CN105312649A - 一种推力室外壁深槽专用组合刀具 - Google Patents

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周琴
许桐晔
艾昌辉
李红丽
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Abstract

本发明提供了一种推力室外壁深槽专用组合刀具，包括两个片铣刀及一个调整垫片，两个片铣刀的外形完全相同，切削方向一致，且两个片铣刀安装时沿周向相错半个切削齿，所述的调整垫片安装于两个片铣刀之间。本发明克服了单个片铣刀加工推力室深槽时筋板因受单向切削力易产生变形，且加工效率低等问题，具有结构简单、制造使用方便、加工成本低、生产效率高等优点。

Description

一种推力室外壁深槽专用组合刀具
技术领域
本发明涉及一种组合刀具，具体是用于加工推力室外壁深槽的组合刀具。
背景技术
液体火箭发动机工作时，推进剂在喷注器中通过化学反应产生高温高压燃气通过推力室排出，从而产生推力。而推力室深槽的加工质量直接决定推力室的结构、强度及冷却可靠性，因此为提高推力室冷却的均匀性，要求深槽数量多、精度高。传统的推力室深槽加工采用单个片铣刀加工，加工时深槽间筋板会从单侧施加切削力，容易引起筋板变形，且加工效率低，难以满足我国蓬勃发展的航天事业，因此怎样提高推力室深槽加工效率与精度成为亟待解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术单个片铣刀加工推力室深槽时筋板因受单向切削力易产生变形的不足，本发明提供一种推力室深槽加工专用组合刀具，保证了加工精度，提高了加工效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括两个片铣刀及一个调整垫片，两个片铣刀的外形完全相同，切削方向一致，且两个片铣刀安装时沿周向相错半个切削齿，所述的调整垫片安装于两个片铣刀之间。
所述片铣刀的切削刃宽度取被加工深槽宽度的3/4。
所述片铣刀的厚度随片铣刀的外圆直径变化，外圆直径为50～75mm时厚度为3mm，外圆直径为75～120mm时厚度为4mm，外圆直径为120～200mm时厚度为5mm，外圆直径为200～250mm时厚度为6mm，外圆直径为250～350mm时厚度为7mm。
所述片铣刀的前角开为10°～20°，后角开为15°～20°；切削部分两侧开1°～1°30＇侧后角，深度为推力室深槽的深度增加5mm。
所述片铣刀的外圆直径与推力室深槽退刀圆弧直径相同，公差取退刀槽直径公差的1/3。
所述调整垫片的厚度与被加工筋板厚度相同，公差取筋板厚度公差的1/3。
所述调整垫片外圆直径R＝R′-2×H-10，单位为mm，其中，R′为片铣刀外圆直径，H为推力室外壁槽深。
所述片铣刀的中心通孔上沿径向开有键槽，两个片铣刀的键槽中心线错开半个切削齿，从而确保安装时两个片铣刀沿周向相错半个切削齿。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的切削部分由两个片铣刀组成，加工产品时，两个片铣刀连续切削，提高了加工效率，同时保证了推力室深槽间筋板的精度要求；
(2)本发明采用相错半个齿的两个片铣刀加工，切削均匀、稳定，避免振动、啃刀等现象的发生，保证深槽加工的尺寸精度和位置精度。
(3)本发明的调整垫片的厚度由被加工产品的筋板厚度决定，适于加工多种规格，适用范围广。
附图说明
图1为推力室深槽组合刀具结构示意图；
图2为片铣刀Ⅰ的结构示意图；
图3为沿图2中剖面看到的片铣刀Ⅰ的剖视图；
图4为片铣刀Ⅱ的结构示意图；
图5为沿图4中剖面看到的片铣刀Ⅱ的剖视图；
图6为调整垫片的结构示意图；
图7为沿图6中剖面看到的调整垫片的剖视图；
图8为推力室截面剖视示意图；
图9为沿图8中剖面看到的推力室深槽的局部剖视放大图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供一种组合刀具，实现推力室深槽的加工。组合刀具自最前端开始，依次由片铣刀Ⅰ1、调整垫片2和片铣刀Ⅱ3三部分组成，切削方向一致，通过压紧螺母与机床连接，可实现仅通过一次加工既可完成推力室深槽间筋板加工，又可保证被加工工件表面质量，加工效率高，且结构简单、使用方便。
本发明的技术解决方案包括以下几点：
(1)切削方案
用于推力室深槽的加工，切削部分由两个片铣刀组成，加工产品时，两个片铣刀连续切削，加工效率高。两个片铣刀主体结构沿其中任意一个片铣刀端面镜像对称，除键槽中心线错开半个切削齿外，其余各项切削参数完全相同。
(2)片铣刀切削刃宽度
切削刃宽度取被加工深槽宽度的3/4，以确保推力室深槽可两次完成加工。
(3)片铣刀厚度
片铣刀厚度过小，强度低，加工时容易产生振动；过大，刀具太重，操作者劳动强度大。片铣刀厚度见表1所示。
表1(mm)
(4)刀具几何角度选择
