CN105290738A - 一种喷口类零件精密加工的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种喷口类零件精密加工的方法，包括以下步骤：1)采用具有双主轴车铣复合加工中心和精密数控万能内圆磨床，将零件分别在一次装夹状态下车铣零件内外型面和磨加工零件内外型面；2)在车铣复合加工中心上采用UGCAM编程，应用虚拟仿真技术验证加工程序的正确性；3)设计喷口零件的加工工艺路线、工艺方法以及定位基准和工艺参数。本发明方法相比同类零件由原普通数控设备加工的20道工序减少至现在的15道工序，将原来热处理后6道精加工工序减少到1道工序，节省了5道工序，通过在一次装夹状态下，车削喷口内外型面和精密磨削喷口内外型面，解决了零件加工技术条件和表面粗糙度难以保证的技术关键，实现以精磨代替研磨的目标。

Description

一种喷口类零件精密加工的方法

技术领域

本发明涉及一种航空发动机零件加工技术，具体的说是一种喷口类零件精密加工的方法。

背景技术

喷口是发动机主燃喷嘴上的重要零件，其结构复杂，尺寸精度和技术条件要求很高，表面粗糙度值要求较低，为小型的精密零件，如图1、2、3、4所示。喷口中心孔1相对于内孔2的同轴度不大于内锥面3相对于内孔2的圆跳动不大于第一外圆4相对于内孔2同轴度不大于中心孔1、内锥面3和第一内端面5的表面粗糙度皆为Ra0.2，第一内端面5和外端面6相对于内孔2的垂直度不大于0.01mm，采用普通的内外圆磨床很难保证零件技术条件和表面粗糙度的要求。

发明内容

针对现有技术中采用普通的内外圆磨床对喷口类零件进行精密加工难以保证零件技术条件和表面粗糙度要求，本发明要解决的技术问题是提供一种可提高零件合格率和生产效率的喷口类零件精密加工的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种喷口类零件精密加工的方法，包括以下步骤：

1)采用具有双主轴车铣复合加工中心和精密数控万能内圆磨床，将零件分别在一次装夹状态下车铣零件内外型面和磨加工零件内外型面；

2)在车铣复合加工中心上采用UGCAM编程，应用虚拟仿真技术验证加工程序的正确性；

3)设计喷口零件的加工工艺路线、工艺方法以及定位基准和工艺参数。

喷口零件的加工工艺路线为：

棒料；车铣外形面及内腔；中间检验；真空热处理；喷口磨外圆及内腔；喷口精车外锥及端面；车安装边外锥面；最终检验；油封。

所述车铣外形面及内腔过程如下：

采用车铣复合加工中心，分别在两个主轴上进行车铣加工，其加工的工艺路线为：

由外端面开始粗车外形，包括第二外圆和第一外圆；

半精车外形，包括第二外圆和第一外圆；

粗切外形，包括第一内端面、外槽、第二内端面、第三外圆以及第二小端面；

定中心，钻内孔，钻安装边孔；

铰安装边孔，倒角、钻内锥面底孔；

粗锪内孔和内锥面；

精锪内孔和内锥面；

钻中心孔、精车外形，包括第二外圆和第一外圆；

精切外形，包括第一内端面、外槽、第二内端面、第三外圆以及第二小端面；

铣旋流槽、对接切断第一小端面；

精车第一小端面、镗中心孔。

在由外端面开始粗车外形前进行夹紧，过程为：

在车铣复合加工中心的第一主轴上，用弹簧夹头夹紧棒料外圆，在车铣复合加工中心的第二主轴上，以第二外圆、外端面定位，夹紧第二外圆，用软三爪卡盘装夹。

喷口磨外圆及内腔工序为：

采用精密数控万能内圆磨床，用卡簧装夹，以第三外圆和第一小端面定位，夹紧第三外圆，其加工路线为：磨外端面；磨第一外圆、外槽及第一内端面、第二内端面；磨内孔、内锥面以及喷口中心孔。

