CN104475766B - 一种钛合金薄壁盘环件环形ω槽的数控精车加工方法 - Google Patents

一种钛合金薄壁盘环件环形ω槽的数控精车加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法，包括：确定钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段余量：确定钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的加工方案；编制钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的数控车加工程序；控制钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段的加工路线；本发明突破钛合金特殊结构件加工的技术瓶颈，在钛合金材料增压级一级盘的数控车加工中，满足了钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽的加工技术要求的同时提高加工效率，实现了钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽高效加工，解决了钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽加工效率低下，占机时间长，缓解立车加工的生产瓶颈。

Description

一种钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法
技术领域
本发明涉及机械数控加工技术领域，具体涉及一种钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法。
背景技术
在机械加工技术领域中，特别是在钛合金加工制造中，钛合金盘类零件加工，大直径薄壁零件环形Ω槽是一大技术难点，多次加工反复上刀加工来保证零件尺寸和技术条件，低的工作效率和加工精度很难满足零件和生产的要求。此类零件一般出现在先进的机型当中，其研制加工时效率极其低下并且返修率高，控制变形也是一大难点。由于现场生产条件所限，一般盘类零件均在数控卧车上进行加工，在零件装夹和加工过程中均有一定的变形，对零件尺寸和技术要求有负面影响。该零件结构复杂，数控加工路线和方法会直接影响到零件的加工效率和加工质量，因此尺寸和技术条件能否满足设计图纸的要求，数控加工走刀路线即加工理念起到至关重要的作用。
现阶段生产现场一般采用轮廓方式试切法进行加工，这种数控程序在加工中比较灵活，可随意调整和修改轮廓点和进退刀位置，但需要高技术有加工经验的操作者来完成研制加工，否则一些尺寸和技术条件很难保证。加工中操作者根据自己的加工经验，摸索着进行刀具补偿，该零件材料为钛合金，属难加工材料，零件特征不易形成，若加工不到位，则需要进行补加工，多次上刀产生的切削力较大，有可能满足不了零件尺寸和技术要求。随着发动机性能要求的不断提升，盘类零件的设计结构也在不断变化。大直径薄壁件环形Ω槽加工技术已经成为一个亟待解决的技术难题。航空发动机制造技术急需一种能达到的钛合金特殊结构加工的方法。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法。
本发明的技术方案是：
一种钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法，包括以下步骤：
步骤1：确定钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段余量：
（1）粗加工阶段，去除钛合金薄壁盘环件环形Ω槽在半精车工序后留有的余量；
（2）在半精加工阶段，去除环形Ω槽内余量，按环形Ω槽形状均匀地留0.5mm余量，为精加工阶段环形Ω槽右侧对刀使用；
（3）在精加工阶段，分两刀切削，将环形Ω槽加工到位；
步骤2：确定钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的加工方案；
步骤2-1：将环形Ω槽分成四部分：以环形Ω槽中心线为基准，将环形Ω槽分成左右两个部分，以环形Ω槽的槽口R处连线将槽分成上下两部分；
步骤2-2：使用槽刀将环形Ω槽的左上部和右上部加工到位；
步骤2-3：使用环形Ω槽加工刀具，通过对刀将环形Ω槽的左下部和右下部加工至0.5mm余量；
步骤2-4：使用环形Ω槽加工刀具通过精准对刀将环形Ω槽左下部加工完成，不留有余量，直接加工到位；
步骤2-5：以环形Ω槽左部位置为基准，通过测量环形Ω槽左部位置至环形Ω槽右部的位置即测量槽口宽度，使用环形Ω槽加工刀具将右下部加工到位；
步骤3：按照钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的加工方案，编制钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的数控车加工程序；
步骤4：通过编制的数控车加工程序控制钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段的加工路线；
步骤5：钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工完成。
所述精加工阶段以外圆作为径向基准，加工所有径向型面的刀具均使用数控立车自动对刀仪以该外圆直径进行 校准。
所述的槽刀、环形Ω槽加工刀具均利用外圆处和Ω槽两侧端面进行准确标定，确定刀具准确位置。
所述的环形Ω槽上下两部分在槽口R处使用圆弧接刀。
有益效果：
本发明突破钛合金特殊结构件加工的技术瓶颈，保证增压级盘件研制生产的顺利进行，为以后类似零件的加工提供可借鉴的经验。在钛合金材料增压级一级盘的数控车加工中，以往从未有过类似的加工工艺，满足了钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽的加工技术要求的同时提高加工效率，节省了在机床上反复样膏投影检查，满足生产实际，实现了钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽高效加工，解决了钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽加工效率低下，占机时间长，缓解立车加工的生产压力，同时降低研制成本。在钛合金轮盘的加工中取得了明显的技术效果和经济效益，解决了大直径薄壁盘件环形Ω槽加工精度技术要求和高效加工的技术问题。就该盘件研制而言，使用该方法加工提高研制生产效率40%，节省研制工时费用10%，可在同类零件中推广使用，为类似零件加工提供了宝贵的经验，具有无法估计的经济效益。本发明解决了钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽的机械加工效率低下、环形槽轮廓公差带不易保证问题，满足了零件设计要求，对新一代发动机制造技术水平的提升，具有深远的意义。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的钛合金薄壁盘环件环形Ω槽半精车工序后留有的余量图；
图2是本发明具体实施方式的L3槽刀示意图；
图3是本发明具体实施方式的环形Ω槽加工刀具，（a）为加工环形Ω槽的左部时采用的环形Ω槽专用加工刀具，（b）为加工环形Ω槽的右部时采用的环形Ω槽专用加工刀具；
