤刀和崩齿现象，加工精度和拉刀寿命大幅提升。
申请人：中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司
地址：110043 辽宁省沈阳市大东区东塔街6号
国籍：CN
代理机构：沈阳东大知识产权代理有限公司
代理人：梁焱
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涡轮盘榫槽加工技术现状与展望
第３２卷第２３期中国机械工程V o l ．３２㊀N o ．２３２０２１年１２月C H I N A M E C HA N I C A LE N G I N E E R I N Gp p．２７８５Ｇ２７９８涡轮盘榫槽加工技术现状与展望丁文锋㊀李本凯㊀傅玉灿㊀徐九华南京航空航天大学机电学院,南京,２１００１６摘要:针对航空发动机和燃气轮机高端动力装备涡轮盘榫槽,从机械加工(包括拉削㊁铣削㊁磨削)和特种加工(包括电火花线切割㊁电解线切割)两方面分析了加工技术的主要特点;从加工工具设计与应用㊁加工质量评价及控制等方面系统阐述了榫槽加工技术的发展现状,分析了国内外学者在该领域的重要研究成果,最后展望了榫槽加工技术的发展趋势.关键词:涡轮盘榫槽;机械加工;特种加工;工具技术;加工质量中图分类号:T B ５５９D O I :１０．３９６９/j ．i s s n ．１００４ １３２X．２０２１．２３．００２开放科学(资源服务)标识码(O S I D ):R e s e a r c hS t a t u s a n dD e v e l o p m e n t P r o s p e c t o fM a c h i n i n g T e c h n o l o g y fo r T u r b i n eD i s c S l o t sD I N G W e n f e n g㊀L IB e n k a i ㊀F U Y u c a n ㊀X UJ i u h u a C o l l e g e o fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a l E n g i n e e r i n g ,N a n j i n g U n i v e r s i t y ofA e r o n a u t i c s a n d A s t r o n a u t i c s ,N a n j i n g,２１００１６A b s t r a c t :F o r t u r b i n e d i s ks l o t so fh i g h Ｇe n d p o w e r e q u i p m e n t s u c ha sa e r oe n gi n e sa n d g a s t u r Ｇb i n e s ,t h e m a c h i n i n g t e c h n o l o g i e sw e r ea n a l y z e df r o mt w oa s p e c t so fm e c h a n i c a lm a c h i n i n g (e ．g．,b r o a c h i n g ,m i l l i n g ,g r i n d i n g )a n dn o n t r a d i t i o n a lm a c h i n i n g (e ．g ．,w i r ee l e c t r i cd i s c h a r g em a c h i n i n ga n dw i r e e l e c t r o c h e m i c a lm a c h i n i n g ),r e s p e c t i v e l y ．T h ed e v e l o p m e n t c u r r e n t s i t u a t i o n sw e r e s ys t e m Ｇa t i c a l l y e x p l a i n e d f r o mt h e v i e w p o i n t s o f d e s i g n a n d a p pl i c a t i o n o f t o o l s ,e v a l u a t i o n a n d c o n t r o l o fm a Ｇc h i n i n gq u a l i t y ．T h e i m po r t a n ta c h i e v e m e n t so f t h er e s e a r c h w o r ki nt h i s f i e l da th o m ea n da b r o a d w e r e a l s o i n t r o d u c e d ．