CN104475861A - 一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀及其磨削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，包括刀体和切削齿，所述刀体一个侧面为侧基面，另一个侧面上设置有用于压紧拉刀的V型槽，V型槽的中心平分面与刀体底面平行，所述刀体底面为底基面；所述切削齿包括设置在刀体顶面的顶面刀齿，和对称设置在刀体两侧面的侧面刀齿，所述顶面刀齿和两侧的侧面刀齿的前刀面位于同一平面，且顶面刀齿和两侧的侧面刀齿组成的切削齿轮廓形状与被加工零件的榫槽相适应，用于拉削发动机涡轮盘不允许接刀的榫槽，实现发动机涡轮盘的制造加工，保证产品的顺利交付。
Description
技术领域
本发明属于航空、航天发动机涡轮盘榫槽加工领域，尤其涉及一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀及其磨削方法，用于保证榫槽最后型面的尺寸、精度及表面质量。
背景技术
传统的发动机涡轮盘榫槽在设计上给出了接刀区域和接刀方式，其榫槽最终型面通常由齿型精拉刀、槽底精拉刀和开口倒角刀拉削成型。其中齿型精拉刀为两面齿，且通常为直齿，两侧刀齿在长度方向上错齿没有严格的要求，即两侧前刀面可以不在同一平面内。
新型涡轮盘榫槽在设计上采用了全型面不允许接刀的形式，所用齿型精拉刀必须为全型面三面刃结构，即要求顶面刀齿和两侧刀齿的前刀面必须保持在同一平面内，三面刀齿型面通磨、铲磨后必须保持圆滑转接，不允许有割点等。按照现有的技术方法加工，两侧刀齿在长度方向会形成错齿，顶面刀齿上会留有两侧刀齿前刀面的磨削痕迹，致使顶面刀齿刃口会形成豁口，无法保证全型面三面刃拉刀型面的圆滑转接和正确性，不能满足齿型拉刀的设计要求和榫槽拉削要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，用于拉削发动机涡轮盘不允许接刀的榫槽，实现发动机涡轮盘的制造加工，保证产品的顺利交付。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的，一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，包括刀体和切削齿，所述刀体一个侧面为侧基面，另一个侧面上设置有用于压紧拉刀的V型槽，V型槽的中心平分面与刀体底面平行，所述刀体底面为底基面；所述切削齿包括设置在刀体顶面的顶面刀齿，和对称设置在刀体两侧面的侧面刀齿，所述顶面刀齿和两侧的侧面刀齿的前刀面位于同一平面，且顶面刀齿和两侧的侧面刀齿组成的切削齿轮廓形状与被加工零件的榫槽相适应；
所述顶面刀齿的前角取Y1＝10°～15°，所述侧面刀齿的螺旋角取β＝10°～15°，侧面刀齿的前角取Y2＝0°～4°；
所述顶面刀齿的后角取α1＝2°～3°，所述侧面刀齿的后角取α2＝2°～3°。
所述顶面刀齿的齿距t1由被加工榫槽的长度决定，保证同时工作的切削齿齿数为2～8个，所述顶面刀齿槽底圆弧R1取值为0.6～1.5mm。
所述刀体上设置有8～12个校正齿，包括位于刀体尾端的两对修光齿，两对修光齿之间的齿距t大于被拉削零件的长度，其余校正齿之间的齿距与顶面刀齿的齿距相同，且齿距t是齿距t1的整倍数。
所述侧面刀齿的齿距是t2，t2＝t1/cosβ，侧面刀齿的槽底圆弧R2取值为0.4～1.5mm，槽底角度Φ取值为5°～20°。
所述顶面刀齿与侧面刀齿圆滑转接过渡，在转接处无割点。
