航空发动机铝镁机匣深孔如何加工？

前言

航空发动机机匣深孔加工存在排屑困难、直线度要求高、刀具设计困难等问题，加工效率普遍较低[1]。某型航空发动机附件传动箱深孔一直是钻镗孔，需要频繁退刀排屑，占加工时间的80%。刀具空转时，要降低转速和进给速度，避免刀具划伤孔出口。这种加工方式不仅效率低，而且孔的位置和直线度难以保证，导致零件有报废的质量风险。如果零件报废，每台损失十几万元，造成更大的经济损失，操作人员压力更大。这种加工工艺亟待改进和创新，否则将难以适应企业的快速发展。本文通过工艺集成优化、刀具改进、加工技术方案优化等方法，攻克了间歇式深孔数控加工的关键技术，在保证加工质量的同时，大大提高了加工效率。

02过程难度分析

2.1典型零件的加工要求

附件传动箱断续深孔加工的技术要求。孔深790.5毫米，长径比为44∶1。洞被中间长181.7mm的空心部分分成两段。第一段孔的直径为19毫米，第二段孔的直径为18毫米。两段孔同心，要求孔的表面粗糙度值Ra为1.6μm m

2.2典型零件的加工难点

加工难点如下。

1)加工的两个孔都是深孔，深孔纵横比大，加工所需刀具非常细长，刚性差，排屑困难，加工效率低。

2)断续深孔加工如图2所示。很难使钻头在中空的不连续处居中，并且很容易钻掉。该孔需要穿过两块加强板，加工的加强板壁厚只有2.0 ~ 2.5 mm，如果钻孔位置控制不好，就会钻穿支撑板，导致零件报废，是典型的难加工深孔之一。

03深孔加工技术

3.1原始加工方案

深孔加工原来的工艺方法是:φ 24mm埋钻(埋孔端面)→φ10mm中心钻(钻中心孔)→φ16mm钻头粗加工前半孔→φ19mm镗刀镗正孔导向→φ19mm平底埋钻(加工φ19mm孔径部分，在间断处埋φ18mm孔端面)→φ18mm长钻头慢慢加工此深孔→ φ 110。

3.2处理方法中的问题

1)刀具多，步骤多，切削参数低。这个孔的加工时间长达150分钟，效率很低。间歇式深孔刀具加工数据统计见表1。

表1间歇式深孔刀具的加工数据

2)孔超差损失大。麻花钻定心差，排屑困难，钻孔精度低，容易跑偏，质量不稳定，一年损失近30万元。

04铝镁机制动器间歇深孔加工新方案

4.1新加工方案

设计了一种新的深孔加工方案。

(1)改变导向孔的加工方法，将埋端面、加工中心孔、粗钻、镗孔四个步骤改为三边钻一个步骤。利用三棱钻对中性好，孔位精度可达0.03 ~ 0.1 mm的特点，实现原工艺方法中四把刀的加工效果，效率比原工艺方法提高7倍。

(2)改进深孔加工钻头，用φ18mm枪钻代替φ18mm长麻花钻。枪钻优势强，刚性好，转速可达3000r/min，刀带冷，排屑容易，加工时不反复循环退刀，切削线速度高，可提高加工速度10倍以上，同时提高孔的位置精度和表面质量。

(3)减少加工刀具数量，将原来的7个刀具减少到3个刀具。用两个φ18mm的三棱导向钻分别加工200mm和410mm的导向孔，用φ18mm的枪钻加工间断孔。改进前后刀具方案对比。

