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针对Ti6Al4V钛合金薄壁机匣切削加工的难题，分析零件的结构和尺寸要求，通过编制合理工艺路线及数控程序，选用合理的刀具、切削参数和工装夹具等，确保了零件的加工精度，为该类薄壁零件的数控车削加工提供参考。
Ti6Al4V钛合金是一种具有高强度、低密度和良好的耐热性、耐腐蚀性等特点的材料，广泛应用于航空航天、汽车及医疗器械等领域[1]。因其材料特性，热处理强化后，硬度高达320HBW，抗拉强度不低于1200MPa，加工过程中会存在增强破碎、拔出及脱粘等问题，切削加工较为困难，因此，研究Ti6Al4V切削加工工艺，对提高加工效率和加工质量具有重要的意义。Ti6Al4V切削加工的难度主要由材料本身的化学成分、金相组织和力学性能所决定。其化学成分[2]见表1，力学性能见表2。表1 Ti6Al4V钛合金化学成分（质量分数）（%）
薄壁机匣零件如图1所示，零件尺寸如图2所示。该零件为大直径薄壁零件，主要由薄壁直筒、外径多处法兰、斜面及凹槽组成，零件材料为Ti6Al4V钛合金，以端面A和内径（2013.7±0.5）mm为基准，最大外径（2108.7±0.5）mm，最薄壁厚（6±0.5）mm，高度（678±0.5）mm，表面粗糙度值Ra≤3.2μm。零件的平面度≤0.2mm、圆度≤0.5mm。因为零件内外径都是较复杂的异形截面，所以数控车削加工较为困难。![]()
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图2 零件尺寸
通过对零件结构及加工难点的分析，制定出加工工艺方案见表3。
因钛合金在热处理后，毛坯表面较硬，直径较大存在椭圆，故车削加工中切削力很大，刀具容易出现崩刃。粗车时选用抗冲击性较强的YG8硬质合金刀具，半精车和精车时选用CNMG160612-GJ VP10RT和RPMT10T3MOE-JS VP15TF涂层硬质合金刀片[3]。根据零件加工难点及工艺方案分析，该零件的几何形状较为复杂，所以采用计算机辅助编程（CAM）。主要步骤如下。（1）加工零件及工艺分析 包括确认零件尺寸、公差及精度要求，确认进给路线、工装夹具、量具及刀具，并确认编程原点和编程坐标系[4]。（2）加工零件的建模 利用计算机及软件建立零件的三维模型。（3）加工参数输入 包括选择机床型号、毛坯尺寸、刀具类型、切削用量以及其他信息（安全平面、刀具轨迹、进退刀方式和冷却方式等）。（4）刀具轨迹生成及完善 根据几何信息与工艺信息，系统自动完成计算和编排，生成刀具轨迹。刀具轨迹若有不合理之处，可以在人机交互下对轨迹进行完善。（5）轨迹仿真及首件试加工 将程序导入设备，让设备空运转，以验证刀具轨迹的正确性与合理性。验证程序的加工精度，则需进行首件试加工，以发现程序的漏洞及不足，并加以修改和补偿。（6）后续程序处理 将刀具轨迹文件转换为数控车床能准确运行的程序。精车小端及外圆如图4所示。图4 精车小端及外圆
以精车外圆槽1为例，选用刀宽6mm、刀尖R3.0mm的球槽刀，程序如下。G03 X2054.983 Z-69.188 CR=2. F0.15G01 X2059.809 Z-67.406 F0.5G02 X2054.2 Z-18. CR=2. F0.15G02 X2055.534 Z-69.491 CR=2. F0.15G01 X2059.533 Z-67.254 F0.5小端精车内圆选用50°尖刀，刀尖R1.2mm，程序如下。G03 X2038.553 Z-230.282 CR=14.8G03 X2029.377 Z-244.054 CR=14.8G03 X2036.222 Z-280.649 CR=14.8G03 X2039.722 Z-382.422 CR=14.8![]()
选用刀宽6mm、刀尖R3.0mm的球槽刀精车外圆，程序如下。G03 X2069.000 Z-89.700 CR=2.000 G02 X2069.000 Z-67.600 CR=2.000 G95 G01 X2132.543 Z-31.079 G02 X2128.300 Z-30.200 CR=3.000 G03 X2061.508 Z-28.882 CR=2.000 G02 X2040.724 Z-1.079 CR=3.000 G02 X2036.081 Z-0.000 CR=3.000 大端精车内圆选用刀宽6mm、刀尖R3.0mm球槽刀，程序如下。G02 X2048.232 Z-112.113 CR=14.200 G03 X2050.000 Z-114.889 CR=4.800 G03 X2035.200 Z-264.025 CR=14.800 根据零件材料、尺寸精度和表面粗糙度要求，结合刀具手册上推荐的切削数值[5]，选取的刀具切削参数见表4。经过对钛合金机匣数控车削加工的分析，合理选用工艺路线、数控程序、刀具和切削参数。粗车时选用“低中转速、较快进给、较大切深”的策略，精车时选用“高转速、较慢进给、较小切深”的切削方式，可有效保证零件的加工精度。加工完成的钛合金机匣的关键尺寸检测记录见表5，成品零件如图6所示。![]()
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图6 成品零件
本文对大直径钛合金机匣车削过程的问题及难点进行分析，编制合理的加工工艺及数控程序，选用合适的刀具及切削参数，使得零件车削加工得以顺利进行。因零件的直径较大，壁厚较薄，尺寸要求精度高，为此设计了专用工装夹具来保证产品的加工质量，经实际加工验证，较好地解决了大直径钛合金机匣的数控车削加工难题。参考文献：
[1] 吕嗣孝，周洪，崔建昆. 钛合金材料切削加工参数优化和实验研究[J]. 机械工程师，2022（1）：154-156.
[2] 魏军. 大直径紧密复杂型面薄片零件车削加工工艺研究[J]. 中国新技术新产品，2018（1）：69-70.
[3] 刘本良，张敏，钱志强，等 . 薄壁锥度壳体类零件数控车削工艺与装夹研究[J]. 金属加工（冷加工），2016（10）：28-30.
[4] 高新华. 数控加工工艺技术分析[J]. 装备制造，2019（12）：156.
[5] 叶贵根，薛世峰，仝兴华，等. 高速切削TiAl6V4温度和切削力动态变化规律研究[J]. 工具技术，2011（8）：21-25.
本文发表于《金属加工（冷加工）》2024年第11期71~75页，作者：贵州航宇科技发展股份有限公司 黄承志、杨家典、王攀智、刘小刚，原标题：《大直径钛合金机匣的数控车削加工》。
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