所述刀体总长≤500mm。
所述侧面刀齿和顶面刀齿的齿升量选取为0.01～0.02mm。
所述刀体的材料选取粉末冶金高速钢CPM T15或高钒超硬锻造高速钢T15。
一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀的磨削方法，包括以下步骤：
1、刃磨顶面刀齿前刀面；
1)首先，将拉刀以底基面、侧基面为基准定位，放置在磁力平台上夹紧，调整机床磨头，其角度与顶面刀齿的前角Y1相同；修整第一砂轮型面，使第一砂轮型面圆弧与顶面刀齿槽底圆弧R1相同，然后，刃磨拉刀顶面刀齿的前刀面；
2)将拉刀以侧基面、底基面为基准定位，放置在夹具上，夹具起度角度与侧面刀齿7的槽底角度Φ相同，调整后夹紧；调整机床磨头角度与侧面刀齿的前角Y2相同；修整第二砂轮型面，使第二砂轮型面圆弧与侧面刀齿的槽底圆弧R2相同，刃磨拉刀一侧面前刀面，保证与顶面前刀面在同一平面内，刃口圆滑转接；
3)同步骤2)，刃磨拉刀另一侧面前刀面，保证其与顶面前刀面在同一平面内，刃口圆滑转接；
2、通磨型面；
1)将拉刀以侧基面、底基面为基准定位，放置在第一磨座夹具上并夹紧，磨削一侧型面及顶面型面，按工艺和设计图要求保证型面轮廓度、尺寸、位置度及错齿量；
2)同步骤1)，磨削拉刀另一侧面型面及顶面型面，按工艺和设计图要求保证型面轮廓度、尺寸、位置度及错齿量；
3、铲磨型面；
1)选择两侧面刀齿、顶面刀齿的型面铲磨的转接区域及分界点，选择原则是在相邻两个方向铲磨型面形成的实际法向后角基本相同的点为分界点，即由顶面刀齿后角α1、侧面刀齿7后角α2所计算的实际值，在此分界点向两侧延伸即可确定转接区域，由此可确定铲磨两侧和顶面的型面；
2)将拉刀以侧基面、底基面为基准定位，放置在角度是θ的度面第二磨座夹具上并夹紧，铲磨一侧型面后角，按步骤1)确定的侧面型面调整第三砂轮修整程序，直到后刀面刃带均匀为止；
3)同步骤2)，铲磨拉刀另一侧面型面后角，按此侧型面调整第三砂轮修整程序，直到后刀面刃带均匀为止；
4)将拉刀以底基面、侧基面为基准定位，放置在磁力平台上夹紧，铲磨拉刀顶面型面后角，按步骤1)确定的顶面型面调整第四砂轮修整程序，并保证与两侧面型面圆滑转接，直到后刀面刃带均匀为止。
所述通磨型面是采用两个方向或三个方向磨削，当采用三个方向通磨时，通常通磨方向与铲磨方向夹角θ相同，当采用两个方向通磨时，通磨方向的夹角在0°～θ之间；铲磨采用三个方向磨削，两侧面刀齿的铲磨方向夹角是θ。
与现有技术相比，本发明的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀有益效果在于：该拉刀的顶面刀齿和两侧的侧面刀齿的前刀面位于同一平面，且顶面刀齿与侧面刀齿圆滑转接过渡，在转接处无割点，能够实现发动机涡轮盘无接刀榫槽的拉削，满足设计和工艺要求，降低涡轮盘的故障率，提高涡轮盘的使用寿命，具有较深远的经济和军事意义，该技术在国内领先，与国际水平同步发展，同时填补了国内在此领域的空白。
附图说明
图1是榫槽槽型示意图。
图2是全型面齿型精拉刀的主视图；
图3是全型面齿型精拉刀的左视图；
图4是全型面齿型精拉刀顶面刀齿的齿形放大图；
图5是全型面齿型精拉刀两侧面刀齿的齿形放大图；
图6是刃磨拉刀顶面刀齿前刀面示意图；
图7是刃磨拉刀侧面刀齿前刀面定位、装夹示意图；
图8是通磨型面示意图；
图9是铲磨两侧型面示意图；
图10是铲磨顶面型面示意图；
