CN104002110A - 一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法，属于金属切削加工技术领域。其特征是选用能够连续切削的钻削刀具和有中心刃的插铣刀具，应用插值方法在叶轮通道内均匀规划钻削和插铣加工的刀具轨迹；先执行钻削程序在通道内加工出密集的整孔序列；再针对钻削后蜂窝状的叶轮通道，应用插铣加工清除残余工件材料。与传统插铣加工方法相比，本发明综合利用了钻削加工的连续切削优点和插铣加工的轴向进刀优点，能够有效提高切削过程的稳定性，显著提高材料去除率；本发明方法能够适合小直径刀具的高效加工，适用范围宽广；可以针对特殊形状零件模块化实现，易于形成软件产品。

Description

一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法
技术领域
本发明属于金属切削加工技术领域，涉及到钻削和插铣加工，特别涉及到一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法。
背景技术
整体叶轮在航空航天、能源动力等重大装备制造领域有广泛应用，数控铣削是整体叶轮制造的主流方法之一。整体叶轮加工中，轮毂和叶片直接从毛坯中切削成型，工件材料的去除量极大，尤其是在粗加工阶段，材料去除量占到了总去除量的60％～90％，加工时间约占80％。粗加工工艺方法的优劣是影响叶轮加工效率和生产成本的关键因素。目前，整体叶轮通道粗加工一般采用棒铣刀分层侧铣的方法，加工效率不高，已经渐渐无法满足装备制造业对整体叶轮高效加工的需求。
插铣加工是近年来新出现的一种加工方法，插铣加工中刀具沿轴向做进给运动，利用底部切削刃进行材料切除。由于加工过程中刀具的径向力较小，适合应用细长刀具加工深型腔或窄通道类工件，比如深腔模具、整体叶轮等。然而，插铣加工仍旧归属铣削加工范畴，虽然其进给运动方向为刀具轴向，但其主要受力方向仍是刀具径向，切削系统的刚性并没有因为进给方向的变化而增大。通常的插铣加工方法，未能克服断续切削稳定性不好的局限性，与大进给的层切加工方法相比，其材料去除率并没有显著增加，因而在工件开粗时直接应用插铣加工效率提高有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题：为克服整体叶轮插铣粗加工时切削稳定性方面的局限性，提高加工过程的材料去除效率，本发明提出了一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣粗加工方法。
本发明的技术方案：选用能够连续切削的钻削刀具和有中心刃的插铣刀具，应用插值方法在叶轮通道内均匀规划钻削和插铣加工的刀具轨迹；先执行钻削程序在通道内加工出密集的整孔序列；再针对钻削后蜂窝状的叶轮通道，应用插铣加工清除残余工件材料。
本发明的具体实施步骤如下：
步骤1.选择刀具
钻削加工选择有切削液内冷孔、可自动断屑、能够进行整孔连续钻削加工的刀具；插铣加工选择有切削液内冷孔、有中心刃的刀具；刀具直径根据具体工件尺寸选定，插铣刀具直径是钻削刀具直径的两倍左右。
步骤2.刀具轨迹规划
构建叶轮加工的通道横断面和粗加工可行域，在通道横断面内根据刀具尺寸确定切削层数；在每一切削层内，根据刀具尺寸应用插值方法将粗加工可行域均匀分割，构建圆锥截面族，形成钻削加工和插铣加工的各切削行，钻削加工行距大于刀具直径，插铣加工行距为刀具直径的50％～80％；考虑碰撞干涉，确定各切削行边界刀轴矢量和刀心点位置，再应用插值方法确定其余刀心点位置和刀轴矢量，钻削加工步距大于刀具直径，插铣加工步距为刀具直径的40％～80％；钻削加工深度大于插铣加工深度2mm，以避免切削顶刀；根据各刀心点位置和刀轴矢量，形成钻削加工和插铣加工的刀具轨迹。
步骤3，加工
应用五轴联动数控加工中心，首先执行钻削加工程序，然后执行插铣加工程序，完成叶轮通道粗加工。
本发明与传统插铣加工方法相比，综合利用了钻削加工的连续切削优点和插铣加工的轴向进刀优点，能够有效提高切削过程的稳定性，显著提高材料去除率；适用小直径刀具的高效加工，应用范围宽广。
附图说明
图1通道横断面及切削层。
图2圆锥截面族。
图3加工过程示意。
1.通道横断面，2.切削层，3.粗加工可行域，4.圆锥截面族
具体实施方案
下面结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施例，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本实施例选用叶轮为半开式离心叶轮，最大外径1070mm，高度372mm，工件材料为45钢。具体实施步骤如下：
步骤1.选择刀具
本实施例选用的钻削刀具为山特公司的CoroDrill880U钻，直径20mm，最大切削深度100mm。选用的插铣刀具为三菱公司的AQXR-404SA32L多功能立铣刀，直径40mm，最大切削深度200mm。
步骤2.刀具轨迹规划
构建叶轮加工的通道横断面和粗加工可行域，在通道横断面内根据刀具尺寸确定切削层数，如附图1所示；在每一切削层内，根据刀具尺寸应用插值方法将粗加工可行域均匀分割以构建圆锥截面族，形成钻削加工和插铣加工的各切削行，如附图2所示，钻削加工行距大于刀具直径，插铣加工行距为刀具直径的50％～80％之间；考虑碰撞干涉，确定各切削行边界刀轴矢量和刀心点位置，再应用插值方法确定其余刀心点位置，钻削加工步距大于刀具直径，插铣加工步距为刀具直径的40％～80％之间；钻削加工深度大于插铣加工深度2mm左右，以避免切削顶刀；根据各刀心点位置和刀轴矢量，形成钻削加工和插铣加工的刀具轨迹。
步骤3，加工
应用五轴联动数控加工中心，首先做钻削加工程序，然后做插铣加工程序，完成叶轮通道粗加工。加工过程示意如附图3所示。

Claims (1)

1.一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法，其特征在于以下步骤：
步骤1.选择刀具
钻削加工选择有切削液内冷孔、可自动断屑、能够进行整孔连续钻削加工的刀具；插铣加工选择有切削液内冷孔、有中心刃的刀具；插铣刀具直径是钻削刀具直径的两倍；
步骤2.刀具轨迹规划
根据刀具尺寸，应用插值方法将叶轮的粗加工可行域均匀分割，构建圆锥截面族，形成钻削加工和插铣加工的各切削行，钻削加工行距大于刀具直径，插铣加工行距为刀具直径的50％～80％；再应用插值方法确定刀心点位置和刀轴矢量，钻削加工步距大于刀具直径，插铣加工步距为刀具直径的40％～80％；钻削加工深度大于插铣加工深度2mm；根据各刀心点位置和刀轴矢量，形成钻削加工和插铣加工的刀具轨迹；
步骤3.加工
应用五轴联动数控加工中心，首先做钻削加工，然后做插铣加工，完成叶轮通道粗加工。
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