CN105252027A - 用于小尺寸喷口球面加工的刀具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于小尺寸喷口球面加工的刀具，所述刀具用于对航空发动机离心喷嘴的喷口的喷油孔以及与所述喷油孔连接的球面的内腔型面进行加工，所述刀具由刀杆、刀体、刀尖组成，其中，刀尖位于所述刀体的末端，所述刀体位于所述刀尖与所述刀杆之间，且所述刀体的投影面位于所述刀杆的投影面的内部并偏置于所述刀杆的投影面的中心的一侧。本发明的刀具采用了偏心设置的刀体结构，不但为铁屑排出和冷却液输送提供了更大的空间通道，而且可以获得更大的刀体厚度，提高了刀具的刚度，易保证加工质量，相对现有技术提供了5-10倍的加工寿命，可基本满足批量生产的需要，降低了加工成本和废品率。

Description

用于小尺寸喷口球面加工的刀具

技术领域

本发明涉及一种精密机械加工用的刀具，尤其是一种可用于航空发动机小尺寸喷嘴的精密加工的刀具，特别涉及一种用于小尺寸喷口球面加工的刀具。

背景技术

航空发动机离心喷嘴的喷口的结构特点是内腔型面为变截面，且变截面与微小尺寸喷油孔相连，尺寸精度高，各型面之间和外圆、端面之间相互都有很高的技术要求，采用常规加工工艺中的车、铣、磨、钳、研磨、抛光等多道工序都很难加工，特别是因为喷口尺寸小，零件的定位面和夹持面尺寸也很小，不好装夹，多次装夹零件的尺寸和技术条件难以保证，极易使零件报废。另外，喷油孔和内腔型面表面质量要求高，表面粗糙度一般为0.4～0.2，微型刀具一但刚性不好产生振刀，就会严重影响表面质量。而表面质量的好坏直接影响离心喷嘴的流量试验性能参数。传统方法是通过手工研磨内腔保证粗糙度，而手动研磨对工人的操作水平高，加工效率低，工作量大，尺寸和技术条件难以控制。再者，因喷口内部型面结构复杂且尺寸小，铁屑不易排出，稍微的拉钩、划伤、划痕、毛刺、缺口直接影响离心喷嘴喷雾角度和燃油不均匀度。因此需要提供一种改良的加工工艺，并设计特殊形状结构的刀具，以提高加工效率，保证产品质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于小尺寸喷口球面加工的刀具，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于小尺寸喷口球面加工的刀具，所述刀具用于对航空发动机离心喷嘴的变截面喷口的喷油孔以及与所述喷油孔连接的球面的内腔型面进行加工，所述喷油孔的直径为A，所述球面的半径为R1，所述喷油孔和所述球面之间具有一个半径为R的过渡圆弧，所述刀具由刀杆、刀体、刀尖组成，其中，刀尖位于所述刀体的末端，所述刀体位于所述刀尖与所述刀杆之间，且所述刀体的投影面位于所述刀杆的投影面的内部并偏置于所述刀杆的投影面的中心的一侧。

优选地，所述刀体的横截面具有一个上弧面和一个下弧面，所述上弧面和所述下弧面的圆弧半径相同。

优选地，所述上弧面和所述下弧面的圆弧半径为1.5mm。

优选地，所述刀尖具有一个刀尖前角和一个刀尖后角，所述刀尖前角为所述刀尖向其加工方向前倾的角度，所述刀尖后角为所述刀尖背离其加工方向后倾的角度，其中所述刀尖前角为5°，所述刀尖后角为15°。

优选地，所述刀尖沿其纵向具有一个与垂直方向呈15°的主偏角和一个与水平方向呈15°的锲角。

优选地，所述刀尖的最大厚度H等于调整系数K×(所述直径A/2+所述球面的半径R1)。

优选地，所述调整系数K的数值范围为0.6-0.9。

优选地，所述刀体和所述刀杆之间设置有第二过渡锥面，所述第二过渡锥面的最大锥角为40°。

优选地，所述刀具的加工方向为从所述喷油孔的直径为A的截面处沿所述半径为R的过渡圆弧向所述球面进给。

优选地，所述刀具加工时所述刀尖向下。

本发明的刀具采用了偏心设置的刀体结构，不但为铁屑排出和冷却液输送提供了更大的空间通道，而且可以获得更大的刀体厚度，提高了刀具的刚度，易保证加工质量，相对现有技术提供了5-10倍的加工寿命，可基本满足批量生产的需要，降低了加工成本和废品率。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的航空发动机离心喷嘴的剖视图；

图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的刀具应用于图1所示航空发动机离心喷嘴的加工的示意图；

