某復(fu)雜(za)鈦(tai)合金機匣(xia)是(shi)一種(zhong)新型航空(kong)發動(dong)機上的(de)(de)重要(yao)承(cheng)(cheng)力部件。機匣(xia)內腔復(fu)雜(za)大支板兩端(duan)的(de)(de)精(jing)密(mi)斜軸(zhou)承(cheng)(cheng)孔，主要(yao)功能(neng)是(shi)安裝(zhuang)軸(zhou)承(cheng)(cheng)，支撐錐齒輪軸(zhou)組件旋轉傳遞扭(niu)矩，是(shi)該(gai)零件精(jing)度(du)最高(gao)、加工(gong)難度(du)最大的(de)(de)部位，它的(de)(de)加工(gong)精(jing)度(du)高(gao)低(di)直接關系(xi)到(dao)整臺航空(kong)發動(dong)機的(de)(de)質(zhi)量。
該機(ji)匣為(wei)大(da)型(xing)整體(ti)鑄造(zao)(zao)鈦合(he)金(jin)機(ji)匣（圖 1），具(ju)有(you)尺寸大(da)，壁薄易變形，結(jie)構復雜等特點。零件(jian)材(cai)料為(wei)鑄造(zao)(zao)鈦合(he)金(jin) ZTC4，具(ju)有(you)較優(you)良的(de)高溫(wen)強度(du)(du)和硬度(du)(du)，是典(dian)型(xing)的(de)難加(jia)(jia)工(gong)(gong)材(cai)料，主(zhu)要表(biao)現為(wei)：加(jia)(jia)工(gong)(gong)時刀(dao)(dao)、屑(xie)接觸面(mian)積小(xiao)、應(ying)力(li)大(da)，溫(wen)度(du)(du)高，刀(dao)(dao)具(ju)粘(zhan)結(jie)磨(mo)(mo)損(sun)、擴(kuo)散磨(mo)(mo)損(sun)嚴重[1]。兩處(chu)精密斜軸承(cheng)孔尺寸精度(du)(du)、形位要求及表(biao)面(mian)質量要求極(ji)高，直徑公差 0.015，圓柱度(du)(du) 0.005，同軸度(du)(du) 0.01，垂直度(du)(du) 0.01，表(biao)面(mian)粗糙度(du)(du) Ra0.4 ～ 0.8（圖2）。為(wei)了保證軸承(cheng)孔加(jia)(jia)工(gong)(gong)質量，必(bi)須(xu)滿足以下加(jia)(jia)工(gong)(gong)條(tiao)件(jian)：零件(jian)裝夾剛(gang)度(du)(du)好，機(ji)床(chuang)定(ding)位精度(du)(du)高，刀(dao)(dao)具(ju)切削剛(gang)性好，最(zui)好能夠(gou)采用磨(mo)(mo)削或精密高速(su)車削加(jia)(jia)工(gong)(gong)。
兩處軸(zhou)(zhou)承孔處于復(fu)雜(za)狹窄(zhai)異型(xing)支板(ban)腔內，軸(zhou)(zhou)線與(yu)基準平面(mian)成(cheng) 18°夾(jia)角(jiao)（圖 2），受零件(jian)結(jie)構限制，無(wu)法進行(xing)磨削(xue)和車削(xue)，軸(zhou)(zhou)承孔加工精度(du)不易保證。本文針對該機匣精密(mi)斜軸(zhou)(zhou)承孔復(fu)雜(za)的結(jie)構形式，分析制定了角(jiao)度(du)頭五(wu)軸(zhou)(zhou)加工、大長徑比刀具一次裝夾(jia)加工的方案開展試驗研究，系統性的闡述了一種復(fu)雜(za)精密(mi)斜軸(zhou)(zhou)承孔的加工方法。
1.30# 軸(zhou)承孔(kong)(kong) 2.30# 軸(zhou)承孔(kong)(kong)內端面 3.29# 軸(zhou)承孔(kong)(kong) 4.29# 軸(zhou)承孔(kong)(kong)內端面
圖(tu) 1 某(mou)鈦合金機(ji)匣
1 、確定加工方案
通(tong)常航空發動機(ji)(ji)機(ji)(ji)匣(xia)上的(de)(de)(de)軸(zhou)承孔平行或垂直于機(ji)(ji)匣(xia)安裝面(mian)，結(jie)構(gou)(gou)較為簡(jian)單(dan)，不存在刀具柄部(bu)干涉問題，可采用精(jing)密臥式或立式加(jia)工(gong)(gong)中心加(jia)工(gong)(gong)，工(gong)(gong)件系統具有良好的(de)(de)(de)切削剛性。而本文所述的(de)(de)(de)機(ji)(ji)匣(xia)精(jing)密斜軸(zhou)承孔為一(yi)種新(xin)型的(de)(de)(de)軸(zhou)承孔結(jie)構(gou)(gou)形(xing)式，軸(zhou)線(xian)與(yu)基準(zhun)平面(mian)成 18°夾角并處于復雜(za)狹窄異型支板腔內(nei)，不適(shi)宜采用一(yi)般(ban)的(de)(de)(de)軸(zhou)承孔加(jia)工(gong)(gong)方(fang)法，需進一(yi)步分析研究加(jia)工(gong)(gong)方(fang)案。
兩處斜軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)孔(kong)(kong)分(fen)別(bie)與(yu)某錐齒輪軸(zhou)(zhou)(zhou)兩端的 29# 軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)外(wai)環、30# 軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)外(wai)環配合，其中(zhong) 29# 軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)孔(kong)(kong)（圖 2）可采用一般五(wu)軸(zhou)(zhou)(zhou)加(jia)(jia)工中(zhong)心加(jia)(jia)工，刀(dao)具(ju)(ju)懸伸(shen)長度(du)較短(duan)，具(ju)(ju)有較好的加(jia)(jia)工剛性，加(jia)(jia)工難度(du)較低(di)。