附图中：1-刀体，2-侧基面，3-底基面，4-顶面刀齿，5-V型槽，6-，7-侧面刀齿，8-校正齿，9-修光齿，10磁力平台，11-第一砂轮，12-夹具，13-第二砂轮，14-第一磨座夹具，15-第三砂轮，16-第二磨座夹具，17-第四砂轮，18-拉刀，19-分界点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例进一步说明本发明的技术方案。
如图1、图2和图3所示，本发明提供的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，包括刀体1和切削齿6，刀体1一个侧面为侧基面2，另一个侧面上设置有用于压紧拉刀的V型槽5，V型槽5的中心平分面与刀体底面平行，刀体底面为底基面3；切削齿6包括设置在刀体1顶面的顶面刀齿4，和对称设置在刀体1两侧面的侧面刀齿7，顶面刀齿4和两侧的侧面刀齿7的前刀面位于同一平面，且顶面刀齿4与侧面刀齿7圆滑转接过渡，在转接处无割点，顶面刀齿4和两侧的侧面刀齿7组成的切削齿6轮廓形状与被加工零件的榫槽相适应。
如图4所示，顶面刀齿4的齿距t1由被加工榫槽的长度决定，保证同时工作的切削齿6齿数为2～8个，顶面刀齿4槽底圆弧R1取值为0.6～1.5mm，顶面刀齿4的前角取Y1＝10°～15°，顶面刀齿4的后角取α1＝2°～3°。
如图2和图4所示，刀体1上设置有8～12个校正齿8，包括位于刀体1尾端的两对修光齿9，两对修光齿9之间的齿距t大于被拉削零件的长度，其余校正齿8之间的齿距与顶面刀齿4的齿距相同，且齿距t是齿距t1的整倍数。
如图2、图3和图5所示，侧面刀齿7的螺旋角取β＝10°～15°，侧面刀齿7的前角取Y2＝0°～4°，侧面刀齿7的后角取α2＝2°～3°，侧面刀齿7的齿距是t2，t2＝t1/cosβ，侧面刀齿7的槽底圆弧R2取值为0.4～1.5mm，槽底角度Φ取值为5°～20°。
刀体1总长≤500mm，侧面刀齿7和顶面刀齿4的齿升量选取为0.01～0.02mm，所述刀体1的材料选取粉末冶金高速钢CPM T15或高钒超硬锻造高速钢T15。
本发明全型面齿型精拉刀的加工方法包括：
1、刃磨顶面刀齿前刀面
1)参见图6，将拉刀18以底基面3、侧基面2为基准定位，放置在磁力平台10上夹紧，调整机床磨头，其角度与顶面刀齿4的前角Y1相同；修整第一砂轮11型面，使第一砂轮11型面圆弧与顶面刀齿4槽底圆弧R1相同，然后，刃磨拉刀18顶面刀齿4的前刀面；
2)参见图7，将拉刀18以侧基面2、底基面3为基准定位，放置在夹具12上，夹具12起度角度与侧面刀齿7的槽底角度Φ相同，调整后夹紧；调整机床磨头角度与侧面刀齿7的前角Y2相同；修整第二砂轮13型面，使第二砂轮13型面圆弧与侧面刀齿7的槽底圆弧R2相同，刃磨拉刀18一侧面前刀面，保证与顶面前刀面在同一平面内，刃口圆滑转接；刃磨拉刀18侧面刀齿7前刀面的定位、装夹示意图见附图7；机床磨头的调整及第一砂轮砂轮示意同上；
3)同步骤2)，刃磨拉刀18)另一侧面前刀面，保证其与顶面前刀面在同一平面内，刃口圆滑转接；
2、通磨型面
1)参见图8，将拉刀18以侧基面2、底基面3为基准定位，放置在第一磨座夹具14上并夹紧，磨削一侧型面及顶面型面，按工艺和设计图要求保证型面轮廓度、尺寸、位置度及错齿量；
2)同步骤1)，磨削拉刀18另一侧面型面及顶面型面，按工艺和设计图要求保证型面轮廓度、尺寸、位置度及错齿量。
3、铲磨型面
1)参见图9，选择两侧面刀齿7、顶面刀齿4的型面铲磨的转接区域及分界点，选择原则是在相邻两个方向铲磨型面形成的实际法向后角基本相同的点为分界点19，即由顶面刀齿4后角α1、侧面刀齿7后角α2所计算的实际值，在此分界点19向两侧延伸即可确定转接区域，由此可确定铲磨两侧和顶面的型面；
