CN103394742A - 压气机叶轮铣削方法 - Google Patents

Abstract

一种压气机叶轮铣削方法，该方法根据所加工叶轮的相关尺寸选择合适的刀具并确定切削参数进行加工，提高了铣削效率，缩短了叶轮的加工时间；并且选用的平底立铣刀磨损后易修磨，大大降低了刀具成本。

Description

压气机叶轮铣削方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种离心压气机叶轮的铣削方法。

背景技术

离心压气机作为关键部件广泛应用于航空、航天、船舶、石油化工等领域,其核心动装备—离心叶轮通常在高温、高压、高线速环境下压缩并传输气体,噪音、振动等因素也易引起设备损坏。为了保证叶轮质量、尽可能大的减少生产加工环节的偏差对叶轮性能及运行稳定性的影响、达到叶轮设计与实际产品的一致性,所以对生产制造环节的要求非常高。而且,随着工业实践对离心叶轮效率、能耗等方面要求进一步提高及CFD(计算流体动力学)技术的飞速发展,自由曲面叶片、叶轮已经越来越多的应用于各个领域,五轴数控铣床加工是保证其制造水准的最优途径。

如图1所示，目前，通过五轴数控铣床进行压气机叶轮加工时，先铣第一层A，然后再铣第二层B，铣削主要采用球头锥度铣刀，该刀具属于细长杆类型，长径比达到14:1，刚性较差。铣削时，刀具与工件之间的接触面积较大，产生热量较多，散热较慢，长时间的热环境下，大大降低了刀具寿命。另外，采用该种小直径刀具加工，只能采用小余量，小吃刀进行切削加工，从而导致叶轮的加工时间长，铣削效率低。球头锥度铣刀的排屑槽深度浅，宽度窄，不易排屑，易堵塞，易形成积屑瘤。在采用分层铣削方式下，刀具受轴向力和周向力两个力，受两个叶片之间最窄部位的影响，空走刀多，加工层数多，加工路径长，铣削效率低下。并且球头锥度铣刀容易磨损，磨损后不易修磨，即使能修磨，成本也较高。

发明内容

为了解决现有技术中，采用球头锥度铣刀进行压气机叶轮铣削加工的上述技术问题，本发明的目的是提供一种压气机叶轮铣削方法，该方法根据所加工叶轮的相关尺寸选择合适的刀具并确定切削参数进行加工，有效解决了球头锥度铣刀加工存在的种种技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种压气机叶轮铣削方法，包括以下步骤：

步骤1.根据需要加工的压气机叶轮两叶片之间每段的最小宽度，选择适合每段加工的刀具，刀具的直径应接近该最小宽度；

步骤2.在刀具允许承受的切削深度范围内，根据每段压气机叶轮叶片的高度分别设定各段加工时每刀的切削深度ap，应使铣削的层数最少，以此缩短加工时间；

步骤3.在刀具允许承受的切削宽度范围内，根据压气机叶轮两叶片之间每段的最大宽度分别确定各段加工时每刀的切削宽度ae，使刀具在叶片宽度方向上铣削的刀数最少，以此缩短加工时间；

步骤4.在刀具允许承受的切削速度范围内，依据步骤2和步骤3中确定的切削深度ap和切削宽度ae设定每段加工中刀具的切削速度F，使切削速度最快，以此缩短加工时间；

步骤5.使用每段选定的刀具，根据确定的铣削参数，先粗铣第一段C，然后再粗铣第二段F，接着粗铣第三段第一层G，最后粗铣第三段第二层H。

本发明的有益效果是：

1、用平底立铣刀铣削加工工件时，刀具只有侧刃与工件发生铣削接触，其接触面积大大减小，切削产生的热量大幅减少，刀具的散热面积加大，散热加快，刀具可进行长时间的铣削加工，其寿命大大增强；

2、用平底立铣刀大直径刀具铣削，其每刀的切削用量参数大幅增加，铣削效率大幅提高，叶轮的加工时间大大缩短；

3、平底立铣刀的排屑槽深度和宽度分别得到显著加深、加宽，易排屑，不易堵塞；

4、采用分段加局部分层铣削的方式，加工时，刀具绝大部分只受周向力一个力，不会受到两个叶片之间最窄部位的影响，空走刀大幅减少，加工层数减少，加工路径缩短，铣削效率明显提高；

5、平底立铣刀磨损后，易修磨，刀具成本低；

6、平底立铣刀代替球头直柄铣刀，直径加大，刀具刚性得到大幅增强，每刀的切削用量得以增加，加工时间得到缩短，效率明显提高。

附图说明

图1为现有技术叶轮铣削工艺图；

图2为本发明叶轮铣削工艺图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例做进一步的详细说明。

第一实施例

需要加工的压气机叶轮两叶片之间的最小距离为11.5mm，叶片最大高度为71mm。

第一段C区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为37.4mm，第一段C的最大高度为71mm。

第一段C选用R10，0度，CR=1的直柄立铣刀铣削，其切削范围在：F=500-650mm/min,ap≤0.7*D，ae≤0.5*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为ap=11.84mm

确定切削宽度ae

ae=10mm	37.4/10=3.74	4刀，刀数最少
			ae=9.375mm	37.4/9.375=3.99	4刀，刀数最少，每刀加工余量最少，切削力最小
ae≤0.5*Dmm	0.5*20=10mm	≥4刀

切削宽度ae确定为：ae=9.375mm

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=550mm/min。所以第一段C每刀切削用量为：吃刀深度ap=11.84mm，背吃刀量ae=9.375mm，进给走刀速度F=550mm/min。