30# 軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)孔(kong)(kong)軸(zhou)(zhou)(zhou)線與(yu)機(ji)匣端面最小(xiao)(xiao)間距(ju)為 21.5 mm（圖 2），若采用一般五(wu)軸(zhou)(zhou)(zhou)機(ji)床加(jia)(jia)工，刀(dao)桿(gan)直徑應小(xiao)(xiao)于 Φ40 mm 以避開端面干涉，同(tong)時懸伸(shen)長度(du)接(jie)近 310 mm，刀(dao)桿(gan)長徑比大于 7mm，加(jia)(jia)工振(zhen)動大，同(tong)類長徑比鏜刀(dao)主要用于加(jia)(jia)工鋁鎂零件。綜合考慮精密軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)孔(kong)(kong)加(jia)(jia)工的經濟性和可行性，結(jie)合生產實際，擬定了角度(du)頭(tou)五(wu)軸(zhou)(zhou)(zhou)加(jia)(jia)工和大長徑比刀(dao)具(ju)(ju)五(wu)軸(zhou)(zhou)(zhou)一次裝夾加(jia)(jia)工兩種方案分(fen)別(bie)進行試驗研究。
圖 2 機匣(xia)精密斜軸承孔示意(yi)圖
1.1 角(jiao)度頭五軸加工(gong)
角度(du)頭(tou)是數控加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)中連接數控機床主(zhu)軸(zhou)(zhou)和(he)刀(dao)具(ju)的(de)(de)一種(zhong)特殊刀(dao)柄(bing)，可以實現(xian)復雜結構件的(de)(de)一次(ci)性裝(zhuang)夾多工(gong)(gong)(gong)(gong)序加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)[2，3]。數控機床安裝(zhuang)角度(du)頭(tou)后刀(dao)具(ju)旋(xuan)轉(zhuan)中心(xin)線與主(zhu)軸(zhou)(zhou)中心(xin)線成(cheng)角度(du)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)(gong)件，可以實現(xian)機床的(de)(de)立臥轉(zhuan)換(huan)(huan)和(he)任意(yi)角度(du)的(de)(de)變換(huan)(huan)，增大機床的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)范(fan)圍和(he)適應性[4，5]。30# 軸(zhou)(zhou)承孔處于機匣狹窄(zhai)內腔，首先考慮采用(yong)配置角度(du)頭(tou)的(de)(de)五軸(zhou)(zhou)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)中心(xin)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)（如圖3），它的(de)(de)優(you)勢在于可以有效(xiao)避讓(rang)機匣狹窄(zhai)內腔的(de)(de)結構干涉，不用(yong)定制價格(ge)高昂的(de)(de)加(jia)(jia)長刀(dao)具(ju)，降低了加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)成(cheng)本，且加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)時刀(dao)具(ju)懸長較短，理論(lun)上應具(ju)有良(liang)好的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)剛性。
圖 3 角度頭加工示意圖
但是經過(guo)試驗(yan)分析，發現(xian)采用角度頭(tou)加(jia)工存在(zai)以下問(wen)題：
（1）由于機匣內腔狹窄，且有多處凸臺干涉，只能選取較(jiao)(jiao)小規(gui)格的角(jiao)度(du)頭(tou)加(jia)工，但小型角(jiao)度(du)頭(tou)剛性較(jiao)(jiao)差，容易振刀，不適宜(yi)加(jia)工精(jing)密孔。
（2）角(jiao)度頭(tou)加(jia)(jia)工精(jing)度不是很高，除了考慮零(ling)件裝夾找正誤差(cha)、機床工作臺或(huo)主(zhu)軸重復定(ding)位誤差(cha)等(deng)因素(su)，還需要考慮角(jiao)度頭(tou)的定(ding)位誤差(cha)，多(duo)重誤差(cha)累積，導致(zhi)加(jia)(jia)工精(jing)度下(xia)降。
（3）該角度(du)(du)頭一般安(an)裝(zhuang)(zhuang)在(zai)(zai)立式五軸(zhou)加(jia)(jia)(jia)工(gong)中心上，采用(yong)角度(du)(du)頭加(jia)(jia)(jia)工(gong)完 30# 軸(zhou)承(cheng)(cheng)孔(kong)后，一般的(de)(de)(de)五軸(zhou)加(jia)(jia)(jia)工(gong)中心不能實現在(zai)(zai)一次裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)的(de)(de)(de)情況下完成(cheng) 29# 軸(zhou)承(cheng)(cheng)孔(kong)的(de)(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)，必須(xu)掉頭重新(xin)裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)或(huo)更換加(jia)(jia)(jia)工(gong)設備，重復裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)找正誤差大，不利(li)于(yu)保(bao)證(zheng)兩軸(zhou)承(cheng)(cheng)孔(kong)的(de)(de)(de)同軸(zhou)度(du)(du)要(yao)求。