磨内孔和内锥面采用CBN成型砂轮，磨喷口中心孔采用CBN砂轮，磨第一外圆、外槽及第一内端面、第二内端面采用碳化硅砂轮，通过修磨砂轮的型面保证喷口的内外型面。

喷口精车外锥及端面工序为：在超精密数控车床上，用卡簧和卡瓣装夹，以外槽和第一内端面定位，夹紧外槽；加工前找正零件第三外圆跳动不大于0.002mm，采用35℃BN刀片精车。

车安装边外锥面工序为：

采用数控车床，以外槽和第一内端面为基准，夹紧外槽，用软三爪卡盘装夹，车安装边外锥面。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明方法将喷口零件采用在小型精密车铣复合加工中心和在精密数控万能内圆磨床上，利用数控加工和仿真技术进行了工艺优化，优化后的工艺相比同类零件由原普通数控设备加工的20道工序减少至现在的15道工序，将原来热处理后6道精加工工序减少到1道工序，节省了5道工序，通过在一次装夹状态下，车削喷口内外型面和精密磨削喷口内外型面，解决了零件加工技术条件和表面粗糙度难以保证的技术关键，实现以精磨代替研磨的目标。

2.该优化后的数控加工工艺经过小批量生产验证，加工过程稳定，质量与同类喷口零件相比明显提高，零件一次提交合格率达到95％以上，实际提高生产效率25％以上，表面质量明显提高，达到了珩磨和研磨的水平，实现以精磨代替研磨的目标。

附图说明

图1为本发明方法中零件主视图的剖视图；

图2为本发明方法中零件主视图；

图3为图2的左视图；

图4为图1的E-E剖视图；

图5为图2零件旋流槽的剖视图；

图6为本发明方法中零件车铣外形面、内腔工序在第一主轴加工方案主视图；

图7为图6的俯视图局部；

图8为图6的左视图；

图9为图6的E-E剖视图；

图10为本发明方法中零件车铣外形面、内腔工序在第二主轴加工方案主视图；

图11为本发明方法中零件磨外圆及内腔工序加工方案主视图；

图12为本发明方法中零件精车外锥及端面工序加工方案主视图；

图13为本发明方法零件车安装边外锥面工序加工方案主视图。

其中，1为喷口中心孔，2为内孔，3为内锥面，4为第一外圆，5为第一内端面，6为外端面，7为第二外圆，8为外槽，9为第三外圆，10为外锥面，11为小外圆，12为第一小端面，13为第二小端面，14为第二内端面，15为安装边外锥面，16为旋流槽，17为安装边孔，18为倒角。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。

本发明一种喷口类零件精密加工的方法包括以下步骤：

1)采用具有双主轴车铣复合加工中心和精密数控万能内圆磨床，将零件分别在一次装夹状态下车铣零件内外型面和磨加工零件内外型面；

2)在车铣复合加工中心上采用UGCAM编程，应用虚拟仿真技术验证加工程序的正确性；

3)设计喷口零件的加工工艺路线、工艺方法以及定位基准和工艺参数。

喷口零件的加工工艺路线为：

棒料；车铣外形面及内腔(如图6所示，包括第一外圆4、第一内端面5、外端面6、第二外圆7、外槽8、第三外圆9、第一小端面12、第二小端面13、第二内端面14、旋流槽16、安装边孔17、喷口中心孔1、内孔2、内锥面3以及倒角18)；中间检验；真空热处理；喷口磨外圆及内腔(如图11所示，包括喷口中心孔1、内孔2、内锥面3、第一外圆4、第一内端面5、外端面6、第二内端面14以及外槽8)；喷口精车外锥及端面(如图12所示，包括小外圆11、外锥面10以及第一小端面12)；车安装边外锥面(如图13所示，包括安装边外锥面15)；最终检验；油封。

如图1、2所示，喷口中心孔1相对于内孔2的同轴度不大于内锥面3相对于内孔2的圆跳动不大于外圆4相对于内孔2的同轴度不大于喷口中心孔1、内锥面3和第一内端面5的表面粗糙度皆为Ra0.2，第一内端面5和外端面6相对于内孔2的垂直度不大于0.01mm，这就要求喷口中心孔1、内锥面3、内孔2和第一、二外圆4、7、外槽8以及外端面6、第一、二内端面5、14一次装夹加工而成。