2)将拉刀18以侧基面2、底基面3为基准定位，放置在角度是θ的度面第二磨座夹具16上并夹紧，铲磨一侧型面后角，按步骤1)确定的侧面型面调整第三砂轮17修整程序，直到后刀面刃带均匀为止；
3)同步骤2)，铲磨拉刀18另一侧面型面后角，按此侧型面调整第三砂轮17修整程序，直到后刀面刃带均匀为止；
4)参见图10，将拉刀18以底基面3、侧基面2为基准定位，放置在磁力平台10上夹紧，铲磨拉刀18顶面型面后角，按步骤1)确定的顶面型面调整第四砂轮17修整程序，并保证与两侧面型面圆滑转接，直到后刀面刃带均匀为止。
通磨型面是采用两个方向或三个方向磨削，当采用三个方向通磨时，通常通磨方向与铲磨方向夹角θ相同，当采用两个方向通磨时，通磨方向的夹角在0°～θ之间；铲磨采用三个方向磨削，两侧面刀齿的铲磨方向夹角是θ。
本发明提出的拉刀顶面刀齿4和两侧的侧面刀齿7的前刀面位于同一平面，且顶面刀齿4与侧面刀齿7圆滑转接过渡，在转接处无割点，能够实现发动机涡轮盘无接刀榫槽的拉削，满足设计和工艺要求，降低涡轮盘的故障率，提高涡轮盘的使用寿命，具有较深远的经济和军事意义，该技术在国内领先，与国际水平同步发展，同时填补了国内在此领域的空白。
Claims (10)
1.一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：包括刀体(1)和切削齿(6)，所述刀体(1)一个侧面为侧基面(2)，另一个侧面上设置有用于压紧拉刀的V型槽(5)，V型槽(5)的中心平分面与刀体底面平行，所述刀体底面为底基面(3)；所述切削齿(6)包括设置在刀体(1)顶面的顶面刀齿(4)，和对称设置在刀体(1)两侧面的侧面刀齿(7)，所述顶面刀齿(4)和两侧的侧面刀齿(7)的前刀面位于同一平面，且顶面刀齿(4)和两侧的侧面刀齿(7)组成的切削齿(6)轮廓形状与被加工零件的榫槽相适应；
所述顶面刀齿(4)的前角取Y1＝10°～15°，所述侧面刀齿(7)的螺旋角取β＝10°～15°，侧面刀齿(7)的前角取Y2＝0°～4°；
所述顶面刀齿(4)的后角取α1＝2°～3°，所述侧面刀齿(7)的后角取α2＝2°～3°。
2.如权利要求1所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：所述顶面刀齿(4)的齿距t1由被加工榫槽的长度决定，保证同时工作的切削齿(6)齿数为2～8个，所述顶面刀齿(4)槽底圆弧R1取值为0.6～1.5mm。
3.如权利要求2所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：所述刀体(1)上设置有8～12个校正齿(8)，包括位于刀体(1)尾端的两对修光齿(9)，两对修光齿(9)之间的齿距t大于被拉削零件的长度，其余校正齿(8)之间的齿距与顶面刀齿(4)的齿距相同，且齿距t是齿距t1的整倍数。
4.如权利要求1所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：所述侧面刀齿(7)的齿距是t2，t2＝t1/cosβ，侧面刀齿(7)的槽底圆弧R2取值为0.4～1.5mm，槽底角度Φ取值为5°～20°。
5.如权利要求1所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：所述顶面刀齿(4)与侧面刀齿(7)圆滑转接过渡，在转接处无割点。