1.2 大長徑(jing)比刀具五軸一次裝夾加工
1.2.1 加(jia)工前準(zhun)備
為了實(shi)現 29# 軸承(cheng)孔(kong)、30# 軸承(cheng)孔(kong)一(yi)次裝夾(jia)(jia)(jia)加工(gong)(gong)，必須選用各(ge)坐標軸（X、Y、Z、A 軸）行(xing)程(cheng)(cheng)足夠大(da)(da)的(de)精(jing)密臥式五軸加工(gong)(gong)中心(xin)。專用夾(jia)(jia)(jia)具應墊高確保(bao)(bao)加工(gong)(gong)29# 軸承(cheng)孔(kong)時機(ji)床刀座不觸碰(peng)工(gong)(gong)作臺。并且為了最(zui)大(da)(da)程(cheng)(cheng)度提高零(ling)件裝夾(jia)(jia)(jia)系統剛性，減小切(qie)削(xue)(xue)(xue)振顫，對機(ji)匣(xia)環(huan)腔進行(xing)了灌蠟處理(li)。另外，由于(yu)(yu)加工(gong)(gong)軸承(cheng)孔(kong)時刀具避(bi)開干涉(she)后懸伸長度較(jiao)大(da)(da)，銑(xian)削(xue)(xue)(xue)加工(gong)(gong)徑向切(qie)削(xue)(xue)(xue)力大(da)(da)，加工(gong)(gong)振刀嚴重，采用鏜削(xue)(xue)(xue)加工(gong)(gong)會更(geng)有利于(yu)(yu)保(bao)(bao)證(zheng)軸承(cheng)孔(kong)的(de)位(wei)置精(jing)度。經過招(zhao)標比質(zhi)比價，選用了一(yi)款(kuan)長徑比較(jiao)大(da)(da)的(de)進口標準鏜刀（圖(tu) 4）進行(xing)一(yi)次裝夾(jia)(jia)(jia)鏜削(xue)(xue)(xue)加工(gong)(gong)試驗。
圖 4 進(jin)口標準鏜刀
1.2.2 加工步驟
（1）粗鏜去余量(liang)：首先采用雙(shuang)刃鏜削(xue)(xue)刀具粗加(jia)工軸承孔(kong)。雙(shuang)刃鏜刀剛性較(jiao)好，雙(shuang)刃切(qie)削(xue)(xue)金屬去除率較(jiao)高，在大(da)長(chang)徑比刀具的大(da)余量(liang)切(qie)削(xue)(xue)加(jia)工中，雙(shuang)刃鏜刀切(qie)削(xue)(xue)穩定性和效率明顯優于單(dan)刃鏜刀，粗加(jia)工后孔(kong)壁與內端面單(dan)邊留余量(liang)約 0.1 mm 用于精加(jia)工。
（2）精加(jia)(jia)工(gong)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)內(nei)(nei)端面(mian)(mian)：軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)內(nei)(nei)端面(mian)(mian)為精密(mi)配合面(mian)(mian)，精度(du)(du)(du)(du)要求(qiu)(qiu)很(hen)高(gao)，內(nei)(nei)端面(mian)(mian)與孔(kong)垂直度(du)(du)(du)(du)要求(qiu)(qiu)0.01，表面(mian)(mian)粗糙度(du)(du)(du)(du) Ra0.8（圖 2）。精加(jia)(jia)工(gong)時(shi)若采(cai)(cai)用(yong)鏜刀一次加(jia)(jia)工(gong)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)孔(kong)壁與內(nei)(nei)端面(mian)(mian)，由于(yu)鏜刀片(pian)角度(du)(du)(du)(du)一般(ban)略小(xiao)于(yu) 90°，不能滿足(zu)端面(mian)(mian)垂直度(du)(du)(du)(du)要求(qiu)(qiu)，同時(shi)該(gai)端面(mian)(mian)徑向(xiang)寬度(du)(du)(du)(du)約 4 mm，加(jia)(jia)工(gong)時(shi)刀具切削刃接觸面(mian)(mian)大，易振(zhen)動，即使制造 90°非標鏜刀片(pian)也無法保證加(jia)(jia)工(gong)精度(du)(du)(du)(du)。由此采(cai)(cai)用(yong)加(jia)(jia)長三面(mian)(mian)刃銑(xian)刀銑(xian)削軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)內(nei)(nei)端面(mian)(mian)，采(cai)(cai)用(yong)該(gai)方案(an)加(jia)(jia)工(gong)，內(nei)(nei)端面(mian)(mian)與孔(kong)垂直度(du)(du)(du)(du) 0.01 基本(ben)可以(yi)滿足(zu)要求(qiu)(qiu)，但 30# 軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)內(nei)(nei)端面(mian)(mian)上存在輕微振(zhen)紋，表面(mian)(mian)質量略有(you)不足(zu)。
