CN105458626A - 用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，采用车铣复合数控机床对料棒进行一次性的装夹并进行全部工序的加工；夹持料棒，车削棒料的端面及外圆面，在棒料的侧面钻取燃油喷嘴的球面内腔，在球面内腔中心钻取通孔形成喷口；夹持加工后的料棒外圆面，对料棒上多余的物料进行切断，并将料棒进行翻转；夹持翻转后的料棒外圆面，对料棒喷口端的端面进行加工，并对喷口端的外圆进行加工；去除毛刺，获得燃油喷嘴零件。采用刀具的偏心结构增加了刀具的刚性，降低了刀具成本。采用反向镗削加工技术利于排屑，减少喷油孔被铁屑拉伤、划伤，保证喷口的流量试验性能参数合格。适于各种航空发动机和辅助动力装置发动机的喷嘴零件加工控制。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机喷嘴类喷口零件加工技术领域，特别地，涉及一种用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法。
背景技术
现有航空发动机燃油喷嘴零件大多为小型或微型零件。
小尺寸离心喷嘴喷口的结构特点是内腔成球面或锥面，型面为变截面，且变截面与微小尺寸喷油孔或台阶孔相连，尺寸精度高，各型面之间和外圆、端面之间相互有技术要求，常规工艺流程是车、铣、磨、钳、研磨、抛光等多道工序加工而成，因尺寸小，零件的定位面和夹持面尺寸就小，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。
喷口微孔和内腔型面表面质量高，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。
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。
发明内容
本发明提供了一种用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，以解决现有航空发动机燃油喷嘴零件加工需要通过多道工序加工而成，零件装夹难度高，经过多次装夹后难以保证加工后的尺寸精度；通过手工的方式进行粗糙度控制，工作效率低、工作量大，难以保证尺寸精度的技术问题。
本发明提供一种用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，采用车铣复合数控机床对料棒进行一次性的装夹并进行全部工序的加工；采用偏心刀具设置以及反向镗削加工相结合进行加工；夹持料棒，车削棒料的端面及外圆面，在棒料的侧面钻取燃油喷嘴的球面内腔，在球面内腔中心钻取通孔形成喷口；夹持加工后的料棒外圆面，对料棒上多余的物料进行切断，并将料棒进行翻转；夹持翻转后的料棒外圆面，对料棒喷口端的端面进行加工，并对喷口端的外圆进行加工；去除毛刺，获得燃油喷嘴零件。
进一步地，车铣复合数控机床采用七轴Edgecam编程软件进行燃油喷嘴零件的加工工序的控制。
进一步地，车铣复合数控机床设置有三个加工工位；第一工位与第三工位相对布置，第二工位处于第一工位与第三工位之间并与第一工位和第三工位相邻。
进一步地，在第一工位上，通过第一主轴上的软爪夹持料棒，并对物料料棒的端面及外圆面进行车削；用球头埋钻埋取燃油喷嘴的球面内腔并留余量进行镗削；用中心钻给打窝，并用钻头钻取燃油喷嘴的喷口，再用铰刀将喷口加工到位；用专用镗刀加工倒角到位以及球面内腔至合格。
进一步地，车削的外圆直径为3mm-7mm；球头埋钻的球面内腔半径为1mm-2mm；埋钻球面内腔留下0.1mm-0.25mm的余量镗削；中心钻给打窝的孔直径为0.45mm-0.65mm；采用直径为0.45mm-0.65mm的钻头在打窝孔上钻取直径为0.45mm-0.65mm的喷口，再用铰刀将直径为0.45mm-0.65mm的喷口加工到位；用专用镗刀加工倒角0.02mm-0.08mm到位以及球面内腔球面半径1mm-2mm至合格。
进一步地，车削的外圆直径为5.7mm；球头埋钻的球面内腔半径为1.5mm；埋钻球面内腔留下0.2mm的余量镗削；中心钻给打窝的孔直径为0.57mm；采用直径为0.55mm的钻头在打窝孔上钻取0.57mm的喷口，再用铰刀将直径为0.57mm的喷口加工到位；用专用镗刀加工倒角0.05mm到位以及球面内腔球面半径1.5mm至合格。