F i n a l l y ,t h e d e v e l o p m e n t t r e n d sw e r e g e n e r a l i z e d p r o s p e c t i v e l y．K e y wo r d s :t u r b i n e d i s c s l o t ;m e c h a n i c a lm a c h i n i n g ;n o n t r a d i t i o n a lm a c h i n i n g ;t o o l t e c h n o l o g y ;m a c h i n i n gq u a l i t y收稿日期:２０２１０９１３基金项目:国家自然科学基金(５２１７５４１５,５１９２１００３);国家科技重大专项(２０１７ＧV I I Ｇ０００２Ｇ００９５);江苏省 六大人才高峰 高层次人才项目(J X Q C Ｇ００２);南京航空航天大学博士学位论文创新与创优基金(B C X J １９Ｇ０６)０㊀引言航空发动机和燃气轮机是一个国家科技发展水平和综合国力的体现,其性能优劣直接关系到各种高端装备的使用性能㊁安全性和可靠性[１].涡轮盘是航空发动机和燃气轮机最重要的热端部件和关键转动件[２],工作环境极其恶劣.榫连接结构由于质量小㊁材料利用率高㊁拆装方便等优势,被广泛应用于涡轮盘与叶片的连接[３].榫接结构精细复杂,并且应力对尺寸大小和精度非常敏感,甚至榫槽的某些关键尺寸形状参数仅改变１％就会导致９％以上的应力变化[４].另外,涡轮盘榫槽连接部位需要长期承受高温高压及高离心力等交变载荷的综合作用,榫接结构断裂成为了涡轮部件失效的重要形式(约占５０％)[５].由此可知,榫槽加工质量对航空发动机和燃气轮机的服役能力具有极其重要的影响.涡轮盘榫槽尺寸小㊁结构复杂精密,对加工后的表面质量以及轮廓精度等要求严格.通常,线轮廓精度在几十微米甚至十几微米之内,表面粗糙度R a 要求小于０．８μm [６].此外,选用的材料一般为具有高强度㊁高韧性㊁良好的耐腐蚀性和组织稳定性的高温合金和钛合金类难加工材料[７Ｇ８].随着各类高端装备技术性能的不断提高以及新材料的革新换代,涡轮盘榫槽部位的加工难度越来越大,传统加工方式在加工效率㊁质量和精度等方面越来越难以满足需求,这使得榫槽精密加工技术成为制约航空发动机等装备性能进步的技术瓶颈和卡脖子难题.为提高榫槽加工效率㊁质量和精度,降低加工成本,国内外学者和工程技术专家针对榫槽加工方法进行了创新研究,为榫槽高质高效制造提供了理论支撑与技术保障.目前,许多成果已应用于不同结构的榫槽加工,本文对此进行了系统总结和分析:对榫槽加工技术发展现状和各种加工方法的特点进行了分析;论述了榫槽机械加工工５８７２ Copyright©博看网 . All Rights Reserved.具设计㊁应用与优化;分析了榫槽加工质量的发展现状,包括质量评价与影响因素㊁加工监测和质量检测等;最后,对榫槽加工的未来研究重点进行了展望.１㊀榫槽材料的切削机理粉末冶金高温合金(如F G H ９５和F G H ９６等)解决了传统铸锻高温合金合金化程度高导致的铸锭偏析严重㊁热加工性能差㊁成形困难等问题,而且由于该类合金具有组织均匀㊁晶粒细小㊁屈服强度和抗疲劳性能高的特点,已成为制造涡轮盘的首选材料[９].然而粉末冶金高温合金也存在着夹杂物㊁间隙和原始颗粒边界等材料缺陷,这些缺陷对其加工性能具有重要影响,因此开展切削机理研究对榫槽加工具有指导价值.切削过程在本质上是去除材料的过程.文献[１０]指出,当未变形切屑厚度小于临界值(即最小未变形切屑厚度t m )时,切削过程主要受到耕犁作用的影响,而当未变形切屑厚度大于临界值时,材料经前刀面流出形成切屑.图１为切削材料去除示意图[１１],其中a g 为未变形切屑厚度,当a g较小时,如图１a 和图１b 所示,材料只发生变形隆起而未被去除;而随着a g 进一步增大,如图１c 所示,材料脱离基体而形成切屑.最小未变形切屑厚度的大小与多种因素有关,其分析模型总结列于表１[１２Ｇ１４].(a )a g ＝０．２μm㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(b )a g ＝０．４μm㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀(c )a g ＝０．６μm图１㊀切削材料去除示意图[１１]F i g ．１㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f c u t t i n g ma t e r i a l r e m o v a l [１１]表１㊀最小未变形切屑厚度分析模型[１２Ｇ１４]T a b ．