（3）精鏜(tang)(tang)軸(zhou)承(cheng)孔(kong)：采用加長(chang)單刃精鏜(tang)(tang)刀(dao)(dao)精加工(gong)(gong)軸(zhou)承(cheng)孔(kong)（圖 4）。單刃鏜(tang)(tang)刀(dao)(dao)僅一個切(qie)削刃繞(rao)中心旋轉切(qie)削，切(qie)削刃與零(ling)件(jian)所(suo)有(you)(you)觸點處于(yu)至中心等距的旋轉圓周(zhou)上，加工(gong)(gong)一致性(xing)好(hao)，有(you)(you)利于(yu)提高軸(zhou)承(cheng)孔(kong)尺(chi)(chi)寸(cun)精度(du)和形位精度(du)，而(er)雙刃鏜(tang)(tang)刀(dao)(dao)兩刃高度(du)存(cun)在(zai)細微(wei)差異(yi)，在(zai)進行小(xiao)切(qie)深的精密加工(gong)(gong)時(shi)切(qie)削穩定性(xing)不(bu)如單刃鏜(tang)(tang)刀(dao)(dao)。通過調試優化加工(gong)(gong)參(can)數，基本(ben)可以(yi)保(bao)證軸(zhou)承(cheng)孔(kong)直徑尺(chi)(chi)寸(cun)及其同軸(zhou)度(du)、輪廓度(du)要求(qiu)，但(dan) 30# 軸(zhou)承(cheng)孔(kong)孔(kong)壁表面存(cun)在(zai)輕微(wei)振紋，表面質量略(lve)有(you)(you)不(bu)足。另外(wai)，兩處軸(zhou)承(cheng)孔(kong)由于(yu)結構(gou)限制，加工(gong)(gong)時(shi)所(suo)采用的鏜(tang)(tang)刀(dao)(dao)、三(san)面刃型銑刀(dao)(dao)在(zai)進刀(dao)(dao)和退刀(dao)(dao)時(shi)，均須抬刀(dao)(dao)繞(rao)行或(huo)主軸(zhou)定向進刀(dao)(dao)以(yi)避(bi)開干涉。
1.3 方案對比
通(tong)過對(dui)以上兩種加工(gong)(gong)方案進(jin)(jin)行分(fen)析對(dui)比，發現采用配置角度頭(tou)的(de)設(she)備(bei)加工(gong)(gong)，雖然刀具成本(ben)較低(di)，但是角度頭(tou)加工(gong)(gong)精度不(bu)足，剛性差，加工(gong)(gong)振動大，軸承(cheng)孔的(de)同軸度、輪廓度等(deng)各項(xiang)技術(shu)要(yao)求均無(wu)法(fa)滿(man)足，受(shou)限于角度頭(tou)的(de)結構特(te)點(dian)，該方案能改進(jin)(jin)優化的(de)空間很小。而大長徑比刀具五軸一次(ci)裝夾加工(gong)(gong)的(de)方案基本(ben)可以滿(man)足軸承(cheng)孔各項(xiang)技術(shu)要(yao)求，可行性很高。但是此方案仍有不(bu)足，必須進(jin)(jin)行一系列工(gong)(gong)藝試驗，解(jie)決加工(gong)(gong)振顫的(de)不(bu)良因素，進(jin)(jin)一步提高軸承(cheng)孔加工(gong)(gong)質量。
2 、軸承孔五軸加工工藝優化試驗探究
軸(zhou)承孔(kong)(kong)五軸(zhou)加工(gong)工(gong)藝優(you)化(hua)試驗(yan)主要(yao)從切削策略(lve)、參數優(you)化(hua)及減振刀具加工(gong)兩方面進行(xing)了分析研究，旨(zhi)在解決加工(gong)振顫(zhan)，提高軸(zhou)承孔(kong)(kong)加工(gong)質量(liang)。其中，29# 軸(zhou)承孔(kong)(kong)加工(gong)時刀具懸(xuan)伸(shen)長(chang)度不(bu)大，采用上(shang)述方案即可(ke)保證(zheng)相應技術要(yao)求，后文(wen)僅針對(dui) 30# 軸(zhou)承孔(kong)(kong)進行(xing)工(gong)藝優(you)化(hua)試驗(yan)研究。
2.1 切削策略、參數優化(hua)
2.1.1 軸承(cheng)孔內(nei)端面銑削策略(lve)、參數優(you)化(hua)
采用(yong)加(jia)長三面(mian)(mian)刃銑刀精加(jia)工軸承(cheng)孔內端面(mian)(mian)時，對切(qie)削策(ce)略和參數進行了(le)優(you)化：
（1）采用小切深(shen)銑削法，盡量降(jiang)低切削力，避免切削振(zhen)動，粗(cu)加工后(hou)端(duan)面(mian)余量僅(jin)預留 0.1 mm 進行精銑。
（2）選用三角形(xing)刀(dao)片加工，三角形(xing)刀(dao)片僅(jin)刃尖進行(xing)切削，刃尖非常鋒利，切削力小。
（3）刀(dao)具銑削軌跡外形直(zhi)徑應(ying)略小(xiao)于孔(kong)(kong)壁直(zhi)徑，刀(dao)刃(ren)不觸碰孔(kong)(kong)壁，以免端面與孔(kong)(kong)壁同時(shi)切(qie)削使切(qie)削抗力(li)增(zeng)大產生振(zhen)刀(dao)，影響加工精度(du)。
（4）直徑(jing)方向(xiang)不(bu)能進行(xing)分(fen)層銑削，防止出(chu)現接刀紋影(ying)響表面質量。
由于軸承孔(kong)內端面銑(xian)(xian)削(xue)主(zhu)要產生徑向切削(xue)力，普(pu)通加長銑(xian)(xian)刀剛性(xing)較差，優化切削(xue)策略(lve)后(hou)(hou)加工表(biao)面依然有輕(qing)微(wei)振紋，調試(shi)切削(xue)參數(shu)加工后(hou)(hou)表(biao)面質量雖有一定改善，但仍(reng)無法完(wan)全(quan)解決這個問(wen)題。
2.1.2 軸(zhou)承孔精鏜參數優化
