航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件普遍具有材料和結(jié)構(gòu)的雙重難加工特性抒寂，加工刀具成本高朵椿，加工質(zhì)量和加工效率亦難以保證蒙亦。如何有效地評(píng)估刀具的切削性能和優(yōu)選刀具已成為國(guó)內(nèi)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)難題之一涮婿。為此棍丽，南京航空航天大學(xué)以航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體葉盤(pán)、機(jī)匣以及盤(pán)軸等典型零件為研究對(duì)象掠佛，提出了一種面向航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件的刀具性能綜合評(píng)價(jià)方法慈翔，針對(duì)粗、精加工過(guò)程川痛，選取不同的刀具性能評(píng)價(jià)指標(biāo)耽坤，利用灰色系統(tǒng)理論分別構(gòu)建了粗、精加工刀具性能綜合評(píng)價(jià)模型都炮。

錨定加工難點(diǎn)

鈦合金和高溫合金本身具有優(yōu)越的綜合性能瘸酒，是加工航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件的理想材料，但典型零件包含材料和結(jié)構(gòu)雙重難加工性听谓，對(duì)切削加工的刀具提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)钙幼。選擇合適的刀具對(duì)于提高典型零件的加工效率，保證加工質(zhì)量穩(wěn)定性至關(guān)重要血庐。同時(shí)仿村，刀具材料、涂層技術(shù)和刀具結(jié)構(gòu)的快速創(chuàng)新推動(dòng)了切削加工技術(shù)的快速發(fā)展兴喂，為提高加工效率蔼囊，保證加工質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本提供了強(qiáng)大支撐。因此衣迷，通過(guò)評(píng)價(jià)刀具性能來(lái)實(shí)現(xiàn)刀具優(yōu)選就變得格外重要畏鼓。”

整體葉盤(pán)的工藝難點(diǎn)諸多壶谒，它尺寸大云矫，范圍寬，外徑輪廓一般在Φ600~Φ1200mm汗菜，需要較大規(guī)格的加工設(shè)備让禀；它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其盤(pán)和葉片采用一體化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)陨界，葉片為空間自由曲面巡揍，尤其是風(fēng)扇整體葉盤(pán)的葉片痛阻，為寬弦、大扭角怒忧，通道開(kāi)敞性差拿翠，鼓筒與葉片連接處型面較為復(fù)雜，機(jī)械加工難度很大村围，確定五軸加工方式允合、解決多約束加工干涉、計(jì)算復(fù)雜刀軸矢量計(jì)算等問(wèn)題至關(guān)重要缅煎；同時(shí)泌盒，尺寸、形位公差和表面粗糙度設(shè)計(jì)精度高督注，其尺寸和形位公差一般要求在自由狀態(tài)下檢測(cè)筛密，而整個(gè)加工過(guò)程零件處于限位狀態(tài)，兩者的狀態(tài)會(huì)有一定的差異芬吸，因此鸭乱，加工過(guò)程會(huì)扣嚴(yán)公差，導(dǎo)致加工難度更大奶膘；整體葉盤(pán)的葉片部分是懸臂結(jié)構(gòu)橱奶，葉片壁厚又薄，整體葉盤(pán)的剛性比較弱慈俯，在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生顫振和變形渤刃，因此，在夾具設(shè)計(jì)和加工工藝方面需要采取一定的措施贴膘，來(lái)解決顫振和加工變形問(wèn)題以提高切削剛性卖子；整體葉盤(pán)的材料多為鈦合金或高溫合金，這樣的難加工材料刑峡，切削加工困難洋闽，需要選擇適合整體葉盤(pán)切削加工的刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)及幾何尺寸突梦。

圖1. 整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件三維圖喊递，主要包含葉片和流道兩種典型難加工結(jié)構(gòu)特征