１㊀A n a l ys i sm o d e l o fm i n i m u mu n d e f o r m e d c h i p th i c k n e s s [１２Ｇ１４]分析模型影响因素t m ＝ρ(１－c o s (π４－β２))ρ为切削刃半径;β为摩擦角t m ＝ρ[１－F y ＋μF x (F ２x ＋F ２y )(１＋μ２)]ρ为切削刃半径;μ为摩擦因数;F x 为水平切削分力;F y为垂直切削分力t m ＝ρ(１＋s i n α)ρ为切削刃半径;α为等效前角㊀㊀材料在切削去除过程中会发生严重的微区塑性变形而以剪切形式去除.剪切角φ是指切削速度方向与剪切变形方向之间的夹角,如图２所示,它在一定程度上可以反映切屑变形的剧烈程度,剪切角越小,切屑的变形越剧烈[１５].Q I A O等[１５]研究了F G H ９７材料钻削时的切屑变形机理,他们发现随着切削速度和进给速度的增大,剪切角φ逐渐增大,这说明切屑的变形量逐渐减小.粉末冶金高温合金是典型的塑性金属材料,切削形成的切屑多以带状切屑或剪裂切屑为主,图３所示为不同工况下的切屑形态[１６].切削过程中,工艺参数等条件的不同会引起图２㊀剪切角示意图F i g ．２㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f s h e a r a n gl e 切削力㊁切削温度和刀具磨损的变化.L I 等[１７]研究了F G H ９６材料磨削过程中砂轮的磨损行为,建立了砂轮磨损与工艺参数之间的关系模型,并通过磨削试验对其进行了验证.切削力㊁切削温度和刀具磨损等是影响工件加工质量的重要因素[１８].L aMO N A C A 等[１６]研究了切削粉末冶金高温合金时的微结构表面变形,结果表明,热力耦合效应对微结构表面及亚表面的变形具有极其重要的影响.D U 等[１９Ｇ２０]研究了F G H ９５材料切削加工表面质量,发现切削速度增大可使得加工表面粗糙度和塑性变形深度减６８７２ 中国机械工程第３２卷第２３期２０２１年１２月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.㊀㊀(a )传统硬质合金刀具㊀㊀㊀(b )传统P C B N 刀具㊀㊀(c )高速硬质合金刀具㊀㊀(d )高速P C B N 刀具图３㊀不同工况下切屑形态[１６]F i g ．３㊀C h i p m o r p h o l o g y un d e r d i f f e r e n t w o r k i n g co n d i t i o n s [１６]小,而材料塑性剪切应变增大,白层厚度与显微硬度也呈现出增大趋势;同时他们通过有限元仿真对白层形成机理进行了研究,结果发现白层的形成与切削温度㊁材料应变和应变率的耦合作用有关,较高的切削温度㊁较大的应变和应变率会导致白层的产生.粉末冶金高温合金由于存在夹杂物㊁间隙和原始颗粒边界等缺陷,在切削过程中容易造成加工刀具的磨损,从而降低加工质量,因此研究上述缺陷对切削过程的影响也是极其重要的一环.杜劲等[２１]研究了夹杂物在F G H ９５材料切削加工中的力学性能,他们认为夹杂物与基体界面脱离是一个包括应力和应变能释放的复杂过程,并基于应变控制理论得到了夹杂物与基体脱离时的临界应力和临界应变.切削加工过程中夹杂物的变形如图４所示[２１](图中a c 为切削宽度),当剪切应力小于临界应力时,夹杂物会被切断,从而形成切屑.由图４可以看出,夹杂物在切削力的作用下被压缩变细,最后在切削刃圆弧部分某点C 断开,C 点以上部分从前刀面流出形成切屑,而C 点以下部分在后刀面的挤压作用下形成已加工表面.由此可知,夹杂物也是造成加工表面完整性差的重要因素.图４㊀切削加工过程中夹杂物的变形示意图[２１]F i g ．４㊀S c h e m a t i c d i a gr a mo f d e f o r m a t i o no f i n c l u s i o n s d u r i n g c u t t i n gpr o c e s s [２１]２㊀榫槽加工方法的特点目前,榫槽加工方法主要包括拉削㊁铣削㊁磨削㊁电解线切割(w i r e e l e c t r o c h e m i c a lm a c h i n i n g,W E C M )和电火花线切割(w i r ee l e c t r i c a ld i s Ｇc h a r g em a c h i n i n g ,W E D M )[２２Ｇ２３].拉削加工是最早出现的榫槽加工方式,而后一直沿用至今.随着榫槽形状逐渐精密复杂,某些特定结构无法采用拉削加工[２４],而需采用铣削加工.