在(zai)精鏜(tang) 30# 軸承孔(kong)時，采用加(jia)長標準精鏜(tang)刀(dao)，刀(dao)具長徑(jing)比(bi)大，加(jia)工(gong)振動較大，孔(kong)壁表面(mian)存在(zai)輕微振紋，通(tong)過對刀(dao)具轉速(su)、進給、切深(shen)等切削(xue)參數進行(xing)了(le)一(yi)系(xi)列的試驗優化（見表 1），軸承孔(kong)加(jia)工(gong)質量(liang)取得(de)了(le)顯著改善(shan)。
由(you)表(biao) 1 可以看出，只有采用低(di)轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)、低(di)進給，才能減少或消除(chu)加(jia)工(gong)(gong)表(biao)面(mian)的振刀(dao)紋，提(ti)高軸承孔表(biao)面(mian)質量；切深(shen)對(dui)表(biao)面(mian)質量影響不太大(da)，切深(shen)較小時，表(biao)面(mian)質量稍好。其中(zhong)，轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)是對(dui)加(jia)工(gong)(gong)振動影響最大(da)的因素(su)，轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su)越(yue)高，刀(dao)具徑向(xiang)切削力越(yue)大(da)，加(jia)工(gong)(gong)振動越(yue)大(da)。通過對(dui)比(bi)試驗效果，最終選定切削參數為：轉(zhuan)(zhuan)速(su)(su) 25r/min，進給 0.4 mm/min，切深(shen) 0.05 mm，軸承孔表(biao)面(mian)加(jia)工(gong)(gong)質量基本滿足設計圖要求。
同(tong)時試驗(yan)發現，當進給(gei)太小時，軸(zhou)(zhou)承(cheng)孔垂直度(du)、圓柱度(du)等技術要(yao)求不穩定(ding)。分析認為，當轉速一(yi)定(ding)時，隨(sui)著刀(dao)具進給(gei)增大，單位時間內刀(dao)具軸(zhou)(zhou)向切(qie)削深(shen)度(du)相應(ying)增大，主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)向切(qie)削力增大，制約(yue)刀(dao)具徑向擺(bai)動的摩擦阻力增加，刀(dao)具切(qie)削振(zhen)顫幅度(du)反而減(jian)小，軸(zhou)(zhou)承(cheng)孔形位精度(du)提高。
通過調試優化加工參(can)數，軸(zhou)承孔(kong)內端面(mian)仍存在輕微振(zhen)紋，孔(kong)壁表(biao)面(mian)質量(liang)基(ji)本達到設計要(yao)求(qiu)，但軸(zhou)承孔(kong)圓(yuan)柱度、垂直度等(deng)要(yao)求(qiu)不穩定(ding)。因(yin)此，需要(yao)進一步試驗，采(cai)取(qu)措施提(ti)升刀具剛度，減小(xiao)切削振(zhen)顫，保證(zheng)軸(zhou)承孔(kong)所(suo)有技術要(yao)求(qiu)和表(biao)面(mian)質量(liang)。
2.2 減振刀(dao)具加工
2.2.1 重金屬合金轉接桿銑(xian)刀精(jing)銑(xian)軸(zhou)承孔內端面(mian)
加(jia)工(gong) 30# 軸承孔內端面(mian)(mian)時(shi)，刀(dao)具(ju)長徑比大(da)(da)，銑刀(dao)若安裝一般(ban)轉(zhuan)接桿(gan)，加(jia)工(gong)時(shi)振(zhen)(zhen)刀(dao)嚴(yan)重，即使(shi)(shi)對切削(xue)策略和(he)參數進行(xing)了試驗優化(hua)，也無法(fa)完全消除切削(xue)振(zhen)(zhen)顫，因此選用了一種重金(jin)屬合金(jin)轉(zhuan)接桿(gan)的(de)三面(mian)(mian)刃(ren)銑刀(dao)進行(xing)加(jia)工(gong)，該刀(dao)具(ju)剛性(xing)更(geng)強，切削(xue)振(zhen)(zhen)顫小，有效避(bi)免了切削(xue)振(zhen)(zhen)紋的(de)產(chan)生，即使(shi)(shi)在(zai)進行(xing)大(da)(da)懸伸加(jia)工(gong)時(shi)，也可以保證加(jia)工(gong)的(de)穩定性(xing)，零(ling)件表面(mian)(mian)質(zhi)量較好，垂直度要求(qiu)合格。見圖 5。
圖 5 重合(he)金(jin)轉接桿三面刃銑刀
2.2.2 高(gao)精度減振鏜刀加(jia)工軸承孔
通過(guo)(guo)試(shi)驗(yan)(yan)分析，采用大(da)長(chang)(chang)(chang)徑(jing)比(bi)(bi)(bi)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)五軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)一(yi)次裝夾鏜(tang)削(xue)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)兩軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)(kong)的(de)(de)方(fang)案(an)具(ju)(ju)有(you)較高可行(xing)性(xing)。但目前采用一(yi)般鏜(tang)刀(dao)(dao)精(jing)(jing)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)(kong)，切削(xue)參(can)數在(zai)經過(guo)(guo)大(da)量(liang)調(diao)試(shi)優化(hua)后，軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)(kong)的(de)(de)表面質量(liang)、圓柱度(du)、垂直(zhi)度(du)仍(reng)不能(neng)(neng)(neng)同時(shi)(shi)達到(dao)最理(li)想的(de)(de)要求(qiu)。