根据被加工工件材料、刀具材料以及加工条件等，前角开10°～20°，后角开为15°～20°，以利于排屑。切削部分两侧开1°～1°30＇侧后角，深度为槽深深度增加5mm。
(5)片铣刀外圆直径确定
片铣刀的外圆直径与深槽退刀圆弧直径相同，以提高切削效率，公差取退刀槽直径公差的1/3。
(6)调整垫片厚度
调整垫片厚度与被加工筋板厚度相同，公差取筋板厚度公差的1/3。
(7)调整垫片外圆直径
调整垫片外圆直径过小，导致片铣刀强度低，加工时容易产生振动；调整垫片外圆直径过大，影响片铣刀的切削深度，导致槽深不够甚至无法加工。调整垫片外圆直径通常按下式进行计算：
调整垫片外圆直径＝片铣刀外圆直径-2x推力室外壁槽深-2x5圆整后，作为成形刀具总长尺寸。
(8)键槽内孔直径、宽度及极限偏差见表2
表2(mm)
加工推力室外壁深槽时，利用机床刀具装夹装置分别依次装夹片铣刀Ⅱ3、调整垫片2和片铣刀Ⅰ1(或分别依次装夹片铣刀Ⅰ1、调整垫片2和片铣刀Ⅱ3，此时机床主轴反转)，使用对刀仪对刀并找正，使推力室中心线在调整垫片2的中心法向平面上，不重合度不大于0.01mm；进刀，使片铣刀Ⅰ1和片铣刀Ⅱ3切削至深槽指定深度，深度公差取推力室外壁深槽深度公差的1/3；沿推力室外壁母线轨迹持续走刀，完成一条外壁深槽间的筋板加工；推力室沿中心轴线旋转360/N°，其中N为推力室深槽数，沿推力室外壁母线轨迹持续走刀，完成下一条外壁深槽间的筋板加工；如此反复，最后完成推力室外壁深槽加工。
实施例1
如图1所示，组合刀具由片铣刀Ⅰ1、调整垫片2和片铣刀Ⅱ3三部分组成。片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ用于切削产品实体，其几何特征在于两者齿槽方向一致，且键槽中心线相错半个切削齿，键槽中心孔直径、键槽宽度及高度由机床决定，如图3和图4所示；调整垫片用于控制片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ之间的间距，如图6所示。
工件材料为不锈钢0Cr18Ni9，刀具材质为W2Mo9Cr4VCo8(M42)。推力室深槽宽1.52mm，筋板宽1.2±0.1mm，深槽深度3mm，深槽数量1000个，退刀圆弧半径R80。
(1)片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ采用前角20°，后角20°，齿数20，切削刃宽度1.4±0.02mm，外圆直径160mm，厚度5mm，键槽中心线相错9°。
(2)调整垫片厚度采用1.2±0.03mm，外圆直径144mm。
(3)采用立式数控铣床加工推力室深槽，采用压紧螺母依次分别将片铣刀Ⅰ、调整垫片和片铣刀Ⅱ装入机床刀具系统，保证片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ背对背使用，且齿槽方向一致。
(4)经对刀、调试后进行切削，同时打开机床冷却液系统，控制以下切削参数：将机床主轴转速限制在300转/分钟以下、吃刀深度＜0.05mm、走刀量S＜0.04mm/转，沿推力室外壁母线轨迹持续走刀，完成一条筋板加工。推力室旋转0.36°，完成下一条筋板加工，如此反复，完成推力室深槽加工。经计量，具有较高的尺寸精度及形状与位置公差，其表面粗糙度Ra可达1.6，完全满足图纸要求。
实施例2
如图1所示，组合刀具由片铣刀Ⅰ1、调整垫片2和片铣刀Ⅱ3三部分组成。片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ用于切削产品实体，其几何特征在于两者齿槽方向一致，且键槽中心线相错半个切削齿，键槽中心孔直径、键槽宽度及高度由机床决定，如图3和图4所示；调整垫片用于控制片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ之间的间距，如图8所示。
工件材料为不锈钢1Cr21Ni5Ti，刀具材质为W2Mo9Cr4VCo8(M42)。推力室深槽宽1.75mm，筋板宽1.6±0.1mm，深槽深度3.5mm，深槽数量900个，退刀圆弧半径R75。
(1)片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ采用前角20°，后角20°，齿数18，切削刃宽度1.6±0.02mm，外圆直径150mm，厚度5mm，键槽中心线相错10°。
(2)调整垫片厚度采用1.6±0.03mm，外圆直径133mm。
(3)采用立式数控铣床加工推力室深槽，采用压紧螺母依次分别将片铣刀Ⅰ、调整垫片和片铣刀Ⅱ装入机床刀具系统，保证片铣刀Ⅰ和片铣刀Ⅱ背对背使用，且齿槽方向一致。
(4)经对刀、调试后进行切削，同时打开机床冷却液系统，控制以下切削参数：将机床主轴转速限制在300转/分钟以下、吃刀深度＜0.05mm、走刀量S＜0.04mm/转，沿推力室外壁母线轨迹持续走刀，完成一条筋板加工。推力室旋转0.4°，完成下一条筋板加工，如此反复，完成推力室深槽加工。经计量，具有较高的尺寸精度及形状与位置公差，其表面粗糙度Ra可达1.6，完全满足图纸要求。