随着榫槽加工难度的提高以及现代磨削技术的快速进步,磨削加工也被应用于榫槽精加工,从而成为实现榫槽加工更高精度和更高质量的重要方法.同样地,随着特种加工技术的不断进步,它以机械加工所不具备的某些优势(如无加工表面残余应力等)也成为了榫槽加工的重要方式.榫槽分类及加工方法的特点如图５所示.图５㊀榫槽分类及加工方式总结F i g ．５㊀S u m m a r y of s l o t s c l a s s i f i c a t i o na n d m a c h i n i ng me t h o d s ２．１㊀榫槽拉削加工榫槽加工中最常用的方法为拉削[２３],如图６所示,它在榫槽加工尤其是批量生产中占有极其重要的地位[２４],其加工精度可达０．０２mm [２５].由于运动方式为直线运动,因此拉削可以实现直槽和斜槽加工.榫槽拉削加工的主要优势包括:生产效率高;结构简单可靠;加工范围广,可对多种形状榫槽进行加工[２６Ｇ２７].此外,目前采用的高速数控侧拉削相比传统液压内拉削,具有拉削速度范围广㊁行程长且运动平稳㊁精度和自动化程度高等优点,而且夹具结构更加简便,加工效率可进一步提高[１].由于榫槽结构复杂㊁加工精度要求高,因此拉削加工也存在着诸多问题:拉削行程较长导致拉７８７２ 涡轮盘榫槽加工技术现状与展望丁文锋㊀李本凯㊀傅玉灿等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.(a)榫槽拉刀(b)涡轮盘榫槽拉削图６㊀榫槽拉削示意图[２３]F i g ．６㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f s l o t b r o a c h i n g[２３]刀排列难度大;拉刀刀刃磨损较快㊁拉刀制造周期长㊁拉刀制造成本高;拉削过程中切削力大㊁切削温度高造成榫槽齿形表面完整性差;基准找正定位较为困难㊁耗时较长且精度差㊁榫槽型面易超差[２８Ｇ２９];拉削较差的灵活性使得榫槽齿形超差后调整周期长[３０Ｇ３１].采用拉削方式进行榫槽加工要充分考虑涡轮盘材料㊁榫槽形状㊁刀具㊁夹具㊁机床以及工艺参数等因素,选择合适的加工条件.付刚等[３２]针对某燃气轮机轮盘榫槽拉削过程中轮盘容易变形以及装夹和定位困难的问题,设计了拉削夹具,保证了榫槽拉削过程的装夹和定位,提高了榫槽加工效率和精度.２．２㊀榫槽铣削加工随着榫槽结构的进一步复杂化,铣削加工成为了榫槽加工的重要方法之一[２４],如图７所示.周月香等[３３]提出了 以铣代拉 的榫槽加工方案,实现了燃气轮机榫槽加工,验证了铣削加工榫槽的可行性.K L O C K E 等[３４]对比研究了高温合金枞树型榫槽铣削和拉削两种加工方式,结果发现,采用陶瓷和硬质合金铣刀进行粗铣加工榫槽是可行的,而且与拉削加工相比,铣削加工的灵活性更高.铣削加工榫槽的高灵活性主要体现在加工装备简单易行㊁刀具研制成本低.此外,数控铣削因其柔性高㊁研制资金投入少㊁榫槽尺寸一致性高㊁加工精度和质量高㊁操作简便等优点[３５],逐渐取代了工步复杂繁琐㊁加工效率低㊁加工质量差和零件超差严重的普铣加工[３６].铣削可以用来加工直槽㊁斜槽以及圆弧形榫槽[３５,３７Ｇ３８].李季等[３９]开展了航空发动机T C ４钛合金圆弧型榫槽的铣削加工研究,通过设计铣刀结构以及优选加工步骤㊁走刀路线和数控程序,保证了圆弧形榫槽的加工精度和质量.图７㊀榫槽铣削加工示意图[２４]F i g ．７㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f s l o tm i l l i n g[２４]铣削加工榫槽包括粗铣㊁半精铣和精铣三个阶段,榫槽数控铣削时需要进行多步加工[２４,４０],如图８所示.梁松山等[３６]通过加工流程设计㊁进刀方式和进给量调整㊁设备选择等措施改进了铣削工艺,完成了航空发动机涡轮机匣内部榫槽结构的数控铣削加工.由于粗铣和半精铣过程中加工余量较大,而且半封闭式加工空间降低了切削液的润滑冷却效果,使得加工过程中产生了较大的扭矩㊁切削力和较高的切削温度,刀具出现磨损㊁扭断㊁崩刃㊁打刀和烧刀等现象[４１Ｇ４２],因此工业界很少使用整体成形铣削加工方式,而是采用成形铣刀精加工.K L O C K E 等[４３]采用多把不同直径的铣刀交替粗铣削或水切割的方式开槽,最后采用成形铣刀进行了榫槽的精加工.图８㊀榫槽铣削加工步骤[４０]F i g ．８㊀M a c h i n i n g s t e p s o f s l o tm i l l i n g[４０]２．３㊀榫槽磨削加工磨削是制造航空发动机等难加工材料关键转动构件的重要方法[４４],如可磨削加工出叶片榫齿[４５].随着砂轮(如钎焊和电镀超硬砂轮)磨削性能的提高以及超声振动辅助磨削等技术的成熟[４６Ｇ４７],现代磨削加工技术(如缓进深切磨削㊁高效深切磨削和高速超高速磨削)以其高效率㊁高精度㊁高质量的加工优势,成为了助力现代高端装备制造技术进步的重要工艺方法.