为保证外圆4上的旋流槽16(如图3、图5)和安装边孔17(如图4)的角向位置关系，将旋流槽16和安装边孔17在车铣复合加工中心上与上述内外型面一次装夹加工。由于喷口中心孔1、内锥面3和第一内端面5的表面粗糙度皆为Ra0.2，通常方法采用研磨加工，但由于喷口中心孔1、内锥面3和第一内端面5的形位公差要求较高，研磨容易破坏形位公差，内孔2的表面粗糙度为Ra0.8，也需要磨削加工，故采用精密数控万能内圆磨床将喷口中心孔1、内锥面3、内孔2和外圆4、外槽8、第一、二内端面5、14和外端面6一次装夹磨削加工，再以磨削好的外槽8和第一内端面5为基准精车第一小端面12、小外圆11和外锥面10，安装边外锥面15最后加工。为给精密磨削留有较少的加工余量，粗加工采用车铣复合加工中心进行加工喷口内外型面，使其形位公差尽量接近磨削的形位公差。又由于喷口材料为4Cr13，要求热处理硬度为HRC≥50，故将热处理工序安排在车加工之后、磨加工之前进行，又喷口为精密零件，磨加工余量较小，最好采用真空热处理，以减少零件的变形和氧化，热处理前需安排中间检验工序，以防止超差品流到下工序，无法分清超差原因。

如图6～10所示，车铣外形面及内腔过程如下：

采用车铣复合加工中心，分别在两个主轴上进行车铣加工，其加工的工艺路线为：

由外端面6开始粗车外形，包括第二外圆7和第一外圆4；

半精车外形，包括第二外圆7和第一外圆4；

粗切外形，包括第一内端面5、外槽8、第二内端面14、第三外圆9以及第二小端面13；

定中心，钻内孔2，钻安装边孔17；

铰安装边孔17，倒角18、钻内锥面3底孔；

粗锪内孔2和内锥面3；

精锪内孔2和内锥面3；

钻中心孔1、精车外形，包括第二外圆7和第一外圆4；

精切外形，包括第一内端面5、外槽8、第二内端面14、第三外圆9以及第二小端面13；

铣旋流槽16、对接切断第一小端面12；

精车第一小端面12、镗中心孔1。

在第一主轴上(如图6～9所示)，用弹簧夹头夹紧棒料外圆，在第二主轴上(如图10所示)，以第二外圆7外端面6定位，夹紧第二外圆7用软三爪卡盘装夹。通过反复进行工艺试验，最终确定的工艺参数见表1所示。

表1车铣外形面、内腔的程序刀具及切削参数

如图11所示，喷口磨外圆及内腔工序为：

采用精密数控万能内圆磨床，用卡簧装夹，以第三外圆9和第一小端面12定位，夹紧第三外圆9其加工路线为：

磨外端面6；磨第一外圆4、外槽8及第一内端面5、第二内端面14；磨内孔2、内锥面3以及喷口中心孔1。

磨内孔2和内锥面3采用CBN成型砂轮，磨喷口中心孔1采用CBN砂轮，磨第一外圆4、外槽8及第一内端面5、第二内端面14采用碳化硅砂轮，通过修磨砂轮的型面保证喷口的内外型面，通过反复进行工艺试验，最终确定的工艺参数见表2所示。

表2磨外圆及内腔工序加工参数

加工前找正零件跳动不大于0.003mm，找正砂轮跳动不大于0.002mm，通过一次装夹加工来保证内外端面5、6、内锥面3、喷口中心孔1相对于内孔2的形位公差，外圆4对内孔2的同轴度不大于Φ0.025mm通过同轴度测具来测量。

如图12所示，喷口精车外锥及端面工序为：

在超精密数控车床上，用卡簧和卡瓣装夹，以外槽8和第一内端面5定位，夹紧外槽8加工前找正零件第三外圆9跳动不大于0.002mm，采用35℃BN刀片精车，通过反复进行工艺试验，最终确定的加工参数见表3所示。

