針對Ti6Al4V鈦合金薄壁機匣切削加工的難題，分析零件的結構和尺寸要求，通過編制合理工藝路線及數控程序，選用合理的刀具、切削參數和工裝夾具等，確保了零件的加工精度，為該類薄壁零件的數控車削加工提供參考。
01、序言
Ti6Al4V鈦合金是一種具有高強度、低密度和良好的耐熱性、耐腐蝕性等特點的材料，廣泛應用于航空航天、汽車及醫療器械等領域[1]。因其材料特性，熱處理強化后，硬度高達320HBW，抗拉強度不低于1200MPa，加工過程中會存在增強破碎、拔出及脫粘等問題，切削加工較為困難，因此，研究Ti6Al4V切削加工工藝，對提高加工效率和加工質量具有重要的意義。
02、Ti6Al4V性能分析
Ti6Al4V切削加工的難度主要由材料本身的化學成分、金相組織和力學性能所決定。其化學成分[2]見表1，力學性能見表2。
表1 Ti6Al4V鈦合金化學成分（質量分數）（%）
表2 Ti6Al4V鈦合金力學性能
03、薄壁機匣零件介紹及加工難點分析
薄壁機匣零件如圖1所示，零件尺寸如圖2所示。該零件為大直徑薄壁零件，主要由薄壁直筒、外徑多處法蘭、斜面及凹槽組成，零件材料為Ti6Al4V鈦合金，以端面A和內徑（2013.7±0.5）mm為基準，最大外徑（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、圓度≤0.5mm。因為零件內外徑都是較復雜的異形截面，所以數控車削加工較為困難。
圖1 零件三維模型
圖2 零件尺寸
04、加工工藝方案
通過對零件結構及加工難點的分析，制定出加工工藝方案見表3。
表3 加工工藝方案
05、工藝方案的實施
5.1 刀具的選擇
因鈦合金在熱處理后，毛坯表面較硬，直徑較大存在橢圓，故車削加工中切削力很大，刀具容易出現崩刃。粗車時選用抗沖擊性較強的YG8硬質合金刀具，半精車和精車時選用CNMG160612-GJ VP10RT和RPMT10T3MOE-JS VP15TF涂層硬質合金刀片[3]。
5.2 精車零件的數控程序
根據零件加工難點及工藝方案分析，該零件的幾何形狀較為復雜，所以采用計算機輔助編程（CAM）。主要步驟如下。
（1）加工零件及工藝分析 包括確認零件尺寸、公差及精度要求，確認進給路線、工裝夾具、量具及刀具，并確認編程原點和編程坐標系[4]。
（2）加工零件的建模 利用計算機及軟件建立零件的三維模型。
（3）加工參數輸入 包括選擇機床型號、毛坯尺寸、刀具類型、切削用量以及其他信息（安全平面、刀具軌跡、進退刀方式和冷卻方式等）。
（4）刀具軌跡生成及完善 根據幾何信息與工藝信息，系統自動完成計算和編排，生成刀具軌跡。刀具軌跡若有不合理之處，可以在人機交互下對軌跡進行完善。
（5）軌跡仿真及首件試加工 將程序導入設備，讓設備空運轉，以驗證刀具軌跡的正確性與合理性。驗證程序的加工精度，則需進行首件試加工，以發現程序的漏洞及不足，并加以修改和補償。
（6）后續程序處理 將刀具軌跡文件轉換為數控車床能準確運行的程序。精車小端及外圓如圖4所示。
圖4 精車小端及外圓
以精車外圓槽1為例，選用刀寬6mm、刀尖R3.0mm的球槽刀，程序如下。
小端精車內圓選用50°尖刀，刀尖R1.2mm，程序如下。
精車大端及外圓如圖5所示。
圖5 精車大端及外圓
選用刀寬6mm、刀尖R3.0mm的球槽刀精車外圓，程序如下。
大端精車內圓選用刀寬6mm、刀尖R3.0mm球槽刀，程序如下。
5.3 切削參數
根據零件材料、尺寸精度和表面粗糙度要求，結合刀具手冊上推薦的切削數值[5]，選取的刀具切削參數見表4。
表4 刀具的切削參數
06、加工驗證
經過對鈦合金機匣數控車削加工的分析，合理選用工藝路線、數控程序、刀具和切削參數。粗車時選用“低中轉速、較快進給、較大切深”的策略，精車時選用“高轉速、較慢進給、較小切深”的切削方式，可有效保證零件的加工精度。加工完成的鈦合金機匣的關鍵尺寸檢測記錄見表5，成品零件如圖6所示。
表5 鈦合金機匣關鍵尺寸檢測記錄（單位：mm）
圖6 成品零件
07、結束語
本文對大直徑鈦合金機匣車削過程的問題及難點進行分析，編制合理的加工工藝及數控程序，選用合適的刀具及切削參數，使得零件車削加工得以順利進行。因零件的直徑較大，壁厚較薄，尺寸要求精度高，為此設計了專用工裝夾具來保證產品的加工質量，經實際加工驗證，較好地解決了大直徑鈦合金機匣的數控車削加工難題。