磨削加工一般作为最后一道工序进行榫槽精加工,从而满足榫槽高精度和高质量的要求,其磨８８７２ 中国机械工程第３２卷第２３期２０２１年１２月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.削方式通常有小尺寸指状砂轮和大尺寸杯型砂轮磨削两种方式[４８],如图９所示.C U R T I S 等[４８]开展了电解线切割镍基高温合金榫槽粗加工与金刚石/C B N 砂轮精加工磨削榫槽的实验研究,结果表明,磨削加工可以获得比电解线切割更好的表面粗糙度;与金刚石砂轮相比,C B N 砂轮可获得更高的磨削比和更低的能量消耗.S H I 等[４９]报道了一种可以用来对榫槽粗开槽并精密磨削的加工方式,他们采用C B N 砂轮以磨削方式对粉末冶金镍基高温合金榫槽进行了粗开槽,而后进行了精磨削.A S P I NWA L L 等[５０]进行了镍基高温合金榫槽磨削加工研究,对比研究了C B N 砂轮和金刚石砂轮在不同磨削参数下的磨削特性,分析了砂轮的磨损和加工表面质量,结果发现,金刚石砂轮磨削能够获得更小的砂轮磨损和更低的表面粗糙度(可达到０．８μm 以下).L I 等[５１]针对F G H ９６粉末冶金高温合金涡轮盘榫槽,研制了与榫槽型面结构相匹配的C B N 超硬磨料砂轮,通过电火花线切割对榫槽进行粗加工后,使用C B N 砂轮对榫槽进行了精加工,结果发现,磨削后的榫槽型面轮廓精度能够达到ʃ０．０１２mm ,表面粗糙度R a 可达到０．８μm .在冷却方面,C H E N 等[５２]研发了钎焊热管C B N 砂轮,进行了T C ４钛合金榫槽型面结构的成形磨削技术研究,在干磨削和湿磨削两种工况下对比分析了热管砂轮的换热特性,研究发现热管砂轮磨削能够获得更低的磨削温度,从而可以获得更好的榫槽表面质量.(a)指状砂轮磨削[４８](b)杯型砂轮磨削图９㊀榫槽磨削方式示意图F i g ．９㊀S c h e m a t i c d i a g r a mo f s l o t g r i n d i n g综上所述,机械加工榫槽具有独特的优势,包括加工效率高㊁精度高㊁质量高㊁加工方式灵活等,然而榫槽的机械加工过程中仍然面临诸多问题,如加工成本高㊁成品率低和加工周期长等.目前,现代高端装备制造正朝着更高效率㊁更高精度㊁更高质量㊁更低成本的方向发展,榫槽作为现代高端装备中的关键部位之一,还需在机械加工设备和工艺方面加大加深方法创新(如在铣削和磨削加工中提高主轴转速和进给速度),从而大幅度提高加工效率.２．４㊀榫槽特种加工特种加工是榫槽机械加工方式的重要补充[５３Ｇ５６],主要有电火花线切割和电解线切割两种方法[５７Ｇ５８],加工原理如图１０所示[５４,５９].(a)榫槽电火花线切割示意图(b)榫槽电解线切割示意图图１０㊀榫槽特种加工原理图[５４,５９]F i g ．１０㊀S c h e m a t i c d i a gr a mo f n o n t r a d i t i o n a l m a c h i n i n g of s l o t [５４,５９]电解线切割和电火花线切割的共同特点如下:少或无加工力,更易实现难加工材料关键构件的高精度加工;采用线电极作为工具电极,无需进行复杂工具电极设计,节省了加工准备时间[６０Ｇ６１].两种加工方式的不同点在于,电解线切割的阴极材料无损耗,节约了成本;电解线切割的加工效率更高,约为电火花线切割加工效率的５~１０倍[６２];电解线切割加工几乎不存在重铸层和残余应力,而电火花线切割加工存在重铸层和残余应力.但是,电解线切割加工时需要大量水溶性电介质,存在着废液处理成本高等问题[６３].近年来,国内外开展了许多电解线切割或电火花线切割加工榫槽研究.蒲一民[６]进行了电火花线切割慢走丝加工高温合金涡轮盘枞树型榫槽９８７２ 涡轮盘榫槽加工技术现状与展望丁文锋㊀李本凯㊀傅玉灿等Copyright©博看网 . All Rights Reserved.技术研究,通过仿真与实验对比分析了加工误差,加工后的榫槽满足要求.F A N G等[５９]进行了电火花线切割高温合金榫槽研究,发现电极进给速率对材料去除率具有重要影响,当脉冲电压负荷比为４０％㊁电压幅值为１６V㊁频率为２０k H z㊁进给深度和进给速率分别为１０μm和７．２mm/m i n 时重铸层可以被完全去除,平均加工效率为６４m m２/m i n,榫槽轮廓误差为ʃ１０μm.K L O C K E 等[６４Ｇ６５]进行了电火花线切割高温合金枞树型榫槽研究,对比分析了带涂层切割线高速切割和标准铜线线切割的加工性能,研究发现,采用标准铜线线切割获得了更高的加工精度(ʃ５μm)和更优的表面完整性(表面粗糙度R a＜０．