CN101428356A - 对带转角的槽腔结构零件进行高效去除余量的数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种在数控加工中对典型深槽腔、相对小转角结构零件的高效加工方法。该方法提供了在对零件毛料进行粗加工去料时，对刀具规格的选择策略以及进行数控加工的方法，首先选用直径为4r～16r的刀具对槽腔进行侧铣去料加工，再选用的直径为2r～3r的刀具对槽腔的转角进行多次插铣去料。本发明的加工方法进行粗加工，大大提高了加工效率，留给精加工的铣切余量基本均匀，避免了转角余量过大造成的影响精加工加工质量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，特别是关于航空器零件中槽腔结构的高效数控铣削。
背景技术
目前航空类零件的材料利用率只有3～4％，粗加工材料去除量一般在70～80％。理想的粗加工状态是以高效加工为策略，在实现高效率加工的同时尽可能的增加材料去除量，确保零件余量的均匀，保证精加工的顺利进行。从提高加工效率来考虑，应尽可能采用大直径刀具进行零件槽腔结构内侧壁的铣削。而实际加工中，尤其是在进行深槽腔、小转角加工等具有类似结构的零件加工时，在使用了大直径刀具进行粗加工铣削后，在转角部位存在较大余量，影响精加工的顺利进行。为避免上述情况，通常只能使用半径尺寸等于或稍大于转角的刀具进行槽腔的粗加工，此时刀具的长径比远大于一般的加工状态，刀具刚性急剧降低，严重影响零件粗加工的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在数控加工中对典型深槽腔、相对小转角结构零件的高效加工方法。该方法提供了对刀具规格的选择策略以及进行数控加工的方法。
对于该方法实施的第一步分析产品结构特征，对于槽腔深度较大、相对转角较小的结构，考虑采用此方法。
对带转角的槽腔结构零件进行高效去除余量的数控加工方法，零件槽腔转角半径为r，其特征在于在对零件毛料进行粗加工去料时，首先选用直径为4r～16r的刀具对槽腔进行侧铣去料加工，再选用的直径为2r～3r的刀具对槽腔的转角进行插铣去料。
选定的大直径刀具进行粗加工槽腔，采用传统的加工方式，即刀具以径向进给、侧刃切削加工为主的切削方式；再用已选定的小直径刀具采用连续插铣的加工方式进行转角加工，即刀具只沿主轴方向做进给运动，以底刃切削为主的加工方式，转角连续插铣多次。连续插铣的刀间距最好为小直径刀具的半径。
通过上述方法进行粗加工后，留给精加工的铣切余量基本均匀，避免了转角余量过大造成的影响精加工加工质量的问题。由于槽腔加工采用了大直径刀具，大大提高了加工效率；在转角插铣加工时，由于刀具沿轴向进给，以底刃切削的加工方式进行加工，加工效率也大大提高。
本发明克服了复杂结构件深槽腔加工、转角加工等难题，在提高大型零件加工效率方面具有明显效果。以下结合实施例附图对该申请作进一步详细描述。
附图说明
图1零件转角加工刀具位置示意图
图2零件侧铣去料加工示意图
图3零件插铣起刀位置图
图4零件插铣第1、2起刀位置图
图5零件插铣第3、4起刀位置图
图6零件插铣第5起刀位置图
图7零件粗加工后转角状态图
图中编号说明：1---零件本体、2---插铣刀具、3---铣削刀具、4---第一直边、5---第二直边、6、材料余量
具体实施方法
经过对众多产品的结构特征进行分析，本发明的加工方法对以下两种零件结构具有典型应用效果。
第一种典型深槽腔结构：相对转角尺寸，槽腔深度大。该结构按照传统加工方式进行选刀加工时，刀具长径比达到甚至超过3～4，远远大于一般加工状态，此时刀具刚性急剧下降导致加工效率大大降低。采用本发明的加工方法后，用大直径刀具(刀具半径为4倍转角半径)对槽腔进行铣削，可以大大减小刀具长径比，实现高效快速切削；采用小直径刀具进行转角插铣，插铣的走刀方式可以有效避免颤刀，不但提高了加工效率而且改善了加工质量。
第二种相对小转角结构：相对槽腔面积，转角尺寸较小。该结构特点是：相对转角尺寸槽腔深度不大，虽然按传统加工方式选刀，刀具长径比不大，刀具刚性良好，但槽腔区域大，导致用小直径刀具加工槽腔效率低下。对于大面积槽腔，而采用大直径刀具进行铣削则可以大大提高加工效率。
本发明在实施中，需要对产品结构特征及转角半径进行分析。一般以转角半径的4倍为粗加工槽腔所使用的铣削刀具的半径，加工转角的插铣刀具的半径和产品的转角半径相等。具体刀具规格的选用，可根据刀具标准规格系列作适当调整，以满足实际需求为原则。