此次作為研究選定的整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件材料為鈦合金TC4，輪廓尺寸為100mm×53mm×63mm阳似，葉片高度為30mm，最薄處小于2mm铐伴，流道圓弧半徑為480mm撮奏，轉(zhuǎn)接圓弧半徑為4mm，底部裝夾高度為30mm当宴。為了提高粗銑加工的效率和保證加工穩(wěn)定性珠校，整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件將葉片的自由曲面簡(jiǎn)化為直紋面來(lái)降低粗銑加工的難度幸园，可實(shí)現(xiàn)四坐標(biāo)銑加工葉片。該基準(zhǔn)件忽略次要特征络蟋，包含了整體葉盤(pán)葉片和流道兩種最典型結(jié)構(gòu)特征谐绽。

工藝路線與加工

粗加工策略。粗加工的目的是完成葉片之間主要加工余量的去除以及葉片后續(xù)加工余量的均勻化络跷。整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件粗加工開(kāi)槽采用大進(jìn)給刀具绑僵，采用型腔銑，封閉區(qū)域螺旋進(jìn)刀俺阻，開(kāi)放區(qū)域線性進(jìn)刀池致，余量為0.6mm。WSM35S督靶、WSP45S刀片切削參數(shù)為切削速度Vc=80m/min剥犯，每齒進(jìn)給量fz=1mm/Z，徑向切深ae=12.5mm铃挠，軸向切深ap=0.6mm邓星。

圖2 整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件粗加工走刀軌跡圖例

實(shí)際加工采用了WALTER機(jī)夾式可轉(zhuǎn)位大進(jìn)給刀片，刀具直徑為25mm应结，刀桿牌號(hào)為F4030.T22.025.Z02.01刨疼，刀片牌號(hào)分別為P23696-1.0 WSM35S、P23696-1.0 WSP45S摊趾，該系列刀具前角為16°币狠，后角為14°。

圖3 .粗加工刀柄及其刀片

半精加工策略砾层。半精加工的目的通常是平滑光整地加工粗加工后的殘留加工面漩绵，或者是對(duì)拐角處進(jìn)行清角，從而使工件加工表面余量均勻肛炮，為精加工作好準(zhǔn)備止吐。整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件葉片頂部半精加工采用平面銑，去除葉片頂端余量侨糟，封閉區(qū)域螺旋進(jìn)刀碍扔，開(kāi)放區(qū)域線性進(jìn)刀。

選用了WALTER整體硬質(zhì)合金刀具H7073717-12-2秕重，其切削參數(shù)為切削速度Vc=90m/min不同，每齒進(jìn)給量fz=0.06mm/Z，徑向切深ae=6mm专运，軸向分五層：軸向切深ap=0.6mm酵吴。半精加工刀具為WALTER Protostar Ti 40系列的整體硬質(zhì)合金刀具H7073717-12-2，該刀具有4個(gè)刀刃壮畏，刀尖圓角半徑為2mm律腊，螺旋角為40o藐捉。

（a） （b）

圖4.整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件半精加工走刀軌跡圖例

精加工策略。精加工的目的是為了保證良好的加工質(zhì)量和尺寸精度辑蛔，精加工直接決定了實(shí)際的加工效果是否能夠達(dá)到實(shí)際需求氛玛。精加工時(shí)，分別采用不同的方法先加工葉片特征昔主，后加工流道特征蹂勺。葉片采用可變輪廓銑，曲面驅(qū)動(dòng)方法徐扯，投影矢量為朝向驅(qū)動(dòng)體经融，刀軸采用側(cè)刃驅(qū)動(dòng)體，側(cè)傾角為10o苫馏，進(jìn)刀方式為線性-垂直于部件雏节，切削參數(shù)為切削速度Vc=60m/min，每齒進(jìn)給量fz=0.04mm/Z高职，徑向切深ae=0.3mm钩乍，軸向切深ap=1.2mm。流道也采用可變輪廓銑怔锌，曲面驅(qū)動(dòng)方法寥粹，投影矢量為朝向驅(qū)動(dòng)體，刀軸采用垂直于驅(qū)動(dòng)體埃元。進(jìn)刀方式為圓弧-垂直于部件涝涤，切削參數(shù)為切削速度Vc=80m/min，每齒進(jìn)給量fz=0.04mm/Z岛杀，徑向切深ae=1mm阔拳，軸向切深ap=0.3mm。精加工過(guò)程中采用了WALTER整體硬質(zhì)合金刀具类嗤，精加工球頭刀具刀具牌號(hào)為H7073717-12-2糊肠。