由于在(zai)深孔(kong)(kong)和高速(su)的(de)(de)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中，鏜(tang)桿(gan)簡化(hua)為細長(chang)(chang)(chang)懸臂梁(liang)結(jie)構，特(te)別是(shi)(shi)大(da)長(chang)(chang)(chang)徑(jing)比(bi)(bi)(bi)鏜(tang)桿(gan)，因(yin)為鏜(tang)桿(gan)的(de)(de)懸伸過(guo)(guo)長(chang)(chang)(chang)引(yin)起剛(gang)度(du)不足，使鏜(tang)桿(gan)容易產(chan)(chan)生振動(dong)(dong)，影(ying)響(xiang)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)精(jing)(jing)度(du)[6]。通常情況下，鏜(tang)削(xue)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)(de)一(yi)般鏜(tang)桿(gan)，在(zai)長(chang)(chang)(chang)徑(jing)比(bi)(bi)(bi)（L/D）大(da)于 4 時(shi)(shi)，比(bi)(bi)(bi)較容易產(chan)(chan)生振動(dong)(dong)，這(zhe)是(shi)(shi)由于鏜(tang)桿(gan)剛(gang)度(du)不夠導致的(de)(de)，并且長(chang)(chang)(chang)徑(jing)比(bi)(bi)(bi)越大(da)，振動(dong)(dong)幅度(du)愈大(da)，當鏜(tang)桿(gan)長(chang)(chang)(chang)徑(jing)比(bi)(bi)(bi)為 10時(shi)(shi)，機械加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中所產(chan)(chan)生的(de)(de)變形(xing)量(liang)，是(shi)(shi)長(chang)(chang)(chang)徑(jing)比(bi)(bi)(bi)達到(dao)4 時(shi)(shi)的(de)(de) 16 倍[7]。加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong) 30# 精(jing)(jing)密軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)(kong)的(de)(de)鏜(tang)桿(gan)長(chang)(chang)(chang)徑(jing)比(bi)(bi)(bi)約為 7，同時(shi)(shi)鈦合金材料(liao)具(ju)(ju)有(you)較優良的(de)(de)高溫強(qiang)度(du)和硬(ying)度(du)，是(shi)(shi)典型的(de)(de)難(nan)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)材料(liao)，切削(xue)性(xing)能(neng)(neng)(neng)差，切削(xue)抗(kang)力大(da)，進(jin)一(yi)步加(jia)(jia)(jia)劇了鏜(tang)削(xue)過(guo)(guo)程(cheng)(cheng)中的(de)(de)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)振動(dong)(dong)，零(ling)件形(xing)位要求(qiu)和表面質量(liang)難(nan)以保(bao)證。因(yin)此必須(xu)考慮使用具(ju)(ju)有(you)減(jian)振功能(neng)(neng)(neng)的(de)(de)刀(dao)(dao)具(ju)(ju)，通過(guo)(guo)引(yin)進(jin)多家國外刀(dao)(dao)具(ju)(ju)品牌的(de)(de)減(jian)振鏜(tang)刀(dao)(dao)技術方(fang)案(an)，經過(guo)(guo)對比(bi)(bi)(bi)分析，選用了山特(te)維克一(yi)款高精(jing)(jing)度(du)減(jian)振鏜(tang)刀(dao)(dao)（圖(tu) 6）對軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)(kong)進(jin)行(xing)加(jia)(jia)(jia)工(gong)(gong)試(shi)驗(yan)(yan)。
圖 6 減振鏜刀加工(gong)軸承孔示(shi)意圖
減振鏜刀主要(yao)通過(guo)阻尼減振的方(fang)式，提(ti)高刀桿(gan)的動(dong)剛度(du)，減小(xiao)刀具(ju)徑向跳動(dong)量(liang)，從而提(ti)高軸(zhou)承孔表面加(jia)(jia)工(gong)質量(liang)。試驗過(guo)程中(zhong)，綜合(he)考(kao)慮零(ling)件材料的切削性能、加(jia)(jia)工(gong)技術(shu)要(yao)求、刀具(ju)本身的減振效果、刀具(ju)壽(shou)命、讓刀等因素，對減振鏜刀切削參(can)數進行了調試優化。
