機匣焊接組合件變形控制全攻略

　　某機匣單元體由渦輪軸組件、渦輪靜子部分組合件和渦輪機匣單元體三部分組成。靜子部分組合件中zui重要的組成部分是機匣焊接組合件，它的內部裝配導向葉片以及轉子葉片外封嚴環組合件（俗稱“蜂窩”），外部裝有6個熱電偶，機匣外側有3個測壓孔和3個觀測孔。
　　
　　本機匣焊接組合件屬于大型薄壁機匣，結構較為復雜，機匣內部有6道凹槽，槽體側面有U型槽，外側焊接12個凸臺，前、后安裝邊鉆有孔。大型機匣和薄壁機匣在加工中面臨的zui重要的問題就是加工中側壁及前、后安裝邊容易引起變形；零件在焊接之后同樣也會引起變形。機匣的內部布有多道異型環槽，且尺寸較小、精度較高。機匣材料硬度較大、加工困難。下面就本機匣焊接組合件在研制過程中的一些重要過程進行分析和介紹。
　　
　　工藝路線的制定
　　
　　確定加工方案本組合件由渦輪機匣殼體在焊接凸臺后組成。原有加工方案是加工完所有的機匣尺寸，再對機匣焊接后的凸臺進行加工，這會導致加工后的零件在焊接后變形*，零件既不符合設計要求，同時也影響了導向葉片以及轉子葉片外封嚴環組合件正常的裝配。解決零件焊接后變形過大行之有效的方法是對單件和組合件的余量進行調整，將除機匣外部的所有zui終尺寸全部留給焊接后的組合件加工，從而將焊接帶來的變形在組合件的加工中去掉。
　　
　　制定機匣殼體工藝路線機匣殼體作為單件，在前、后安裝邊和內部環槽留有1~1.5mm的余量。加工路線分粗車、半精車和精車加工，在機匣殼體外側還鉆有12個徑向孔，供焊接凸臺時使用。
　　
　　制定機匣焊接組合件工藝路線主要目的是去掉殼體所留余量以及焊接后的變形，因此機加工藝路線確定為精車，銑內部斜槽，鏜前、后安裝邊孔，銑凸臺表面及鏜孔攻絲等。
　　
　　數控程序的編制
　　
　　本機匣的所有機械加工主要由數控立車、臥式五坐標加工中心、立式四坐標加工中心和臥式四坐標加工中心等高精度數控設備完成，因此數控程序的編制對零件的加工至關重要。
　　
　　車加工無論是殼體還是焊接組合件，車加工都是本機匣zui重要的工序，因此數控程序是否合理直接關系到一些重要尺寸以及形位公差是否能夠滿足設計要求。機匣內部各種環槽（圖1）極其復雜，加工難度較大。
　　
　　本課題運用UGNX4軟件的CAM功能進行輔助編程。在建模、建立操作和后處理等過程后生成數控程序（圖2）。程序生成后利用VERICUT軟件模擬仿真檢查程序是否存在殘留和過切等不合理之處，并對程序進行細微調整。
　　
　　銑加工以及鉆孔本機匣的銑加工以及鉆孔的數控程序由手工編制，之后同樣運用VERICUT仿真檢驗其合理性。
　　
　　數控仿真
　　
　　VERICUT軟件是仿真加工軟件，不能生成程序；可以模擬G代碼程序，包括子程序、宏程序、循環、跳轉、變量等，而一般CAM軟件只是模擬刀軌或中間文件。用該軟件可校驗加工程序的準確性并辯認出錯誤，如圖紙或讀圖錯誤、編程不、快速移動時接觸材料、錯誤的走刀路徑、與工裝夾具發生的碰撞、CAD/CAM和后處理器錯誤、分析加工中產生的應力等。
　　
　　使用VERICUT機床模擬功能可以檢查機床在加工過程或換刀時所發生的干涉和碰撞，具體應用包括以下步驟。
　　
　　調用相應的機床（機床文件）如庫中沒有相應的機床則需查閱機床資料自己建立機床。首先按照機床各軸運動關系創建機床結構樹，這樣就可以進行G代碼模擬，但無法檢查機床各部位與工件或夾具的干涉碰撞，因此需要在機床結構樹的基礎上添加機床部件，完成后即為完整的仿真機床。
　　
　　調用和機床相配的控制系統文件系統調用后需進行針對性的配置，如圓弧指令格式、特殊指令設置及工作臺旋轉設置等，只有在正確配置系統控制文件，使其與現場加工機床一致后才能保證加工仿真的正確性。
　　
　　定義毛料和工件這里的毛料要與實際毛料相同，以便在仿真過程中檢查刀具是否存在碰撞、干涉等錯誤；工件用于仿真后與切削模型進行自動比較，分析過切與殘留情況。二者可以在軟件中直接創建，而對于復雜模型則需由UG、MASTERCAM等三維軟件通過轉換輸出接口生成VERICUT能夠識別的IGES、PLY、STL等格式實體，用于加工仿真及自動分析比較。
　　
　　其他步驟還包括按照加工工藝順序添加程序、建立并調用刀具庫、設定編程原點。完成上述步驟后即可在虛擬環境下進行零件加工，加工結束后對零件進行分析，把設計實體同切削過后的實體進行自動比較從而發現過切或殘留余量。可以整體或者分區域比較，并可根據比較的精度重新設置公差。
　　
　　車加工問題及解決方法
　　
　　安裝邊變形由于本課題所研究的機匣直徑較大，因此在車加工前、后安裝邊時易引起變形，為此需要選擇正確的走刀路線。由于刀具磨損后會對零件產生較大應力，這個力垂直于安裝邊并指向工作臺；再加上零件的內側與側壁相連，剛性相對較好，因此將由回轉中心向外的走刀路線調整為由外向內，便可zui大程度地減少刀具磨損對零件造成的變形。
　　
　　此外，由于組合件安裝邊表面有角向定位孔，以致刀片走到此處時會使零件發生微量變形，為此需要減小單件在此處給組合件所留的余量。
　　
　　表面光度由于零件直徑較大，在車加工中，機匣與工作臺之間未被固定的安裝邊附近的外壁容易產生震紋，影響零件的表面粗糙度。在零件外側用橡膠輪胎作為輔助支撐以便減震，可避免震紋產生。
　　
　　在加工殼體時，由于外型面面積較大，車刀在完成一次切削的過程中需要走較長的路徑，以致后期刀片不夠鋒利而導致表面光度不理想，因此需要將原有程序一分為二。
　　
　　刀具的選擇車加工中zui重要的就是刀具的選擇。機匣內部結構復雜，應選用合適的偏刀、球刀等加工零件。在單件的加工中，由于內部U型槽較窄，因此需要改磨刀柄以減小刀具高度。
　　
　　鏜孔問題及解決方法
　　
　　安裝邊孔徑偏小由于機匣材料硬度*，在加工孔時經常產生孔徑偏小的問題。在原有鉆孔工藝上多增加一道擴孔工序，使zui后用鉸刀加工時的余量變小以便減小誤差。
　　
　　大端安裝邊孔位置度不合格在加工大端安裝邊孔時，由于切削力向下容易造成安裝邊變形，導致孔位置度不符合設計要求。在加工中加入輔助支撐將安裝邊墊起，可減少切削力引起的安裝邊變形。