钛齿轮钛法兰加工用钛合金高精度锥面车削加工技术概述

高精度锥面在机械加工中经常会遇到，尤其是轴类零件的配合面，材料大多为黑色金属，通常的加工方法就是磨削加工，修磨砂轮或砂轮摆角度保证锥度。某型号直升机减速器，其中有1 个连接法兰盘（图1），材料为钛合金，内腔两端各有一个30°的锥面，尺寸公差及表面光洁度要求较高。

因其特殊的结构及有色金属偏软的内部组织，不适合磨削加工，只能采用车削的方式，使用专用夹具及合理的切削参数，达到零件的设计需求。

1、技术难点分析

该零件两端的30°锥面在减速器装配时作为安装基准，与内、外锥形块紧密配合，并通过内、外锥形块作用于齿轮轴上，起旋转定心作用( 图2)。其加工精度的好坏决定着内、 外锥形块与之配合时的接触面积，工作时影响内、外锥形块的使用寿命，进而影响整个传动系统的功能；从图1 可以看出，锥面的角度公差为±15″，相当于Ⅰ级精度，其粗糙度为 Ra1.2，斜面长度为15mm 左右，锥面着色要求不少于85%。

由于精度高、斜面短，无论是加工或计量都比较困难。该零件为TC4 钛合金材料。钛合金加工比较困难，主要表现在：钛合金切变系数小于或接近于1，切削时加速刀具磨损；钛合金切削时温度高，比45# 钢高出一倍，散热性差，刀具易烧损；单位面积上的切削力大，容易崩刃；表面易产生硬质表层，切削时易损伤刀具产生缺口、崩刃、剥落等现象；

切削时，钛屑及被切表层易与刀具材料咬合，产生严重的粘刀现象，引起剧烈的黏结磨损。

因此，工艺上在加工钛合金零件时，一般选用钨钴类硬质合金专用刀具，与钛合金亲和力小、导热性好、强度较高。加工方式上通常采取车削和铣削的方式，不易采取磨削加工。

2、工艺方法

传统的加工钢制件锥面采用磨削的方式，对有色金属尤其钛合金零件接触少、了解不多、加工经验欠缺。但总结以往的经验及通过摸索试验，将锥面的加工分为粗精加工，精 加工的余量为单边0.25mm。考虑到机械加工变形的影响，将精加工作为最后一道机加工序。

3、装夹方式

该零件圆周直径为Φ400mm 左右，按照其规格工艺安排高精度的车铣复合加工（大型高精度数控车也可以满足要求），要保证精度，两端锥面必须一次性加工，零件装夹一 定要稳定。必须采用专用数控夹具（图3）。

4、切削参数及加工策略

零件材料为钛合金。参考标准，加工时采用钨钴类硬质合金专用刀具，为保证粗糙度要求，刀尖要尽量小，但钛合金加工时刀尖非常容易磨损，刀尖半径又不能太小，在此选用R0.4mm 刀片。由于锥面角度公差非常小为±15″，反映到线性尺寸为0.002mm， 也就是轴向或径向尺寸差0.002mm，角度就会偏15 秒，要保证此公差非常困难，因此，加工每个零件刀具长度值要保持稳定，必须考虑到刀具的磨损。针对此零件的加工，主轴转速限定为150r/min，进给为0.15mm/r，最大切削量的加工余量为0.25mm。

为保证两端锥面的一致性，两端锥面编程时采用同一方向加工，右端锥面刀具正向加工，左端锥面刀具旋转180°加工，加工示意图见图4。

5、检测方法

对锥角的检测方法是采用三坐标进行测量，因其型面太短，三坐标测量通常会有很大误差，必须多量几次，得到其平均值；另一种方法就是着色检查，着色检查必须采用专用夹具，夹具的设计要求较高，但必须要巧妙，考虑到两端锥面，采用球形支承，如图5 所示。

6、结语

通过此种方法的加工，锥面的锥角基本在其公差范围内，零件质量的稳定性得到了很大改善，达到了预期目的。在加工中得知零件的装夹找正及计量方法对尺寸的精度有很大的 影响，所以在精加工锥面前要精修相关基准。对于零件的计量一定要统一计量方法，保持稳定性。另外，对于此类有色金属高精度锥面的加工，主要从如何消除零件变形方面考虑，合理安排工艺路线，使用功率大、刚性好的机床，合理选择切削刀具和切削参数。对于形位精度要求高的相关尺寸和基准，尽量采用合理的工装夹具，通过一次装夹，一次加工的方法来完成。

参考文献：

[1] 薄宵. 机械加工工艺手册：第2 卷[M]. 北京：机械工业出版社

相关链接