CN103157843A - 一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法 - Google Patents

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岳召启
李丹
张积瑜
陈亚莉
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一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法，其特征在于：使用专用的飞碟铣刀，加工深度为3-5倍刀具半径的深腔槽，每次切深为1-4.5mm，每齿进给量为0.5-1mm；所述专用的飞碟铣刀满足下述要求：其由刀杆（1）、刀片（2）、固定螺钉（3）构成，刀片（2）位于刀杆（1）的前端并由固定螺钉（3）固定在刀杆（1）上；所述专用的飞碟铣刀为三头，刀片（2）为三片，刀片（2）为三角形。所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中，刀具寿命更长，对于直径在40mm左右的刀具，切削体积应该保持在400cm2左右较为合适。本发明每齿进给量明显较大，刀片承受的切削力在轴向的分力达到90%以上；刀具寿命长。

Description

一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法
  
技术领域
本发明涉及机械制造技术领域，特别提供了一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法。 
背景技术
整体叶轮加工技术是先进航空发动机的关键技术，受特种加工技术对材料性能影响及加工精度等要求的限制，机械加工仍是应用范围广泛的加工方法。 
整体叶轮加工中叶片型面为复杂自由曲面，叶片部分无法直接锻造成型，因此，整体叶轮的毛坯多为整体锻件，这就造成整体叶轮在加工过程中材料的去除率大增，最大去除率可达93%以上。 
目前，整体叶轮的加工方法多采用钻铣、端R铣刀层切、变位插铣进行粗开糟加工，由于钴铣、变位插铣属于大切深多轴常速加工，而自由曲面形状较为复杂，这就造成了欠切部位及欠切量不一致。为了减小精铣加工变形量，必须采用球头铣刀或端R铣刀点位铣加工的方法以使余量均匀化。由于常规加工方法需至少两次加工，延长了加工时间。同时，钻铣、端R铣刀层切、插铣切削线速度及进给量一般都很小。因此，整体叶轮的粗开槽加工过程中，使用何种加工方法以提高加工表面余量均匀性，同时提高加工效率、降低加工成本，是整体叶轮粗开槽加工技术的大键。 
发明内容
  
本发明的目的是提供一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法。
本发明提供了一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法，其特征在于：使用专用的飞碟铣刀，加工深度为3-5倍刀具半径的深腔槽，每次切深为1-4.5mm，每齿进给量为0.5-1mm； 
所述专用的飞碟铣刀满足下述要求：其由刀杆1、刀片2、固定螺钉3构成，刀片2位于刀杆1的前端并由固定螺钉3固定在刀杆1上；所述专用的飞碟铣刀为三头，刀片2为三片，刀片2为三角形。
  
所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法，其特征在于：每次切深为1.5-4mm，每齿进给量优选为0.55-0.8mm。
所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中，优选使用冷却液强力冷却辅助加工。加工过程中发热量很大，为保证刀具寿命和使用效果，设备必须配备强力冷却液系统，切削过程中必须用内冷系统充分冷却刀具切削刃前端。 
  
根据本发明所涉及的刀具的结构和切削特性，该刀具不能用于曲率变化较大的部位的切削，而待加工的部位又属于空间自由曲面而形成的大区率变化的腔体，该腔体也按照叶片积叠轴方向曲率变化较大，而沿叶片弦宽方向曲率变化相对平缓，因此，主切削方向沿叶片弦宽方向比较符合刀具结构特性。通过粗略计算，在刀具寿命周期内，对于直径在40mm左右的刀具，切削体积应该保持在400cm2左右较为合适。
本发明所述的专用的飞碟铣刀（以端面加工为主的大进给面铣刀）的主切削刃为端刃，对径向力的耐受程度较小，根据刀具实际尺寸以及切削过程种主运动的方向建立切削模型，全面分析切削全过程以及微观受力状态。该刀具每齿进给量都较大，明显大于现有技术中解决统一技术问题所有的以侧刃为主切削刃的铣刀。在切削过程中，3个刀片2沿圆周均布，当一个刀片2切削过后，在下一个刀片2旋转至前进方向位置之前，刀具已经移动了一段距离。在刀片2到位后，残余的未去除材料已经到达了刀具顶部小R的后方，因此在切削的过程中刀片2前部大圆弧并不能将待切削部位材料完全去除，位于刀片2后部的较短的大圆弧也参与了切削，当然其切削量远小于前部的大圆弧。在加工过程中，刀具所承受的切削力指向圆弧中心。由于刀片2切削部位圆弧半径较大，圆弧中心坐标在刀具主轴方向的值也比较大；因此，在切削过程中，刀片2承受的切削力在轴向的分力达到90%以上。 
针对本发明等的应用背景，被切削腔体深度一般较大，属于典型的深孔加工。当刀具由浅入深加工时，随着切削深度的增加，刀具所受的轴向力逐渐增大，刀具振动会明显加强，当由浅入深加工时，刀具受力会逐渐减小，振动会逐渐减弱，这有利于刀具寿命，尤其当长径比大于3时，效果会更加明显。 
  