圖5 精加工球頭刀具

實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)所制定的加工策略以及刀具的切削參數(shù)，最終加工出整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件（共兩塊）驗(yàn)證不同刀具的切削性能遗锣，整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件粗加工結(jié)果如圖6所示捌养。

圖6. 整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件粗加工后圖例

粗加工各刀片試驗(yàn)結(jié)果：

如上是兩種刀片加工基準(zhǔn)件的流道特征時(shí)后刀面磨損的測(cè)量結(jié)果，后刀面磨損VB為相應(yīng)刀具加工完流道特征后的后刀面磨損量宝猩，金屬去除率可利用切削參數(shù)計(jì)算得到螃妨。

而根據(jù)如上的測(cè)量和計(jì)算結(jié)果，運(yùn)用所構(gòu)建的粗加工模型可對(duì)加工刀具進(jìn)行灰色綜合評(píng)價(jià)孙远。粗加工各刀片性能灰色綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：

運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)刀具性能進(jìn)行評(píng)價(jià)的關(guān)鍵在于計(jì)算出加權(quán)關(guān)聯(lián)矢量γ′君哮，利用最大加權(quán)關(guān)聯(lián)度γ_i來(lái)決定相對(duì)最優(yōu)切削刀具。在基準(zhǔn)件流道特征的粗加工過(guò)程中，加權(quán)關(guān)聯(lián)矢量γ′=(1焊槐，0.553)，最大加權(quán)關(guān)聯(lián)度γ_i=max(1厅瘩，0.553)=γ₁斗液，所以刀片WSM35S的切削性能優(yōu)于刀片WSP45S。同時(shí)可知紊尺，兩種刀片金屬去除率相同彰晌，可直接通過(guò)后刀面磨損判斷刀具性能優(yōu)劣，但金屬去除率相同屬于巧合情況达吞，并不影響粗加工評(píng)價(jià)模型針對(duì)一般情況的使用张弛。

圖 7. 整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件精加工裝夾圖

圖 8 整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件精加工后圖

精加工各刀具試驗(yàn)結(jié)果：

以上為精加工評(píng)價(jià)指標(biāo)表面粗糙度、尺寸誤差酪劫、后刀面磨損的測(cè)量結(jié)果吞鸭，各指標(biāo)的測(cè)量結(jié)果是加工完葉片和流道特征后的測(cè)量結(jié)果。根據(jù)于此覆糟，運(yùn)用所構(gòu)建的精加工模型對(duì)加工刀具進(jìn)行灰色綜合評(píng)價(jià)刻剥，評(píng)價(jià)結(jié)果如下所示。

精加工各最優(yōu)刀片性能灰色綜合評(píng)價(jià)結(jié)果：

通過(guò)用所建立的灰色綜合評(píng)價(jià)模型分別評(píng)價(jià)粗滩字、精加工刀具造虏，最終得出以下結(jié)論。

（1）典型結(jié)構(gòu)特征對(duì)于刀具的性能有著重大的影響麦箍，同一種刀具加工不同的結(jié)構(gòu)特征將會(huì)體現(xiàn)出不同的切削性能漓藕，故有必要針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)特征優(yōu)選刀具，提高加工效率的同時(shí)并保證加工質(zhì)量及穩(wěn)定性挟裂。

（2）粗加工整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件的流道特征時(shí)享钞，在相同切削參數(shù)條件下，刀片WSM35S的切削性能優(yōu)于刀片WSP45S话瞧。精加工整體葉盤(pán)基準(zhǔn)件的葉片和流道特征時(shí)邪盼，WALTER 4齒球頭刀具的綜合切削性能均優(yōu)于其他品牌齒球頭刀具的綜合切削性能。