图3显示的图2所示刀具的左侧轴向的投影视图；

图4显示的是根据本发明的一个具体实施例的刀具的刀体的加工示意图；

图5显示的是图3中刀尖局部的投影放大图；

图6显示的是图2中刀尖局部的放大图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术部分所述，本发明涉及的用于小尺寸喷口球面加工的刀具可用于对航空发动机离心喷嘴的变截面喷口进行精密加工，由于现有技术采用的刀具加工这种类型的喷口时特别容易断刀，且铁屑不易排出，废品率很高，基本上无法应用于大批量生产，因而本发明提供了一种改进的刀具。

具体来说，本发明提出的改进的刀具特别适用于图1所示类型的航空发动机离心喷嘴的喷口的喷油孔1的以及与喷油孔1连接的球面2的内腔型面进行加工，。

图1中的航空发动机离心喷嘴的喷口的特点是具有一个喷油孔1以及与喷油孔1连接的球面2，喷油孔1的直径为A，所述球面的半径为R1，喷油孔1和球面2之间具有一个半径为R的过渡圆弧3。在一个具体实施例中，直径A的尺寸范围为0.1-1mm之间，半径R1的尺寸范围为1-2mm之间，本领域技术人员据此可以想象整个需要加工的零件区域的尺寸非常小，常规工艺的刀具非常难以触及这些区域，即便能够触及，通常状态的刀具基本上都是同心结构，就是类似于一根细针，加工时刀具的刚性不好，加工中易折断易振刀，一把刀通常仅仅只能加工1-2个零件，性价比低，基本上无法应用于大批量生产。

基于本发明需要加工的零件的特点，本发明提供了一种改进设计的刀具100，图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的刀具100应用于图1所示航空发动机离心喷嘴的加工的示意图，图3显示的图2所示刀具100的左侧轴向的投影视图，为显示清楚，图3中未显示图2中的航空发动机离心喷嘴。

如图2-3所示，刀具100由刀杆11、刀体12、刀尖13组成，其中，刀尖13位于刀体12的末端，刀体12位于刀尖13与刀杆11之间，且刀体12的投影面位于刀杆11的投影面的内部并偏置于刀杆11的投影面的中心的一侧。亦即，与现有常规技术惯常采用的同心结构的刀具不同，本发明的刀具采用了偏心设置的刀体结构，不但为铁屑排出和冷却液输送提供了更大的空间通道，而且可以获得更大的刀体厚度，提高了刀体12的刚度，易保证加工质量，一把刀具能够加工10个零件，可以相对现有技术提供5-10倍的加工寿命，可基本满足批量生产的需要，降低了加工成本和废品率。详细来说，如果刀体12采用同心结构，则为了让出足够铁屑排出和冷却液输送的空间，则刀体只能采用很细的截面，刚度很小。而从图2可以明显看出，采用了偏心结构的刀体12，刀体12的下部可以空出全部的孔径下部空间，为铁屑排出和冷却液输送提供了更大的空间通道，不容易由于铁屑阻塞、高温无法冷却导致刀具断裂。同时从图3也可以看出，刀体12的上部结构基本上填充了大部分的孔径上部空间，大大提高了刀体12的刚度，从而可以极大提高刀体乃至整个刀具的寿命。

为便于上述偏心结构的刀体12的加工成型，图4显示的是根据本发明的一个具体实施例的刀具的刀体的加工示意图，如图4所示，刀体12的横截面具有一个上弧面112和一个下弧面113，上弧面112和下弧面113的圆弧半径相同。在一个具体实施例中，所述上弧面112和下弧面113的圆弧半径为1.5mm。即，加工的时候，采用两个相交的圆形加工面进行加工，例如首先以1.5mm的圆形加工面车出上弧面112，然后平移一段距离即可以1.5mm的圆形加工面同样车出下弧面113，加工定位都特别方便，特别适用于本发明这种仅仅使用10次就需要更换的易损件的生产，大大降低了刀具的生产成本。

下面参照刀具局部放大视图对刀具的细部结构进行说明。其中，图5显示的是图3中刀尖局部的投影放大图，如图5所示，刀尖13具有一个刀尖前角132和一个刀尖后角133，刀尖前角132为刀尖13向其加工方向前倾的角度，刀尖后角133为刀尖13背离其加工方向后倾的角度，在一个具体实施例中，刀尖前角132为5°，刀尖后角133为15°。上述刀尖前角132设置为前倾的5°可以提高刀具的耐磨性，刀尖后角133设置为15°可以便于铁屑排屑，避免铁屑阻塞划伤加工面。