本发明在实施中，对其中使用的插铣刀具的种类有一定的要求：原则上最好使用专用插铣刀具，普通刀具也可以进行插铣。对普通刀具：球头刀、底角较大的刀具一般不适合进行插铣加工；当采用机夹式刀具进行插铣加工时，每次径向吃刀量必须小于刀片允许的进刀量，首次切入实体材料时必须先加工该刀具规定的安全初始孔(具体数值由刀具制造商提供，一般大于刀具直径的70％)。
在对刀具的选择确认以后，需要首先实施以半径最好为4倍槽腔转角半径的刀具对槽腔进行余量去除铣削。该过程一般采用传统的加工方式进行，即刀具以径向进给、侧刃切削加工为主的切削方式。程编加工策略以材料去除率的最大化为原则。
完成槽腔的粗加工余量铣削后，需要使用小直径刀具对转角部位存在的余量进行插铣去除。
插铣加工中刀具沿主轴方向做进给运动，以底刃参与切削。插铣加工方式改变了传统加工中刀具的受力模式：刀具只进行轴向进给，产生轴向切削力，不会对刀具的稳定性造成影响，加工状态更加平稳，并且随着刀具长径比的加大变的尤为明显。由于在插铣之前已经进行了余量的去除，而在插铣过程中一般每次插铣的材料余量不超过刀具直径的1/3到1/2，所以插铣过程中排削顺畅。
如附图1所示：实施例中所示的待加工的零件本体1是一种带转角的槽腔零件，零件1的槽腔转角半径为r，选择铣削刀具3的直径为D，选择插铣刀具2的直径为d，插铣位置的间距为L；插铣后的残留高度为Δh。上述L、D、r、d的关系如下：L＝d，d＝2r，D＝4d。
按附图1所示刀具位置及间距，分别利用大直径刀具进行槽腔铣削，利用小直径刀具对转角进行5次插铣完成槽腔和转角的去料加工。经过计算可以得出：利用插铣刀具2对转角进行5次插铣后的残留高度Δh为0.067倍的插铣刀具的直径，即Δh＝0.067d。相比数控加工中粗加工给精加工留有的余量(一般2～5mm)，该残留对精加工的影响完全可以忽略不计。
加工时，首先利用铣削刀具3进行槽腔的材料余量6进行铣削，完成槽腔的材料去除，如图2所示；然后利用插铣刀具2对转角的材料余量6进行5次插铣，完成转角的余量去除，如图3所示。插铣时最好按照从外到内，从两侧到中间的顺序进行，即附图4到附图6的顺序，插铣的起刀位置分别是：刀具中心与第一直边4的距离为3r，与第二直边5的距离为r、刀具中心与第一直边4的距离为r，与第二直边5的距离为3r的位置分别进行第1次和第2次插铣，如图4所示；然后进行刀具中心与第一直边4的距离为2r，与第二直边5的距离为r、刀具中心与第一直边4的距离为r，与第二直边5的距离为2r的位置进行第3次和第4次插铣，如图5所示；最后进行刀具中心距离两直边均为r的位置进行第5次插铣，如图6所示。
附图7为加工完成后零件转角的最终状态。
本发明由于首先采用大直径刀具进行槽腔铣削然后使用小直径刀具进行转角插铣的细化加工策略，避免了传统加工方式中的一把刀具不能同时兼顾提高效率和保证稳定切削进行的矛盾，所以在槽腔加工的效率上获得了大大的提高。
由于插铣加工刀具只进行轴向进给，比传统的加工方式提供了一种更优的高稳定性的切削条件，因此插铣加工中的振动、让刀等现象大大降低，零件表面质量明显提高。通过试验及分析，在这种切削条件下，材料去除率和加工效率大大提高，解决了长期以来困扰数控转角加工的技术和质量难题。
需要指出的是，本发明的最优加工方法是指利用直径为8r的刀具对槽腔进行侧铣去料加工，再选用的直径为2r的刀具对槽腔的转角进行插铣去料来完成加工的过程。而实际加工中，可根据转角大小及槽腔深度等情况，选择半径为转角尺寸其他倍数的刀具进行内槽腔的铣削，然后用小直径刀具进行插铣。具体刀具直径的选择和插铣次数可以通过对转角处插铣后残留余量大小的控制计算获得。
Claims (3)
1、一种对带转角的槽腔结构零件进行高效去除余量的数控加工方法，零件槽腔转角半径为r，其特征在于在对零件毛料进行粗加工去料时，首先选用直径为4r～16r的刀具对槽腔进行侧铣去料加工，再选用的直径为2r～3r的刀具对槽腔的转角进行插铣去料。
2、如权利要求1所述的数控加工的方法，其特征在于对零件毛料进行粗加工去料时，首先选用直径为8r的刀具对槽腔进行侧铣去料加工，再选用的直径为2r的刀具对槽腔的转角进行插铣去料。
3、如权利要求1和2所述的数控加工方法，首先通过侧铣加工出槽腔的第一直边和第二直边，其特征在于第一直边和第二直边之间的过渡转角选用直径为2r的刀具进行5次插铣去料加工，插铣的起刀位置分别是：刀具中心距离第一直边3r第二直边r、第一直边r第二直边3r的位置分别进行第1次和第2次插铣，然后进行刀具中心距离第一直边2r第二直边r、第一直边r第二直边2r的位置进行第3次和第4次插铣，最后进行刀具中心距离两直边均为r的位置进行第5次插铣。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090513 |