图4是本发明具体实施方式环形Ω槽加工过程示意图，（a）为环形Ω槽的左上部和右上部加工到位的加工示意图，（b）为环形Ω槽的左下部和右下部加工至0.5mm余量的加工示意图，（c）为环形Ω槽左下部加工完成的示意图，（d）为环形Ω槽右下部加工完成的示意图；
图5是本发明具体实施方式的走刀路线示意图；
图6是本发明具体实施方式的钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。
钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的车加工分别粗车、半精车和精车三个工序，而钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的精车工序分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，本实施方式是针对钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工，在数控立车上实施本方法。
一种钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法，图6所示，包括以下步骤：
步骤1：确定钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段余量：
（1）粗加工阶段，去除钛合金薄壁盘环件环形Ω槽在半精车工序后留有的余量；
半精车工序后留有的余量如图1所示；半精车工序将环形Ω槽加工成如图1所示的形状，距离槽口约1.5mm余量，环形Ω槽右侧篦齿处是精车定位止口，为保证零件定位刚性，故留有较大余量，环形Ω槽左外侧留有约0.5mm余量（左侧端面处），为精车工序环形Ω槽右侧对刀使用。
（2）在半精加工阶段，去除环形Ω槽内余量，按环形Ω槽形状均匀地留0.5mm余量，为精加工阶段环形Ω槽右侧对刀使用；
（3）在精加工阶段，分两刀切削，将环形Ω槽加工到位；
步骤2：确定钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的加工方案；
步骤2-1：将环形Ω槽分成四部分：以环形Ω槽中心线为基准，将环形Ω槽分成左右两个部分，以环形Ω槽的槽口R处连线将槽分成上下两部分；
步骤2-2：使用宽3mm的L3槽刀将环形Ω槽的左上部和右上部加工到位，直接将槽口R处上端加工合格。L3槽刀如图2所示。
步骤2-3：使用环形Ω槽加工刀具，通过对刀将环形Ω槽的左下部和右下部加工至0.5mm余量；
步骤2-4：使用环形Ω槽加工刀具通过精准对刀将环形Ω槽左下部加工完成，不留有余量，直接加工到位；
该步骤使用加工左侧的环形Ω槽加工刀具通过试切法试切预先设计的对刀端面（右端面），将刀具轴向位置确定，同样方法通过外圆试切将径向方向位置确定，将环形Ω槽的最后0.5mm的余量分两刀切削完成，为了保证环形Ω槽左下部分位置的准确性，为防止在最后一刀切削过程中有让刀现场而导致环形Ω槽左下部分加工不到位，在加工两刀完成后又增加一层刀轨，理论刀轨没有余量，与第二刀刀轨一致，即空余量再走一刀，保证环形Ω槽左下部分位置的准确性。
步骤2-5：以环形Ω槽左部位置为基准，通过测量环形Ω槽左部位置至环形Ω槽右部的位置即测量槽口宽度，使用环形Ω槽加工刀具将右下部加工到位；
环形Ω槽上下两部分在槽口R处使用圆弧接刀。
在使用环形Ω槽加工刀具进行加工的过程中，当加工环形Ω槽的左部时采用图3（a）所示的刀杆为HLPGR3232-12-T18-01403、刀片为LPGIL12-11-T5-01403的环形Ω槽专用加工刀具，当加工环形Ω槽的右部时采用图3（b）所示的刀杆为HLPGR3232-12-T18-01403、刀片为LPGIR12-11-T5-01403的环形Ω槽专用加工刀具。
该步骤是以环形Ω槽的左下部分（步骤2-4完成的那部分）以基准，将环形Ω槽的基准（Ω槽空间中心线）转移至环形Ω槽的左侧部分，这样可以通过实体测量来完成环形Ω槽的右下部分加工，刀轨的编排与步骤2-4一致。这样两侧位置均固定完成后环形Ω槽的中心线自然也受到控制。如果先按中心线加工环形Ω槽，存在两面扩充的过程，效率低下且不准确，加工尺寸不受控。
步骤3：按照钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的加工方案，编制钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的数控车加工程序；
步骤4：通过编制的数控车加工程序控制钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段的加工路线；
精车工序采用全程序控制加工，所有操作动作均由数控程序控制，选择参数为转速n=50r/min，进给量f=0.15~0.2mm/r，通过对轮廓的偏置，控制刀具完成环形Ω槽上半部分左右两侧的加工，如图4（a）所示，A区域为环形Ω槽的左上部和右上部的加工区域。
环形Ω槽的半精加工参数为：恒线速度为70m/min，进给量f=0.10~0.15mm/r，切深t=0.3-0.5mm。加工槽内余量采用摆线车的加工方法，分层切削将实心余量切削掉，先使用左侧槽专用刀具（如图3（a））将槽内大部分余量加工完成，给环形Ω槽左下部最后精加工留有0.5mm的余量，之后使用右侧槽专用刀具（如图3（b））将右下侧槽内大部分余量加工完成，同样也留有0.5mm的余量，如图4（b）所示的B区域为加工后留有0.5mm余量的示意图，走刀路线如图5所示。
精加工阶段以外圆作为径向基准，加工所有径向型面的刀具均使用数控立车自动对刀仪以该外圆直径进行 校准，径向尺寸精度得以提高。槽刀、环形Ω槽加工刀具均利用外圆处和Ω槽两侧端面进行准确标定，确定刀具准确位置。
首先使用图3（a）所示的环形Ω槽加工刀具在环形Ω槽右端面上进行轴向 校准（必须准确），对环形Ω槽左下部进行加工，为防止加工中让刀，在最后一层刀轨安排两次车削，保证加工的准确性（刀具位置的准确性），其次通过环形Ω槽左下部的定位，以环形Ω槽左下部为基准，使用图3（b）所示的环形Ω槽加工刀具对环形Ω槽右下部进行加工，同样也是在最后一层刀轨安排两次车削，保证无让刀现象，保证加工准确性。如图4（c）所示的C区域为环形Ω槽左下部加工完成的示意图，如图4（d）所示的D区域为环形Ω槽右下部加工完成的示意图。
步骤5：钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工完成。
本实施方式采用数控立车进行加工，采用人工分层摆线车切削数控编制的方式，对环形Ω槽进行整个数控程序控制刀具轨迹研制加工，根据所编制的数控加工程序、选定的机夹刀具、切削参数，按照加工步骤逐项进行，环形Ω槽分为三个工步进行，可以使精加工余量均匀，有效减少薄壁零件的加工变形，可靠地保证了尺寸精度和技术要求。在去余量时，采用分层切削的加工方法，不但可以减少加工产生的应力，控制零件变形，并且通过数控程序的控制，可以实现高效切削，减少空走刀时间，提高了加工效率。在数控程序的编制上，结合零件特点，按零件为非刚性体编制数控加工程序，编制刀心数控程序，用数控程序控制整个环形Ω槽的加工过程，通过数控加工程序控制刀具在零件切削过程中进行准确位置标定，更加准确进行加工，并且操作者无需进行传统刀具补偿，在整个过程中只要按指定的程序位置对零件进行测量，不用操作者人为上刀具补偿来加工零件，并通过在计算机上模拟，检查、排除刀具与零件的干涉情况；通过数控程序过程中的测具数据进行一次补偿即可，大大减少了人为干预次数，降低人为出错的机率，有效地保证零件加工质量。