6.如权利要求1所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：所述刀体(1)总长≤500mm。
7.如权利要求1所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：所述侧面刀齿(7)和顶面刀齿(4)的齿升量选取为0.01～0.02mm。
8.如权利要求1所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀，其特征在于：所述刀体(1)的材料选取粉末冶金高速钢CPM T15或高钒超硬锻造高速钢T15。
9.一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀的磨削方法，其特征在于，包括以下步骤：
1、刃磨顶面刀齿前刀面；
1)首先，将拉刀(18)以底基面(3)、侧基面(2)为基准定位，放置在磁力平台(10)上夹紧，调整机床磨头，其角度与顶面刀齿(4)的前角Y1相同；修整第一砂轮(11)型面，使第一砂轮(11)型面圆弧与顶面刀齿(4)槽底圆弧R1相同，然后，刃磨拉刀(18)顶面刀齿(4)的前刀面；
2)将拉刀(18)以侧基面(2)、底基面(3)为基准定位，放置在夹具(12)上，夹具(12)起度角度与侧面刀齿(7)的槽底角度Φ相同，调整后夹紧；调整机床磨头角度与侧面刀齿(7)的前角Y2相同；修整第二砂轮(13)型面，使第二砂轮(13)型面圆弧与侧面刀齿(7)的槽底圆弧R2相同，刃磨拉刀(18)一侧面前刀面，保证与顶面前刀面在同一平面内，刃口圆滑转接；
3)同步骤2)，刃磨拉刀(18)另一侧面前刀面，保证其与顶面前刀面在同一平面内，刃口圆滑转接；
2、通磨型面；
1)将拉刀(18)以侧基面(2)、底基面(3)为基准定位，放置在第一磨座夹具(14)上并夹紧，磨削一侧型面及顶面型面，按工艺和设计图要求保证型面轮廓度、尺寸、位置度及错齿量；
2)同步骤1)，磨削拉刀(18)另一侧面型面及顶面型面，按工艺和设计图要求保证型面轮廓度、尺寸、位置度及错齿量；
3、铲磨型面；
1)选择两侧面刀齿(7)、顶面刀齿(4)的型面铲磨的转接区域及分界点，选择原则是在相邻两个方向铲磨型面形成的实际法向后角基本相同的点为分界点(19)，即由顶面刀齿(4)后角α1、侧面刀齿(7)后角α2所计算的实际值，在此分界点(19)向两侧延伸即可确定转接区域，由此可确定铲磨两侧和顶面的型面；
2)将拉刀(18)以侧基面(2)、底基面(3)为基准定位，放置在角度是θ的度面第二磨座夹具(16)上并夹紧，铲磨一侧型面后角，按步骤1)确定的侧面型面调整第三砂轮(17)修整程序，直到后刀面刃带均匀为止；
3)同步骤2)，铲磨拉刀(18)另一侧面型面后角，按此侧型面调整第三砂轮(17)修整程序，直到后刀面刃带均匀为止；
4)将拉刀(18)以底基面(3)、侧基面(2)为基准定位，放置在磁力平台(10)上夹紧，铲磨拉刀(18)顶面型面后角，按步骤1)确定的顶面型面调整第四砂轮(17)修整程序，并保证与两侧面型面圆滑转接，直到后刀面刃带均匀为止。
10.根据权利要求9所述的一种拉削涡轮盘榫槽的全型面齿型精拉刀的磨削方法，其特征在于，所述通磨型面是采用两个方向或三个方向磨削，当采用三个方向通磨时，通常通磨方向与铲磨方向夹角θ相同，当采用两个方向通磨时，通磨方向的夹角在0°～θ之间；铲磨采用三个方向磨削，两侧面刀齿的铲磨方向夹角是θ。
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