（1）切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)深(shen)(shen)(shen)(shen)度(du)：一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)深(shen)(shen)(shen)(shen)度(du)應略大(da)于刀(dao)尖圓(yuan)角，加工(gong)時(shi)(shi)尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)(cun)更(geng)穩定(ding)，以免在(zai)刀(dao)片圓(yuan)角上(shang)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)時(shi)(shi)，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)部位(wei)主、副(fu)偏角不(bu)(bu)穩定(ding)，對(dui)讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)大(da)小產(chan)生影(ying)響(xiang)，從而導致尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)(cun)加工(gong)不(bu)(bu)穩定(ding)。但由此(ci)選用的(de)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)深(shen)(shen)(shen)(shen)度(du)相對(dui)較(jiao)大(da)，在(zai)進行精加工(gong)時(shi)(shi)，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)深(shen)(shen)(shen)(shen)度(du)過大(da)，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)阻(zu)力增加，讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)增加，不(bu)(bu)利于保(bao)證尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)(cun)精度(du)，一(yi)般(ban)精加工(gong)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)深(shen)(shen)(shen)(shen)選擇 0.1 ～ 0.2 mm。同(tong)時(shi)(shi)減(jian)(jian)振鏜刀(dao)是彈(dan)性結構，刀(dao)桿靜態(tai)剛性不(bu)(bu)佳，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)現象更(geng)為(wei)突顯(xian)，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)深(shen)(shen)(shen)(shen) 0.2 mm 時(shi)(shi)，讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)約為(wei) 0.03 ～ 0.04 mm；切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)深(shen)(shen)(shen)(shen) 0.1 mm 時(shi)(shi)，讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)約為(wei) 0.01 ～ 0.02 mm。因此(ci)，為(wei)了更(geng)好的(de)保(bao)證尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)(cun)精度(du)，進刀(dao)時(shi)(shi)應根據切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)深(shen)(shen)(shen)(shen)適當補(bu)償(chang)讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，經過試驗(yan)摸(mo)索(suo)，給(gei)定(ding)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)深(shen)(shen)(shen)(shen)為(wei) 0.1 mm，并預留(liu)約 0.02 ～ 0.03 mm 余(yu)(yu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，加工(gong)后測(ce)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)孔徑計算實(shi)際(ji)余(yu)(yu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，補(bu)償(chang)刀(dao)具(ju)加工(gong)至最終尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)(cun)，刀(dao)補(bu)值等于實(shi)際(ji)余(yu)(yu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)減(jian)(jian)去上(shang)一(yi)次(ci)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)時(shi)(shi)的(de)讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)，避免因上(shang)一(yi)次(ci)切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)削(xue)(xue)讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)回彈(dan)導致尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)(cun)超(chao)差，切(qie)(qie)(qie)(qie)(qie)深(shen)(shen)(shen)(shen) 