８μm),然而采用带涂层切割线高速切割的加工效率更高,加工时间能够缩短３３％.B E R G S等[６６]开展了电火花线切割和拉削镍基高温合金榫槽加工对比研究,结果表明,电火花线切割加工效率仅为拉削加工效率的１０％左右,但其加工成本仅约为拉削加工成本的１０％,这主要是因为拉削加工的刀具成本高.由上述文献可知,特种加工方式以其独特优势在榫槽加工中显示出了巨大潜力,然而也存在诸多挑战,仍需对其进行更深层次的理论探索和工艺创新.２．５㊀榫槽组合加工需强调的是,随着新一代航空发动机㊁燃气轮机等高端动力装备性能需求的不断提高,榫槽结构和尺寸不断优化,加工精度和表面质量要求逐渐提高,同时新型难加工材料的不断应用也使得榫槽加工难度逐步增大,因此,单一加工方式已经进入瓶颈期,难以满足越来越高的榫槽加工提质增效降成本需求[６７].榫槽加工方式逐渐趋向拉削㊁铣削㊁磨削和特种加工相结合的多工艺方法组合加工,可充分发挥出各种加工方法的优点,从而实现更加经济㊁更加高效㊁更高精度和更优质量的榫槽加工.例如,前文提到的先采用线切割对高温合金榫槽进行粗加工㊁再采用磨削精加工的方式就属于组合加工.K L O C K E等[６８]分析了综合拉削和铣削加工榫槽的优点,分别在粗加工㊁半精加工和精加工三个阶段采用不同的加工方法来完成枞树型榫槽的加工,对应的工艺链如图１１所示.本课题组针对F G H９６涡轮盘榫槽的加工难题开展了涡轮盘榫槽磨削技术研究.根据涡轮盘榫槽型面结构特征,设计了榫槽磨削用杯型和指状砂轮基体结构,并通过理论与有限元仿真对磨削负荷下砂轮基体的变形和强度进行了分析.在图１１㊀枞树型榫槽加工过程工艺链[６８]F i g．１１㊀M a n u f a c t u r i n gp r o c e s s c h a i no f f i rＧt r e e s l o t s[６８]此基础上,以A gＧC uＧT i或C uＧS nＧT i合金粉末为钎料,制造了钎焊C B N超硬磨料成形砂轮,如图１２a所示.采用电火花线切割对榫槽的轮廓进行粗加工,余量为０．２mm;而后采用优化的磨削工艺参数对榫槽进行了磨削精加工,得到的榫槽加工样件如图１２b所示,样件轮廓精度和表面粗糙度满足设计要求.目前,本课题组正在开展整个涡轮盘榫槽磨削加工试制.(a)杯型与指状钎焊C B N砂轮(b)涡轮盘榫槽磨削样件图１２㊀涡轮盘榫槽磨削实验成果F i g．１２㊀E x p e r i m e n t a l r e s u l t s o f t u r b i n e d i s c s l o t g r i n d i n g ３㊀榫槽加工工具设计加工工具是榫槽复杂型面结构高质高效加工的关键.榫槽加工工具主要包括拉刀㊁铣刀㊁砂轮以及线电极等.特种加工中,线电极结构简单,工具研制主要在于如何设计金属丝电极的进给路径和进给速度,如何选择精密㊁高效㊁稳定的电解加工电源,如何根据工件材料特性匹配金属丝电极(包括电极材料和直径)和电解质等.目前,国内外有关榫槽特种加工工具的公开研究报道相对较少,因此本节重点分析机械加工拉刀㊁铣刀㊁砂轮.３．１㊀工具结构与参数设计针对拉削加工,榫槽拉刀设计主要是优化前角㊁后角㊁刃口钝圆半径㊁齿升量和容屑槽半径等关键参数,它们决定了拉削过程的切屑形成㊁切削温度㊁应力分布㊁表面质量[６９].拉刀设计可以采用经验法㊁解析法㊁有限元法等[７０Ｇ７４].解析法凭借０９７２中国机械工程第３２卷第２３期２０２１年１２月上半月Copyright©博看网 . All Rights Reserved.设计经验和大量实验数据建立切削力和温度的数学模型并对加工过程进行解析,通过研究榫槽加工表面质量与拉刀寿命对设计方案进行评价和优化[７１].解析法需要大量实验与拉刀试制,设计周期长㊁成本高.有限元法设计过程与解析法设计过程类似,区别在于有限元法通过建立切削过程的热Ｇ力耦合模型进行仿真分析,能够获得刀具结构参数对切削过程与结果的影响规律,从而优化刀具结构参数,这种方法可以实现榫槽加工刀具的快速设计[７５Ｇ７７].近年来,国内外在榫槽拉刀设计方面开展了大量研究.ÖZ LÜ等[７５]建立了热机械工艺模型,通过实验与仿真的方式对枞树型榫槽拉刀进行了优化设计.O Z T U R K等[７６]通过有限元仿真从切削力㊁容屑空间㊁刀具寿命和表面质量等方面对榫槽拉刀进行了优化设计.易林峰等[７７]仿真分析了高速钢榫槽拉刀的结构参数对拉削力㊁刃口应力分布的影响规律,并对该榫槽拉刀进行了优化设计,得到最优参数组合为:刃口钝圆半径０．０２mm,刀具前角８ʎ,齿升量０．０２mm,刀具后角３ʎ,拉削速度２m/m i n,此时拉削力可减小３４％以上.高翔等[７８]提出了榫槽拉刀的三维参数化设计方法,通过建立榫槽拉刀三维参数化模型模板及实例库,实现了榫槽拉刀的三维参数化快速设计.