事实上从加工工艺上，本发明还提供了一个重大的改进，即加工的时候，刀具100的加工方向为从喷油孔1的直径为A的截面处沿半径为R的过渡圆弧3向球面2进给至所述球面2结束，也就是从内往外进行反向钩镗，而且为了适应这种反向钩镗的加工工艺，在一个具体实施例中，刀具100加工时刀尖13是向下的，从而利用了刀背部分偏心的刚度，提高了刀具的寿命。亦即，常规技术加工孔形零件都是从外往内加工，但是对于本发明这种小尺寸喷口的喷油孔1和球面2的加工来说，由于尺寸太小且型面精度要求很高，从外往内加工产生的铁屑会划伤已经加工过的型面，而喷嘴此类零件内腔细微的划痕均会影响组件燃油喷嘴的流量、流向、不均匀度等性能参数，所以内型面绝不允许任何划伤。因此本发明采用了反向钩镗的工艺，加工产生的铁屑往外排出接触的是尚未加工的型面，因而克服了现有技术的缺陷，提高了加工精度和成品率。

图6显示的是图2中刀尖局部的放大图，如图6所示，刀尖13沿其纵向具有一个与垂直方向呈15°的主偏角136和一个与水平方向呈15°的锲角137。主偏角136和锲角137选择同样的角度便于刀具的加工，因此可以降低刀具的加工成本。在另一个具体实施例中，刀尖13的最大厚度H

可通过公式H＝K×(A/2+R1)计算获得；其中

K为调整系数，

A为所述喷油孔(10)的直径，

R1为所述球面(20)的半径。因为喷油孔1的最小截面留有加工余量，且由于主偏角136的存在，因而刀尖13的最大厚度位置与直径为A的喷油孔1的最小截面是水平错开了一段距离的，因此即便二者尺寸相同也不会造成干扰，且设定的刀尖13的这种最大厚度基本上达到了不干涉条件下的最大刚度厚度，提高了刀尖的结构寿命。所述调整系数K为根据排屑情况及冷却液流动所需空间进行多次试验所获得的经验参数，所述调整系数K的数值范围为0.6-0.9，通过公式：H＝K×(A/2+R1)所获得的所述刀尖13的最大厚度H，一方面可保障刚度要求，提升刀具使用寿命，另一方面可满足加工中排屑及冷却液流动的需要。

在一个具体实施例中，刀尖13和刀体12之间设置有第一过渡锥面125。即从图6中可见，第一过渡锥面125是一个变锥角的结构，其可避免刀具干扰。

在另一个具体实施例中，刀体12和刀杆11之间设置有第二过渡锥面115，第二过渡锥面115的最大锥角为40°。本实施例的结构设计同样是为了避免加工时刀具的干扰。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于小尺寸喷口球面加工的刀具，所述刀具(100)用于对航空发动机离心喷嘴的喷口的喷油孔(1)以及与所述喷油孔(1)连接的球面(2)的内腔型面进行加工，所述喷油孔(1)的直径为A，所述球面的半径为R1，所述喷油孔(1)和所述球面(2)之间具有一个半径为R的过渡圆弧(3)，其特征在于，所述刀具(100)由刀杆(11)、刀体(12)、刀尖(13)组成，其中，刀尖(13)位于所述刀体(12)的末端，所述刀体(12)位于所述刀尖(13)与所述刀杆(11)之间，且所述刀体(12)的投影面位于所述刀杆(11)的投影面的内部并偏置于所述刀杆(11)的投影面的中心的一侧。

2.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀体(12)的横截面具有一个上弧面(112)和一个下弧面(113)，所述上弧面(112)和所述下弧面(113)的圆弧半径相同。

3.如权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述上弧面(112)和所述下弧面(113)的圆弧半径为1.5mm。

4.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀尖(13)具有一个刀尖前角(132)和一个刀尖后角(133)，所述刀尖前角(132)为所述刀尖(13)向其加工方向前倾的角度，所述刀尖后角(133)为所述刀尖(13)背离其加工方向后倾的角度，其中所述刀尖前角(132)为5°，所述刀尖后角(133)为15°。

5.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀尖(13)沿其纵向具有一个与垂直方向呈15°的主偏角(136)和一个与水平方向呈15°的锲角(137)。

6.如权利要求5所述的刀具，其特征在于，所述刀尖(13)的最大厚度H由下列公式获得：H＝K×(A/2+R1)。其中，

K为调整系数K，

A为所述喷油孔(10)的直径，

R1为所述球面(20)的半径。

7.如权利要求6所述的刀具，其特征在于，所述调整系数K的数值范围为0.6-0.9。

8.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀体(12)和所述刀杆(11)之间设置有第二过渡锥面(115)，所述第二过渡锥面(115)的最大锥角为40°。

9.如权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀具(100)的加工方向为从所述喷油孔(1)的直径为A的截面处沿所述半径为R的过渡圆弧(3)向所述球面(2)进给至所述球面(2)结束。

10.如权利要求9所述的刀具，其特征在于，所述刀具(100)加工时所述刀尖(13)向下。