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明： 
图1为加工区域示意图；
图2为专用的飞碟铣刀结构示意简图；
图3为专用的飞碟铣刀的刀片2的示意简图；
图4为刀具的刀片2在切削过程中的原理示意图；
图5为与图4对应的刀具的刀片2在切削过程中的受力分析原理图；
图6为刀具典型切削方式示意图；
图7为加工效果较理想的刀具轨迹示意图；
图8为不锈钢4倍刀径深腔加工示意图。
  
具体实施方式
实施例1 
一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法：使用专用的飞碟铣刀，加工深度为3-5倍刀具半径的深腔槽，每次切深为1-4.5mm，每齿进给量为0.5-1mm；
所述专用的飞碟铣刀满足下述要求：其由刀杆1、刀片2、固定螺钉3构成，刀片2位于刀杆1的前端并由固定螺钉3固定在刀杆1上；所述专用的飞碟铣刀为三头，刀片2为三片，刀片2为三角形。具体地说是刀片2的主体轮廓为三角形，如图3所示。
  
所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中，每次切深为1.5-4mm，每齿进给量优选为0.55-0.8mm。
所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中，还使用冷却液强力冷却辅助加工。加工过程中发热量很大，为保证刀具寿命和使用效果，设备必须配备强力冷却液系统，切削过程中必须用内冷系统充分冷却刀具切削刃前端。 
根据本实施例所涉及的刀具的结构和切削特性，该刀具不能用于曲率变化较大的部位的切削，而待加工的部位又属于空间自由曲面而形成的大区率变化的腔体，该腔体也按照叶片积叠轴方向曲率变化较大，而沿叶片弦宽方向曲率变化相对平缓，因此，主切削方向沿叶片弦宽方向比较符合刀具结构特性。通过粗略计算，在刀具寿命周期内，对于直径在40mm左右的刀具，切削体积应该保持在400cm2左右较为合适。 
本实施例所述的专用的飞碟铣刀（以端面加工为主的大进给面铣刀）的主切削刃为端刃，对径向力的耐受程度较小，根据刀具实际尺寸以及切削过程种主运动的方向建立切削模型，全面分析切削全过程以及微观受力状态。该刀具每齿进给量都较大，明显大于现有技术中解决统一技术问题所有的以侧刃为主切削刃的铣刀。在切削过程中，3个刀片2沿圆周均布，当一个刀片2切削过后，在下一个刀片2旋转至前进方向位置之前，刀具已经移动了一段距离。在刀片2到位后，残余的未去除材料已经到达了刀具顶部小R的后方，因此在切削的过程中刀片2前部大圆弧并不能将待切削部位材料完全去除，位于刀片2后部的较短的大圆弧也参与了切削，当然其切削量远小于前部的大圆弧。在加工过程中，刀具所承受的切削力指向圆弧中心。由于刀片2切削部位圆弧半径较大，圆弧中心坐标在刀具主轴方向的值也比较大；因此，在切削过程中，刀片2承受的切削力在轴向的分力达到90%以上。 
针对本实施例等的应用背景，被切削腔体深度一般较大，属于典型的深孔加工。当刀具由浅入深加工时，随着切削深度的增加，刀具所受的轴向力逐渐增大，刀具振动会明显加强，当由浅入深加工时，刀具受力会逐渐减小，振动会逐渐减弱，这有利于刀具寿命，尤其当长径比大于3时，效果会更加明显。 
  
实施例2
本实施例是在实施例1的基础上具体实施的，不同于实施例1的具体要求如下：
钛合金深腔加工：被加工件为轴流式整体叶轮，加工部位是叶片间型腔，加工深度为170mm，采用刀具的直径为40mm的专用铣刀加工。加工参数如下：切削线速度为63m/min，每齿进给量为0.5mm/齿，计算后刀具转速为500转/分钟，进给速度为750mm/min，每层切深为1.2mm，计算的刀具轨迹参见附图7。由于每齿进给量较大，加工冷却方式对刀具寿命影响极大。为了延长刀具寿命，必须配套使用内部强力冷却系统。
  
实施例3
本实施例是在实施例1的基础上具体实施的，不同于实施例1的具体要求如下：
模具钢深腔加工：被加工件为挤压模具，加工部位为型腔，加工深度为130mm，采用刀具的直径为40mm的专用铣刀加工。加工示例参见附图8。
加工参数如下：切削线速度为80m/min，每齿进给量为0.7mm/齿，计算后刀具转速为700转/分钟，进给速度为140mm/min，每层切深为1.0mm。由于每齿进给量较大，加工冷却方式对刀具寿命影响极大。为了延长刀具寿命，必须配套使用内部强力冷却系统。 

Claims (3)

1.一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法，其特征在于：使用专用的飞碟铣刀，加工深度为3-5倍刀具半径的深腔槽，每次切深为1-4.5mm，每齿进给量为0.5-1mm；
所述专用的飞碟铣刀满足下述要求：其由刀杆（1）、刀片（2）、固定螺钉（3）构成，刀片（2）位于刀杆（1）的前端并由固定螺钉（3）固定在刀杆（1）上；所述专用的飞碟铣刀为三头，刀片（2）为三片，刀片（2）为三角形。
2.按照权利要求1所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法，其特征在于：每次切深为1.5-4mm，每齿进给量为0.55-0.8mm。
3.按照权利要求1或2所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法，其特征在于：所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中，使用冷却液强力冷却辅助加工。
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