李志辉等[７９]提出了基于产品模型的涡轮盘榫槽拉刀快速设计系统,通过快速提取榫槽特征参数,建立了榫槽拉刀通用模板,并将相关参数转换成拉刀设计信息,从而快速生成榫槽拉刀,且缩短了榫槽拉刀设计周期.针对铣削加工,许生福等[８０]通过等效方法(等效切削速度㊁等效切削厚度㊁等效每齿进给量)结合铣削实验研究,建立了铣削力数学模型,为榫槽铣刀设计提供了基础数据.C H E N等[８１]采用几何建模方法建立了枞树型榫槽铣刀铣削力数学模型,通过分析结果进一步构建了榫槽铣刀３D 模型,完成了榫槽铣刀的设计.S U等[８２]基于几何曲线和曲面理论对锥形螺旋和径向截面曲线进行了数学描述,在分析径向截面与法向截面关系的基础上,从法向角度计算径向几何角度,实现了枞树型铣刀３D模型的快速设计.针对磨削加工,由于榫槽尺寸较小㊁结构复杂,通常采用单层磨料的钎焊或电镀砂轮进行加工,磨削后的榫槽精度对砂轮基体精度的依赖性较高.砂轮基体的结构形式取决于榫槽结构,有分段式和整体式两种[４９,５１],如图１３所示,其中分段式是指将整个榫槽型面结构分成几个部分设计对应的砂轮.基体的精度要高于榫槽精度一个等级,以保证钎焊或电镀砂轮磨削加工后榫槽的精度满足设计要求.由于榫槽磨削用钎焊和电镀砂轮主要为单层磨粒,因此磨削过程几乎不需要修整砂轮[８３],但是,磨粒磨损到一定程度后,榫槽加工精度保障难度增大.㊀㊀㊀㊀㊀(a)分段式砂轮㊀㊀㊀㊀㊀(b)整体式砂轮图１３㊀磨削榫槽用砂轮主要结构[４９,５１]F i g．１３㊀A b r a s i v e t o o l s t r u c t u r e f o r g r i n d i n g s l o t s[４９,５１]３．２㊀工具选择与应用榫槽拉削和铣削刀具材料主要为高速钢和硬质合金.硬质合金刀具的硬度㊁耐磨性和切削用量显著优于高速钢,但它可承受的冲击力载荷小,刀具强度较低,约为高速钢强度的三分之一;硬质合金热处理困难,可加工性差,刀具制造困难,而且型线的修磨必须用金刚石砂轮,刀具制造成本较高.高速钢可分为普通高速钢㊁粉末冶金高速钢㊁钴高速钢等.普通高速钢的强度和硬度关键性能指标相对较低;粉末冶金高速钢韧性㊁硬度和可磨削性优于其他高速钢,但价格较高;钴高速钢是在普通高速钢基础上加入５％~１０％(质量分数)钴制成的,其硬度㊁韧性和耐热性优于普通高速钢[４２,８４].国内外学者通过对比不同刀具的切削性能,针对榫槽不同材料和结构特征来优选匹配刀具.徐艳等[４１]对比了普通高速钢(５０１)㊁钴高速钢(M４２)和粉末冶金高速钢(A S T)三种榫槽铣刀加工G H６９８高温合金枞树型榫槽的切削性能,研究发现,加工过程中普通高速钢刀具在切削用量和刀具寿命方面与M４２和A S T刀具相当,并且切削力和振动较小,因此选用普通高速钢铣刀进行榫槽的加工.K L O C K E等[４３,８５]对比了高速钢拉刀㊁硬质合金拉刀㊁陶瓷拉刀以及铣削加工高温合金I n c o n e l７１８涡轮盘榫槽的加工时间,研究结果表明,与铣削加工相比,高速钢拉刀㊁硬质合金拉刀和陶瓷拉刀加工榫槽的时间分别缩短了３４％㊁６８％和９５％.虽然粉末冶高温合金以其优异性能可用于制造航空发动机涡轮盘,但是粉末１９７２涡轮盘榫槽加工技术现状与展望 丁文锋㊀李本凯㊀傅玉灿等Copyright©博看网 . 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盘件周向Ω型榫槽的加工技术浅谈
作者：于洁史前凯时旭李萌萌
来源：《中国新技术新产品》2014年第14期
摘要：课题主要围绕生产实际中某零件研制任务展开。
该件是发动机上关键件，材料为钛合金，属于难加工金属材料，增加机加工难度。
零件属于盘环类复杂结构，直径大，钢性差，尤其该零件环形Ω槽结构是加工过程的难点之一。
本文在研制过程中应用的新模式数控程序对环形Ω槽加工是一次技术上的创新，从数控加工的走刀方式和工艺安排进行论证，应用标准化防错数控程序控制精车环形Ω槽加工过程，在研制过程中摸索的加工经验和数据以及数控加工方式的应用经验可供类似钛合金盘环类件加工时参考使用。
关键词：钛合金；环形Ω槽；标准化防错数控程序加工
中图分类号：TS664 文献标识码：A
1 概述
随着我国航空业的不断发展，发动机的研制已成为我们生产中的重点。
该盘件是无辐板结构的环形盘件，外圆处有环形Ω槽结构。
一般压气机盘件常见为轴向的拉削榫槽，叶片的榫头与单个的榫槽工作面相配合，径向环形Ω槽的结构是将多个叶片榫头共同约束在一起，所以环形Ω槽与榫头配合的工作面是一连续的工作面，要求精度较高，给数控车加工提出难题。
该零件的环形Ω槽的数控车加工以新的加工形式，通过数控编程控制刀心轨迹来模拟现场实际的加工状态完成整个加工，并在研制加工中进一步改进加工方案。