第二段F区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为45.6mm，第二段F的最大高度为49mm。

第二段F选用R10，0度，CR=1的直柄立铣刀铣削，其切削范围在：F=500-650mm/min,ap≤0.7*D，ae≤0.5*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为ap=12.25mm

确定切削宽度ae

切削宽度ae确定为：ae=9.12mm

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=570mm/min。所以第二段F每刀切削用量为：吃刀深度ap=12.25mm，背吃刀量ae=9.12mm，进给走刀速度F=570mm/min。

第三段第一层G区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为22.9mm，第三段第一层G的最大高度为43mm。

第三段第一层G选用R8，0度的球头直柄铣刀进行大余量铣削，其切削范围在：F=500-650mm/min,ap≤0.5*D，ae≤0.5*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为ap=7.17mm

确定切削宽度ae

切削宽度ae确定为：ae=7.64mm

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=440mm/min。所以第三段第一层G每刀切削用量为：吃刀深度ap=7.17mm，背吃刀量ae=7.64mm，进给走刀速度F=440mm/min。

第三段第二层H区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为12.8mm，第三段第二层H的最大高度为20.5mm。

第三段第二层H用R4，9度的球头锥度铣刀进行局部铣削，其切削范围在：F=200-300mm/min,ap≤0.6*D，ae≤0.65*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为ap=4.1mm

确定切削宽度ae

切削宽度ae确定为：ae=4.27mm

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=280mm/min。所以第三段第二层H每刀切削用量为：吃刀深度ap=4.1mm，背吃刀量ae=4.27mm，进给走刀速度F=280mm/min。

按照上述方法选定刀具并设定好切削参数后，如图2所示，先粗铣第一段C，然后再粗铣第二段F，接着粗铣第三段第一层G，最后粗铣第三段第二层H，完成压气机叶轮的铣削。

第二实施例

需要加工的压气机叶轮两叶片之间的最小距离为9.8mm，叶片最大高度为56mm。

第一段C区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为29.5mm，第一段C的最大高度为56mm。

第一段C选用R10，0度，CR=1的直柄立铣刀铣削，其切削范围在：F=500-650mm/min,ap≤0.7*D，ae≤0.5*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为：ap=14mm

确定切削宽度ae

切削宽度ae确定为：ae=9.84

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=570mm/min。所以第一段C每刀切削用量为：吃刀深度ap=14mm，背吃刀量ae=9.84mm，进给走刀速度F=570mm/min。

第二段F区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为39.8mm，第二段F的最大高度为38mm。

第二段F选用R10，0度，CR=1的直柄立铣刀铣削，其切削范围在：F=500-650mm/min,ap≤0.7*D，ae≤0.5*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为ap=12.67mm

确定切削宽度ae

切削宽度ae确定为：ae=9.95mm

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=580mm/min。所以第二段F每刀切削用量为：吃刀深度ap=12.67mm，背吃刀量ae=9.95mm，进给走刀速度F=580mm/min。

第三段第一层G区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为21.7mm，第三段第一层G的最大高度为41mm。

第三段第一层G选用R8，0度的球头直柄铣刀进行大余量铣削，其切削范围在：F=350-450mm/min,ap≤0.5*D，ae≤0.5*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为ap=6.84mm

确定切削宽度ae

切削宽度ae确定为：ae=7.24mm

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=440mm/min。所以第三段第一层G每刀切削用量为：吃刀深度ap=6.84mm，背吃刀量ae=7.24mm，进给走刀速度F=440mm/min。

第三段第二层H区域中：压气机叶轮两叶片之间的最大宽度为19.4mm，第三段第二层H的最大高度为10.6mm。

第三段第二层H用R4，9度的球头锥度铣刀进行局部铣削，其切削范围在：F=200-300mm/min,ap≤0.6*D，ae≤0.65*D，D为刀具直径。

确定切削深度ap

切削深度ap确定为ap=3.54mm

确定切削宽度ae

切削宽度ae确定为：ae=4.85mm

结合上述切削深度ap和切削宽度ae，以及机床本身的性能，选择切削速度为F=280mm/min。所以第三段第二层H每刀切削用量为：吃刀深度ap=3.54mm，背吃刀量ae=4.85mm，进给走刀速度F=280mm/min。

按照上述方法选定刀具并设定好切削参数后，如图2所示，先粗铣第一段C，然后再粗铣第二段F，接着粗铣第三段第一层G，最后粗铣第三段第二层H，完成压气机叶轮的铣削。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种压气机叶轮铣削方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.根据需要加工的压气机叶轮两叶片之间每段的最小宽度，选择适合每段加工的刀具，刀具的直径应接近该最小宽度；

步骤2.在刀具允许承受的切削深度范围内，根据每段压气机叶轮叶片的高度分别设定各段加工时每刀的切削深度ap，应使铣削的层数最少，以此缩短加工时间；

步骤3.在刀具允许承受的切削宽度范围内，根据压气机叶轮两叶片之间每段的最大宽度分别确定各段加工时每刀的切削宽度ae，使刀具在叶片宽度方向上铣削的刀数最少，以此缩短加工时间；

步骤4.在刀具允许承受的切削速度范围内，依据步骤2和步骤3中确定的切削深度ap和切削宽度ae设定每段加工中刀具的切削速度F，使切削速度最快，以此缩短加工时间；

步骤5.使用每段选定的刀具，根据确定的铣削参数，先粗铣第一段C，然后再粗铣第二段F，接着粗铣第三段第一层G，最后粗铣第三段第二层H。

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