表3精车外锥及端面工序加工参数

如图13所示，喷口车安装边外锥面工序为：

采用数控车床，以外槽8和第一内端面5为基准，夹紧外槽8用软三爪卡盘装夹，车安装边外锥面15。

本发明方法采用上述加工工艺和表1、表2和表3的加工参数，通过小批量零件的加工验证，内孔、内锥面加工的表面粗糙度达到Ra0.18，外圆和端面加工的表面粗糙度达到Ra0.20，尺寸精度达到了工艺要求，加工过程稳定，质量与同类喷口零件相比明显提高，零件一次提交合格率达到95％以上，实际提高生产效率25％以上，表面质量明显提高，达到了以精磨代替研磨的目标。

Claims (8)

1.一种喷口类零件精密加工的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)采用具有双主轴车铣复合加工中心和精密数控万能内圆磨床，将零件分别在一次装夹状态下车铣零件内外型面和磨加工零件内外型面；

2)在车铣复合加工中心上采用UGCAM编程，应用虚拟仿真技术验证加工程序的正确性；

3)设计喷口零件的加工工艺路线、工艺方法以及定位基准和工艺参数。

2.按权利要求1所述的喷口类零件精密加工的方法，其特征在于：喷口零件的加工工艺路线为：

棒料；车铣外形面及内腔；中间检验；真空热处理；喷口磨外圆及内腔；喷口精车外锥及端面；车安装边外锥面；最终检验；油封。

3.按权利要求2所述的喷口类零件精密加工的方法，其特征在于：所述车铣外形面及内腔过程如下：

采用车铣复合加工中心，分别在两个主轴上进行车铣加工，其加工的工艺路线为：

由外端面开始粗车外形，包括第二外圆和第一外圆；

半精车外形，包括第二外圆和第一外圆；

粗切外形，包括第一内端面、外槽、第二内端面、第三外圆以及第二小端面；

定中心，钻内孔，钻安装边孔；

铰安装边孔，倒角、钻内锥面底孔；

粗锪内孔和内锥面；

精锪内孔和内锥面；

钻中心孔、精车外形，包括第二外圆和第一外圆；

精切外形，包括第一内端面、外槽、第二内端面、第三外圆以及第二小端面；

铣旋流槽、对接切断第一小端面；

精车第一小端面、镗中心孔。

4.按权利要求3所述的喷口类零件精密加工的方法，其特征在于：在由外端面开始粗车外形前进行夹紧，过程为：

在车铣复合加工中心的第一主轴上，用弹簧夹头夹紧棒料外圆，在车铣复合加工中心的第二主轴上，以第二外圆、外端面定位，夹紧第二外圆，用软三爪卡盘装夹。

5.按权利要求2所述的喷口类零件精密加工的方法，其特征在于：喷口磨外圆及内腔工序为：

采用精密数控万能内圆磨床，用卡簧装夹，以第三外圆和第一小端面定位，夹紧第三外圆，其加工路线为：磨外端面；磨第一外圆、外槽及第一内端面、第二内端面；磨内孔、内锥面以及喷口中心孔。

6.按权利要求5所述的喷口类零件精密加工的方法，其特征在于：磨内孔和内锥面采用CBN成型砂轮，磨喷口中心孔采用CBN砂轮，磨第一外圆、外槽及第一内端面、第二内端面采用碳化硅砂轮，通过修磨砂轮的型面保证喷口的内外型面。

7.按权利要求2所述的喷口类零件精密加工的方法，其特征在于喷口精车外锥及端面工序为：在超精密数控车床上，用卡簧和卡瓣装夹，以外槽和第一内端面定位，夹紧外槽；加工前找正零件第三外圆跳动不大于0.002mm，采用35℃BN刀片精车。

8.按权利要求2所述的喷口类零件精密加工的方法，其特征在于车安装边外锥面工序为：

采用数控车床，以外槽和第一内端面为基准，夹紧外槽，用软三爪卡盘装夹，车安装边外锥面。