Claims (4)

1.一种钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：确定钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段余量：
（1）粗加工阶段，去除钛合金薄壁盘环件环形Ω槽在半精车工序后留有的余量；
（2）在半精加工阶段，去除环形Ω槽内余量，按环形Ω槽形状均匀地留0.5mm余量，为精加工阶段环形Ω槽右侧对刀使用；
（3）在精加工阶段，分两刀切削，将环形Ω槽加工到位；
步骤2：确定钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的加工方案；
步骤2-1：将环形Ω槽分成四部分：以环形Ω槽中心线为基准，将环形Ω槽分成左右两个部分，以环形Ω槽的槽口R处连线将槽分成上下两部分；
步骤2-2：使用槽刀将环形Ω槽的左上部和右上部加工到位；
步骤2-3：使用环形Ω槽加工刀具，通过对刀将环形Ω槽的左下部和右下部加工至0.5mm余量；
步骤2-4：使用环形Ω槽加工刀具通过精准对刀将环形Ω槽左下部加工完成，不留有余量，直接加工到位；
步骤2-5：以环形Ω槽左部位置为基准，通过测量环形Ω槽左部位置至环形Ω槽右部的位置即测量槽口宽度，使用环形Ω槽加工刀具将右下侧部加工到位；
步骤3：按照钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的加工方案，编制钛合金大直径薄壁盘环件环形Ω槽精车阶段的数控车加工程序；
步骤4：通过编制的数控车加工程序控制钛合金薄壁盘环件环形Ω槽数控精车各加工阶段的加工路线；
步骤5：钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工完成。
2.根据权利要求1所述的钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法，其特征在于：所述精加工阶段以外圆作为径向基准，加工所有径向型面的刀具均使用数控立车自动对刀仪以该外圆直径进行校准。
3.根据权利要求1所述的钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法，其特征在于：所述的槽刀、环形Ω槽加工刀具均利用外圆处和Ω槽两侧端面进行准确标定，确定刀具准确位置。
4.根据权利要求1所述的钛合金薄壁盘环件环形Ω槽的数控精车加工方法，其特征在于：所述的环形Ω槽上下两部分在槽口R处使用圆弧接刀。
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