0.1 mm 時(shi)(shi)刀(dao)具(ju)讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)略大(da)于 0.01 mm，同(tong)時(shi)(shi)最后精修(xiu)時(shi)(shi)也(ye)會(hui)產(chan)生輕微讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)，根據實(shi)際(ji)經驗(yan)，最終刀(dao)補(bu)值為(wei)實(shi)際(ji)余(yu)(yu)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)減(jian)(jian)去 0.01mm 讓(rang)(rang)(rang)刀(dao)量(liang)(liang)(liang)(liang)(liang)即可保(bao)證孔徑尺(chi)(chi)寸(cun)(cun)(cun)要求(qiu)。
（2）線速度(du)：線速度(du)是影響減振鏜刀加(jia)(jia)工振動的最(zui)(zui)重要因素，線速度(du)過大或過小，均可能(neng)引(yin)起切削振顫(zhan)，根據山特維克多年的減振鏜刀加(jia)(jia)工經驗和試驗摸索，切削鈦合金(jin)材料線速度(du)一般選用(yong) 40 ～ 80 m/min最(zui)(zui)佳(jia)，結合零件材料 ZTC4 的切削性能(neng)，經調試，最(zui)(zui)終給定線速度(du)為 50 m/min，采用(yong)這一切削參數無(wu)加(jia)(jia)工振顫(zhan)現(xian)象（圖 7）。
（3）每(mei)轉(zhuan)(zhuan)進(jin)(jin)(jin)給(gei)(gei) f：根(gen)據表(biao)面粗(cu)糙度計(ji)算(suan)公式(shi)Ra = f 2 × 1000/（R × 8），在保(bao)證粗(cu)糙度要求(qiu) 0.4 的前(qian)提下(xia)可計(ji)算(suan)求(qiu)得 f 值，從公式(shi)中可以看出(chu)，粗(cu)糙度與每(mei)轉(zhuan)(zhuan)進(jin)(jin)(jin)給(gei)(gei)成正(zheng)比，與刀(dao)尖圓角成反比，在精(jing)密尺(chi)(chi)寸的實際加工(gong)中，為(wei)了減小(xiao)切(qie)削(xue)(xue)力(li)，提高切(qie)削(xue)(xue)穩定性，需盡可能保(bao)證刀(dao)片的鋒(feng)利度，由此選用(yong) R0.2 精(jing)車刀(dao)片，通過上述公式(shi)計(ji)算(suan)可得：f =（Ra × R × 8/1000）1/2 =（0.4 × 10-6 × 0.2 ×8/1000）1/2 = 0.025 3 × 10-3m為(wei)了保(bao)證粗(cu)糙度合格，選擇的每(mei)轉(zhuan)(zhuan)進(jin)(jin)(jin)給(gei)(gei) f 應不大于(yu) 0.025 3 mm，但是切(qie)削(xue)(xue)時若(ruo)進(jin)(jin)(jin)給(gei)(gei)量(liang)太小(xiao)，會加速刀(dao)具涂層磨損速度，降(jiang)低(di)刀(dao)具壽命，影響尺(chi)(chi)寸加工(gong)精(jing)度，因此，最(zui)終給(gei)(gei)定每(mei)轉(zhuan)(zhuan)進(jin)(jin)(jin)給(gei)(gei) f 為(wei) 0.025 mm；采用(yong)這一切(qie)削(xue)(xue)參數(shu)加工(gong)，軸承孔(kong)表(biao)面質量(liang)可以達(da)到理想(xiang)效果(guo)（圖 7）。
圖(tu) 7 減振(zhen)鏜(tang)刀加(jia)工的(de)軸承(cheng)孔
采用(yong)(yong)大(da)(da)長徑比(bi)高精度(du)減(jian)振刀具在大(da)(da)行程臥式(shi)五軸(zhou)(zhou)加工(gong)(gong)中(zhong)心一(yi)次(ci)裝夾加工(gong)(gong)機匣兩精密斜軸(zhou)(zhou)承孔，由于(yu)減(jian)小(xiao)甚(shen)至基本消(xiao)除了(le)加工(gong)(gong)振動，切(qie)削穩定(ding)性好，相(xiang)對于(yu)采用(yong)(yong)一(yi)般加長標準鏜刀加工(gong)(gong)，軸(zhou)(zhou)承孔表面質量及其同軸(zhou)(zhou)度(du)、垂直(zhi)度(du)等(deng)形位要求(qiu)也(ye)有(you)極(ji)大(da)(da)提高，軸(zhou)(zhou)承孔加工(gong)(gong)精度(du)和表面質量基本滿足了(le)設(she)計要求(qiu)。
3、 結束語
通(tong)過(guo)對一種(zhong)復雜精(jing)密(mi)斜軸(zhou)承(cheng)孔進行加工(gong)試驗(yan)分析，確(que)定了采(cai)用(yong)大長徑(jing)比減振刀具在大行程臥(wo)式五軸(zhou)加工(gong)中心一次裝(zhuang)夾加工(gong)的工(gong)藝方(fang)(fang)案，兩軸(zhou)承(cheng)孔加工(gong)精(jing)度基本滿足了設計要求。采(cai)用(yong)上(shang)述方(fang)(fang)案加工(gong)的機匣軸(zhou)承(cheng)孔，錐(zhui)齒(chi)輪(lun)軸(zhou)裝(zhuang)配效果(guo)良好，順利(li)通(tong)過(guo)了300 h 長期試車考(kao)核，未發(fa)生(sheng)錐(zhui)齒(chi)輪(lun)軸(zhou)裂紋(wen)等現象。