CN102658390A - 一种槽腔转角的数控加工方法 - Google Patents

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王中胜
田辉
杨龙
惠昕
张文文
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Abstract

一种槽腔转角的数控加工方法，首先对槽腔零件进行去除余量的粗加工，在槽腔的底面和侧壁均留有精加工余量；再对槽腔底面和侧壁进行精加工；对槽腔转角结构进行精加工时，刀具的中心轴与转角轴线有一明显夹角，刀具沿转角轴线方向走刀进行槽腔转角的切削，刀具轨迹与转角轴线平行。

Description

一种槽腔转角的数控加工方法
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转角的数控加工方法。
背景技术
目前航空器结构中的主要承力零件正迅速朝着大型化、整体化的方向发展。该类零件的加工成本高、制造周期长，为有效降低零件的制造风险，节约生产成本，该类零件的工艺性变成设计环节新的关注点。然而在实际设计过程中，由于飞机结构装配及零件铆接需求，通常会出现需要数控机床五轴联动加工才能实现的槽腔转角结构，即相对于转角半径，高度过大，并且存在至少一侧(通常为两侧)转角侧面与转角所在的槽腔底面不垂直。上述情况导致需要使用大长径比(刀具悬伸长度和刀具直径的比值)的刀具进行转角结构的最终加工，零件质量难保证。目前对该情况的加工方式主要有两种：(1)侧刃铣削加工：由于刀具长径比大，并且需要数控机床五轴联动加工，为了保证加工质量，需要严格控制该加工方式在加工过程中零件的切削量和进给速度，加工效率极低；(2)插铣加工：由于插铣加工改变了刀具-刀柄-主轴系统的受力方式，能够获得比侧刃加工更稳定的切削状态，所以在采用数控机床进行三轴或五轴精加工转角的过程中可以获得更高的质量和效率。但在使用长径比大于5时的刀具进行五轴插铣转角时，加工过程中刀具极易颤振铣伤零件转角。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在零件的数控加工过程中能够实现安全高效的加工出相对槽腔转角结构的方法，该方法提供了走刀策略及加工的注意事项。
一种槽腔转角的数控加工方法，首先对槽腔零件进行去除余量的粗加工，在槽腔的底面和侧壁均留有精加工余量；再对槽腔底面和侧壁进行精加工；其特征在于对槽腔转角结构进行精加工时，刀具的中心轴与转角轴线的夹角为3～15度，刀具沿转角轴线方向走刀进行槽腔转角的切削，刀具轨迹与转角轴线平行。
本发明的优点在于，由于采用与转角轴线成角度的定轴加工，可以通过控制角度的大小有效控制刀具与转角的接触面积，避免了刀具颤振时由于刀具全刃长与零件接触而铣伤槽腔转角。同时可以根据角度大小决定采取多次走刀以保证槽腔转角加工到位。
本发明克服了复杂结构件中相对小转角的数控加工难题，在保证零件转角加工质量的同时可以获得较高的加工效率。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盒型件结构示意图
图2零件转角加工示意图
图中编号说明：1---盒型零件本体、2---槽腔第一侧面、3---槽腔第二侧面、4---槽腔转角、5---槽腔底面、6---刀具、7---刀轴、8-转角轴线、
具体实施例
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槽腔转角结构的加工具有优势，尤其是对转角绝对数值较小、存在转角一侧面与槽腔底面夹角小于90度并且刀具长径比大于5时具有明显优势。
如附图1所示：实施例中所示待加工盒型零件本体1是一种带转角的槽腔零件，槽腔第一侧面2及槽腔第二侧面3与槽腔底面5均不垂直(夹角分别为83度和102.9度)；槽腔转角4的数值为R10.5mm，槽腔深度132mm。
实施第一步按照零件底面和侧壁均留3mm进行槽腔粗加工；实施第二步，进行槽腔底面和侧面的精加工。为了获得更高的材料去除率和更优的表面质量，在上述两步的实施中均选用刚性较好的大直径刀具进行加工。经过上述实施步后，转角加工到R13mm。
实施第三步，首先选用直径略小于2倍转角半径，底角与槽腔底角相等的刀具6(规格为Φ20R5)；然后根据槽腔深度、转角角度、槽腔宽敞状况、刀柄规格以及机床主轴尺寸等因素，综合确定刀具悬伸长度为150mm、刀轴7与转角轴线8的夹角大小为10度；进而使用上述选用的刀具6，控制刀具6使刀轴7沿转角轴线8的方向来回走刀对槽腔转角4进行精确加工，将槽腔转角的半径由R13mm加工到R10.5mm。根据上述方法，经过现场加工试验，获得了良好的加工效果。
需要指出的是，传统的侧刃铣削加工和插铣加工的共同特点在于加工到零件转角底部时会导致刀具切削刃全长与零件接触，而本发明通过控制刀轴与走刀轨迹(转角轴线)的夹角进而控制了刀具切削刃与零件的接触长度，有效的避免了因刀具颤振而铣伤转角。
刀具一般选用直径等于或者略小于2倍转角半径的刀具，然后根据槽腔深度，转角角度、零件结构、槽腔宽敞状况、刀柄以及机床主轴尺寸规格，综合确定刀具的悬伸长度及刀轴与转角轴线的夹角。
在走刀策略上，采用沿转角轴线方向走刀，同时根据余量大小以及刀轴与转角轴线的夹角确定径向是否需要分层加工。
本发明在实施中，对使用的刀具存在一定的要求：建议采用整体硬质合金刀具以保证在加工过程中获得更好的稳定性；当采用可转位刀片刀具进行加工时，径向吃刀量必须小于刀片允许的进刀量(具体数值由刀具制造商提供)。

Claims (2)

1.一种槽腔转角的数控加工方法，首先对槽腔零件进行去除余量的粗加工，在槽腔的底面和侧壁均留有精加工余量；再对槽腔底面和侧壁进行精加工；其特征在于对槽腔转角结构进行精加工时，刀具的中心轴与转角轴线的夹角为3～15度，刀具沿转角轴线方向走刀进行槽腔转角的切削，刀具轨迹与转角轴线平行。
2.如权利要求1所述的数控加工槽腔转角的方法，其特征在于所述刀具的直径等于或者小于2倍槽腔转角半径。
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