掌握这种结构盘类件环形Ω槽的加工技术，提升航空发动机盘类零件的制造水平。
2 零件简介
2.1零件结构特点
该零件结构复杂，刚性差，材料为钛合金，环形Ω槽是该盘环类薄壁零件的研制重点。
零件的直径为φ501.8mm，盘心直径为φ399mm，钢性较差，在外圆φ501.8mm处有环形Ω槽结构，槽口宽6.65 mm，槽内宽度12.8 mm，槽深11.2 mm，槽内工作面的表面质量均要求Ra0.80，两侧工作面轮廓公差仅为0.007 mm，其余槽内轮廓公差也只在0.05mm～0.10mm，槽内工作面由理论轴向高度控制的直径值φ486+0.09约束，是测量方面的一个难点。
零件尺寸和技术条件要求严格，给加工过程的测量带来很大困难。
2.2零件的加工难点分析
（1）从零件材料进行分析，零件材料为钛合金，变形系数小；热导率低；钛合金材料的化学活性高；在切削过程中，当刀刃部分温度升高时，刀具材料中的某些元素（C，Ti，Co）
极易与被切削的钛合金生成另一种合金，造成粘刀和烧结而损坏刀具，从而影响加工质量。
其次，钛合金的导热性很差，切削与刃具前面的接触面很小，因此产生的切削热不易传出，切削产生的高温集中在切削区和切削刃附近的较小区域范围内，造成刀具寿命的缩短和严重的磨损现象，严重时会直接影响零件的精度。
（2）从零件设计结构及尺寸精度分析，该件是薄壁盘环类零件，外圆处环形Ω槽结构的加工和测量是研制过程中的难点，零件最大外圆
φ501.8mm，盘心直径为φ399mm，在研制过程中首先要克服零件变形，该件与叶片榫头相配合的环形Ω槽精度要求很高，环形Ω槽的槽中心至基准有0.09 mm公差的尺寸要求，因此对刀具结构、加工方法和加工中测量等方面提出了较大挑战。
3 零件的数控加工
3.1刀具结构的选择
加工环形Ω槽的半精加工选用标准刀杆L3切刀片和R3球刀片，将环形Ω槽粗开成直凹槽，去除大部分余量；精加工环形Ω槽定制专用的成型刀具，采用标准刀杆和非标刀片，分为右方向R及左方向L两个方向刀片，将环形Ω槽分为左右两个部分，分别使用R、L加工左、右槽型面。
刀片刃部设计成三面刃，在同一个数控程序中可以实现半封闭槽型的一次加工，避免产生多余的接刀，使用层切法将余量去除掉，一般此种结构的刀具刚性较差，如果切削用量选用不当，会导致刀片打刀，严重情况会将整个刀头打掉。
3.2数控程序的编制
3.2.1加工设备的选择。
盘环类零件加工主要是数控车加工，该研制件选择在德国数控卧式数控车床上进行，该机床最大回转直径为800mm，该机床操作系统为西门子840D，没有自动对刀和在线测量技术，是一台普通的数控卧车。
3.2.2数控程序的编制。
环形Ω槽现场加工较少，缺少类似零件加工经验。
常规数控加工程序是根据零件的轮廓对零件进行补偿上刀，这种试切法的优点是找到刀具的切削规律，对零件加工较为有力，但效率低，操作员加工的随意性大，加工质量难控制。
如果该件使用常规方式加工，直接给出轮廓点，由操作员凭借自己的技术完成加工是无法满足零件的全部尺寸和技术条件（环形槽）的。
该件采用全过程控制数控加工程序，在西门子840D系统上利用R参数跳转完成整个型面全过程无操作者干涉上刀的加工模式。
该程序的特点是将加工过程完成考虑到数控程序编制过程中，将现场加工的每一个细节考虑到程序中。
所谓全过程控制加工即是应用系统的在线补偿功能，用层切削的方式将大部分余量用分层方法切削掉，在程序中设计测量点和输入系统补偿值，分别测量X径向尺寸偏差和Z轴向尺寸偏差，将补偿值分别输入补偿当中。
最后根据零件材料及结构特点制订切削深度和切削速度。
其中应用层切削方式加工是合理划分每一刀的加工用量、利用刀具的最大切削寿命按照程序指定的每一个路线完成零件大部分余量，中间不需要测量和上刀补，省去了操作者大部分劳
动，取而代之的是工艺人员将每一个走刀路线考虑到程序中，最短最快捷地完成加工余量的切削，再根据平时的加工经验来设计最后一次切削的正确性，满足零件尺寸和技术条件的要求。
4 环形Ω槽加工中的检测方法
针对Ω槽难测量内型面，常规方法检测是使用样膏检测法，此种检测法效率低，精度低，检测误差大。
该件则根据Ω槽的工作原理和工作状态，派制一个近似榫头形状的样板，将工作面直径方向的检测转化为根据更为精确的外部直径尺寸测量其工作面的宽度，样板形式简单且易测量，是比较巧妙的设计和转化。
此后同类零件可参考使用。
结语
通过应用全程序无人干预数控加工程序对环形Ω槽的加工，使我们对Ω槽型面的数控加工有更多加工经验，加工环形Ω槽不在是瓶颈难题，全程序无人干预数控加工程序就是解决难题的有效方式，对类似件加工提供更多参考依据，对提高生产能力有很大帮助。
参考文献
[1]盘轴制造技术[M].科技出版社，2004.
[2]杨丰，黄登红.数控加工工艺与编程[M].国防工业出版社，2009.。