邱红，杨莉，杨林建，张多会

1四川工程职业技术学院；2东方汽轮机集团公司

1 引言

车铣复合加工机床具有多个直线轴和旋转轴，可通过对复杂轴类、盘类及箱体类等零部件的一次装夹，实现车、铣、钻和镗等加工工序集中方案，其加工效率高、制造精度好及应用范围广，目前已经成为世界范围内先进机械加工设备之一，广泛应用于飞机制造、轨道交通、汽车和船舶等加工领域。

本文论述了飞环加工工艺的优化设计流程，根据飞环零件的结构特点，以车铣复合加工机床作为载体，优化了加工工艺方案，使零件加工满足图纸尺寸公差、几何公差以及重量要求，避免飞环因加工不到位而超重或动平衡不合格，保证危急遮断。本方案难点和易疏忽之处为规范相应的加工流程和刀具使用。

2 产品结构

飞环零件属于薄壁类回转零件，材料为30Cr13高强度钢，其结构见图1，最薄处的内、外圆壁厚仅2.4mm，加工易变形，因此，需要选择合理的加工工艺和切削参数。

图1 飞环零件结构

3 加工工艺优化

3.1 优化方案

优化前采用普通机床与立式加工中心组合进行多工位多次装夹，每次的切削用量较少，加工效率低，工件经过多次装夹还会引起较大的装夹误差。

飞环零件的加工方式是多件下料。经过多次试验，将普通车床+立式数控加工中心改为兼有车削和铣削功能的车铣复合机床，可显著提高加工精度和生产效率。在CTX1250TC车铣复合加工中心一次装夹完成所有特征，加工后切断，磨准总长，按照运用软件编程仿真→以仿真技术手段进行优化→对试验件进行操作试验→对典型件的质量进行验证的程序进行。其加工难点为零件车削外圆时回转中心需与零件外圆中心重合，而零件重心不在外圆回转中心，因此零件车削时会产生离心力。

3.2 加工准备

确认来料尺寸是否满足加工要求，采用游标卡尺测量毛坯的长度和直径(见图2)，将毛坯装夹在CTX1250TC车铣复合加工中心(见图3)，并通过百分表找正外圆及端面，使安装误差控制在0.1mm之内，组合自主研发的接长中心钻(见图4)。

图2 测量毛坯尺寸

图4 组合接长中心钻

3.3 粗加工工艺设计

由于飞环零件的外形复杂，而且材料为30Cr13高强度钢，因此要求的工序较多。根据飞环的几何精度和形状要求，采用车削、铣削和磨削等工序集中的加工方案，选用CTX1250TC车铣复合加工中心进行粗加工，加工流程为：手动试切端面、粗车加工外圆至φ154mm(见图5)；钻两对称(φ14mm)孔(见图6)；将内孔粗铣至φ125mm(见图7)；开外圆φ19mm两处槽，单边留余量0.5mm(见图8)；粗铣内孔两环槽，单边余量0.5mm。

该方案采用卡盘一次装夹、一次定位，以环切加工方式完成了多工位加工。粗加工采用大直径铣刀和大进给量，虽然增加了机械加工的难度，但是提高了加工效率。

图5 粗加工外圆

图6 钻两对称φ14mm孔

图7 粗铣内孔

图8 开外圆φ19mm两处槽

3.4 精加工工艺设计

精加工环节需合理选择刀具，同时优化切削参数，以有效提高零件的加工质量，从而达到飞环所需的几何精度。优化后采用企业自主研发的接长中心钻预钻φ3.2mm，提高了孔加工的精确定位，对麻花钻钻孔加工进行引导，减少定位误差。

设计流程为：铣内圆孔切断出偏心(见图9)；铣φ19mm销孔(见图10)；铣M16×1.5mm螺纹底孔(见图11)；钻φ3.2mm引导孔、φ3.2mm油孔和φ3.2mm销孔(见图12)；φ8mm×60°倒角(见图13)；M16×1.5丝锥螺纹加工(见图14)。

图9 铣内圆孔

图10 铣销孔

图11 铣螺纹底孔

图12 钻引导孔、油孔和销孔

图13 φ8mm×60°倒角

图14 丝锥攻丝

3.5 加工结果

粗精仿真加工及刀具和参数优化见表1。采用仿真加工预判加工中可能存在的干涉和碰撞等问题，通过对加工过程的观察及对加工结果的检测，得出加工后零件质量完全符合要求，加工后实际零件如图15所示。

表1 仿真加工及优化后的刀具切削参数

图15 零件加工实际结果

4 结语

采用自制接长中心钻对飞环加工工艺进行了优化，由优化前的普通机床与立式加工中心组合的多工位多次装夹改为一次装夹，实现了工序集中，缩短了加工时间，提高了加工效率。利用CTX1250TC车铣复合加工中心的优点，增加了切削用量，并采用专用铣刀实现复杂曲面高效精加工，使零件加工效率及几何精度显著提高，并减少甚至去除后续的打磨工序。充分发挥CTX1250TC车铣复合加工中心的作用并为其潜能开发走出重要的一步，为企业生产任务做出贡献，并为采用CTX1250TC车铣复合加工中心加工其它零件提供一定参考价值。