(4)加工设备的更换。原加工设备为卧式四轴加工中心，无内冷或外冷，冷却排屑效果差，制约了切削参数的选择。改进后选用了高压中心内冷的五轴龙门加工中心，冷却、润滑、排屑效果良好，为高速加工奠定了基础。

a)原始刀具方案b)新刀具方案

4.2枪钻与导向钻的匹配要求及导向孔的加工深度

对于大纵横比的深孔加工，使用枪钻时需要匹配合适精度的导向钻[2]。对于使用的φ18mm枪钻，其自身精度要控制在0.01mm以内，导向钻的孔径公差也要控制在0.008mm以内除了制造精度外，枪钻与导向钻之间的间隙值也很重要，因为间隙过大，导向孔就会失去精确导向的作用。根据加工试验，导孔与枪钻的配合间隙应控制在0.01 ~ 0.02 mm，钻一般切削刃短，刚性好，但钻孔深度较浅。为了保证枪钻加工不出现偏差，达到最佳导向效果，参照普通钻床加工深孔时使用的钻套长度进行加工试验。试验结果表明，导向孔的深度应为枪钻直径的2.5 ~ 3倍，加工φ18mm深54mm的孔较为合适。

4.3编程

仅仅依靠上述加工方案是无法实现孔加工的，需要将方案转换成机器可识别的语言，即编译数控程序。编程需要综合考虑，如刀具安装、刀具加工顺序、刀具轨迹、切削参数和干涉等[3]。既要保证加工质量，提高加工效率，延长刀具寿命，又要安全易操作。

(1)枪钻加工程序要点:枪钻加工指令应为CYCLE83[4]，但在执行CYCLE83之前，枪钻应平稳准确地进入导向孔。先用S50低速和F200慢速进给执行G01指令，进入加工好的深度为48mm的导孔，然后开始内冷，准备再次执行CYCLE83。CYCLE83的转速增加到S600，进给速度为F90。CYCLE83指令第一次钻孔深度应设置为1直径，即18mm，第一次进给速度应设置为50%，即F45。加工时采用断屑方式，退刀距离设为0。加工到指定深度后，机器快速回到导孔深度位置，转速降至S50。循环指令结束后，使用G01指令，进给速度设为F3000快速退出。

枪的第一次钻孔深度设置为18mm，进给速度降低50%。目的是在导钻后对钻尖进行平滑处理，在导孔的“约束”下达到对中的效果。在钻孔的过程中，枪不是一直钻到底，而是变速钻每一个深度，进给速度从F90→F0→F90。目的是很好的断屑，同时留出时间将切下的切屑排出深孔，可以释放枪钻的加工应力，延长刀具的使用寿命。

(2)长导向钻加工注意事项:采用S600和F360快速铰孔法穿过第一层加工孔。目的是校正孔的位置和加工孔与导向钻之间的配合间隙，防止导向钻卡钻和崩钻。

(3)切削液的控制要求加工时要检查切削液的压力和流量，内冷压力一般为2 ~ 5 MPa。为确保切削液干净且不变质，切削液箱上的液位指示器应显示液位在正常范围内[5]。加工时注意观察冷却是否正常，否则会卡刀断刀，导致零件报废。

05结论

采用技术成熟的枪钻和合适的导向钻，找出了导向孔的最佳加工尺寸。通过合理设计数控程序，创新了航空发动机铝镁机匣间歇深孔加工的解决方案，解决了加工稳定性和加工效率问题。其中，关键技术在于正确选择枪钻与导向孔的配合间隙和导向孔的加工深度；还要注意数控加工编程的要点和细节，以提高刀具的使用寿命。

采用新方法对套管进行加工试验验证，孔的直线度由0.2 ~ 0.4 mm提高到0.05 ~ 0.1mm；表面粗糙度Ra从3.2μm下降到1.6微米；原来处理时间150分钟，现在减少到18分钟，效率提高了7倍。整个加工过程轻快流畅，无异常噪音，零件的质量和效率大大提高。该技术已在我公司铝镁外壳加工中得到广泛应用。

文章来源中国航发南方工业有限公司邓元山等，原标题：《铝镁机匣内间断式深孔数控高效加工技术》，版权归原作者所有，仅做学习用，如有侵权可凭权属证明联系删除谢谢