基于深型腔薄壁零件的加工难点进行工艺分析，通过优化数控加工程序和工艺方案、增强刀具刚性以及减少切削振动等工艺措施，解决了零件的加工和变形难题，为类似零件的加工提出新的解决方案。

1 序言

当前人们越来越追求产品超薄和外形美观的极致体验，市场上大多数产品都尽力追求超薄和超质感的表面质量，如超薄手机、超薄笔记本电脑等。在保证安全的前提下，航空航天领域的零件也尽可能轻量化设计，一方面可以减少产品的总体质量，在消耗同样燃油的条件下，飞行时间相应增多；另一方面在整体质量一定的条件下，零件质量减轻，携带航空煤油或运送的旅客就可以增加，从而提升使用效率。

2 加工难点

典型深型腔薄壁零件如图1所示，其加工难点如下。

图1　典型深型腔薄壁零件

（1）刀具刚性较差　加工零件的型腔越深，零件的刚性越差；机床装夹的刀具伸出越长，刀具的刚性越差。刀具装夹长度如图2所示，一般来说，刀具的伸出长度L不应超过刀具直径D的3倍。例如，如果刀具直径为10mm，那么伸出长度最好控制在30mm以内。这一原则主要是基于刀具的刚性[1，2]和切削稳定性考虑。过长的伸出长度会降低刀具的刚性，增加振动和偏移的可能性，从而影响加工精度和表面质量。

图2　刀具装夹长度

（2）切削振动　零件越薄，刚性越低，加工时越易出现振动、打刀等现象，刀具刃口容易崩刃，使用寿命大幅缩短，无形中增加了加工成本。

3 技术要求

对于旋转类深型腔薄壁零件，以叶盘为例，加工后要保证动平衡，一般情况下叶盘的动平衡精度选择G6.3级或G2.5级，叶片的轮廓度公差一般要求为±0.07mm，叶片的厚度公差要求为±0.15mm，叶片的表面粗糙度值Ra=0.8μm。

4 工艺分析

（1）毛坯准备　锻打直径1000mm，材质为钛合金，质量轻、强度大。毛坯采用锻打工艺[3]可以有效提高零件相对密度，提升零件的结构强度。（2）粗加工　在数控车床上粗车外圆和内圆，单边留余量1.5mm。（3）半精加工　在数控车床上半精车外圆和内孔，单边留余量1mm，精加工工艺基准定位销孔，为后续工序中五轴数控机床的加工定位使用，采用一面两销定位，限制零件空间6个自由度。（ 4 ）粗加工　五轴数控机床（DM UMonOBLOCK 80P）粗加工型腔，单边预留1.5～2mm加工余量。（5）热处理　退火处理，去除内部残余应力，其目的是完全释放粗加工产生的内部应力，同时降低零件加工硬度。（6）半精加工　在五轴数控机床上，利用球头铣刀对型腔进行半精加工，型腔叶片单边预留0.3～0.5mm加工余量，供精铣和后续抛光使用。（7）热处理　对零件进行正火处理，一方面可以提升零件硬度，使零件后期运行时有足够的强度；另一方面通过热处理进一步释放内部残余应力。（8）精加工　在数控车床上精车内圆至成品尺寸，在数控铣床上加工螺纹孔和销孔，其中M6螺纹孔采用铣削方式加工，保证垂直度和通止规要求；销孔采用镗孔方式加工。在五轴数控机床上精加工型腔叶片，单边预留0.08mm加工余量。留点余量给手动抛光，一般刀痕深度为0.05mm。（9）抛光　先手动粗抛光型腔叶片至无刀痕，再手动精抛光型腔叶片至达到表面质量要求。

5 产品加工解决方案

粗加工时由于叶盘整体刚性比较好，再加上单边预留1mm余量厚度，因此粗加工难度不大。当半精加工和精加工时，由于叶片之间都是裸露部分，叶片的刚性较差，再加上叶片较深，刀具装夹长度必须足够长[4]，才能保证加工到叶片根部，导致刀具的刚性严重不足。为解决以上加工难题，主要从以下几方面考虑。
1）采用加长细锥形的HSK刀柄（见图3），尽量减少刀具伸出长度，增强刀具的刚性。