Claims (8)

1.一种推力室外壁深槽专用组合刀具，包括两个片铣刀及一个调整垫片，其特征在于：两个片铣刀的外形完全相同，切削方向一致，且两个片铣刀安装时沿周向相错半个切削齿，所述的调整垫片安装于两个片铣刀之间。
2.根据权利要求1所述的推力室外壁深槽专用组合刀具，其特征在于：所述片铣刀的切削刃宽度取被加工深槽宽度的3/4。
3.根据权利要求1所述的推力室外壁深槽专用组合刀具，其特征在于：所述片铣刀的厚度随片铣刀的外圆直径变化，外圆直径为50～75mm时厚度为3mm，外圆直径为75～120mm时厚度为4mm，外圆直径为120～200mm时厚度为5mm，外圆直径为200～250mm时厚度为6mm，外圆直径为250～350mm时厚度为7mm。
4.根据权利要求1所述的推力室外壁深槽专用组合刀具，其特征在于：所述片铣刀的前角开为10°～20°，后角开为15°～20°；切削部分两侧开1°～1°30＇侧后角，深度为推力室深槽的深度增加5mm。
5.根据权利要求1所述的推力室外壁深槽专用组合刀具，其特征在于：所述片铣刀的外圆直径与推力室深槽退刀圆弧直径相同，公差取退刀槽直径公差的1/3。
6.根据权利要求1所述的推力室外壁深槽专用组合刀具，其特征在于：所述调整垫片的厚度与被加工筋板厚度相同，公差取筋板厚度公差的1/3。
7.根据权利要求1所述的推力室外壁深槽专用组合刀具，其特征在于：所述调整垫片外圆直径R＝R′-2×H-10，单位为mm，其中，R′为片铣刀外圆直径，H为推力室外壁槽深。
8.根据权利要求1所述的推力室外壁深槽专用组合刀具，其特征在于：所述片铣刀的中心通孔上沿径向开有键槽，两个片铣刀的键槽中心线错开半个切削齿，从而确保安装时两个片铣刀沿周向相错半个切削齿。
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