进一步地，第一主轴与第三主轴对接，第三主轴翻转至第三工位并采用全包软爪夹持已加工好的外圆面；切断刀将料棒上多余的部分切断，保证料棒的尺寸长度为2mm-2.5mm；第三主轴夹持料棒翻转至第二工位，并进行下一步加工。
进一步地，切断刀将料棒上多余的部分切断，保证料棒的尺寸长度为1.4mm±0.01mm。
进一步地，在第二工位上，第二主轴采用专用软爪夹持料棒的外圆面；用铣刀加工径向直径为1mm-2mm的喷口端；铣削外圆直径为3.5mm-5.5mm；将毛刺翻入喷口内，用孔钻下喷口，去除毛刺。
进一步地，用铣刀加工径向直径为1.4mm的喷口端；铣削外圆直径为4mm；将毛刺翻入直径为0.57mm的喷口内，用钻头直径为0.57mm的孔钻下喷口，去除毛刺。
本发明具有以下有益效果：
本发明用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，为小尺寸变截面的喷口制造、编程、刀具设计提供有效的技术规范，该方法同样适用于内腔结构复杂多台阶孔的微小零件加工。采用刀具的偏心结构设计取代同心结构设计大大增加刀具的刚性，偏心刀具性价比远高于同心刀具，偏心刀具的使用大幅度地降低了刀具成本。采用反向镗削加工技术有利于排屑，减少喷油孔被铁屑拉伤、划伤，保证喷口的流量试验性能参数(流量、喷雾锥角、燃油不均匀度)合格。运用小尺寸变截面反勾镗削编程技术，设计反勾防干涉偏心刀具，规范车铣复合加工工艺方案和编程参数，一次装夹就可完成零件的全部加工，以大幅度降低零件的生产成本，提升经济性，高效率短周期高可靠地保证发动机燃油喷嘴喷口、主喷口、副喷口零件的顺利交付。适用于各种航空发动机和辅助动力装置发动机的喷嘴零件的加工控制，不但为离心喷嘴喷口的制造提供了新的技术手段，也为航空、航天、机载系统等领域和其他领域的相关产品如航改型燃气涡轮机喷口、油嘴零件提供技术支持。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法的结构框图；
图2是本发明优选实施例的航空发动机燃油喷嘴零件的结构示意图之一；
图3是本发明优选实施例的航空发动机燃油喷嘴零件的结构示意图之二。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法的结构框图；图2是本发明优选实施例的航空发动机燃油喷嘴零件的结构示意图之一；图3是本发明优选实施例的航空发动机燃油喷嘴零件的结构示意图之二。
如图1所示，本实施例的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，采用车铣复合数控机床对料棒进行一次性的装夹并进行全部工序的加工；采用偏心刀具设置以及反向镗削加工相结合进行加工；夹持料棒，车削棒料的端面及外圆面，在棒料的侧面钻取燃油喷嘴的球面内腔，在球面内腔中心钻取通孔形成喷口；夹持加工后的料棒外圆面，对料棒上多余的物料进行切断，并将料棒进行翻转；夹持翻转后的料棒外圆面，对料棒喷口端的端面进行加工，并对喷口端的外圆进行加工；去除毛刺，获得燃油喷嘴零件。本发明用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，为小尺寸变截面的喷口制造、编程、刀具设计提供有效的技术规范，该方法同样适用于内腔结构复杂多台阶孔的微小零件加工。采用刀具的偏心结构设计取代同心结构设计大大增加刀具的刚性，偏心刀具性价比远高于同心刀具，偏心刀具的使用大幅度地降低了刀具成本。采用反向镗削加工技术有利于排屑，减少喷油孔被铁屑拉伤、划伤，保证喷口的流量试验性能参数(流量、喷雾锥角、燃油不均匀度)合格。运用小尺寸变截面反勾镗削编程技术，设计反勾防干涉偏心刀具，规范车铣复合加工工艺方案和编程参数，一次装夹就可完成零件的全部加工，以大幅度降低零件的生产成本，提升经济性，高效率短周期高可靠地保证发动机燃油喷嘴喷口、主喷口、副喷口零件的顺利交付。适用于各种航空发动机和辅助动力装置发动机的喷嘴零件的加工控制，不但为离心喷嘴喷口的制造提供了新的技术手段，也为航空、航天、机载系统等领域和其他领域的相关产品如航改型燃气涡轮机喷口、油嘴零件提供技术支持。
如图1所示，本实施例中，车铣复合数控机床采用七轴Edgecam编程软件进行燃油喷嘴零件的加工工序的控制。
如图1所示，本实施例中，车铣复合数控机床设置有三个加工工位。第一工位与第三工位相对布置，第二工位处于第一工位与第三工位之间并与第一工位和第三工位相邻。
如图1所示，本实施例中，在第一工位上，通过第一主轴上的软爪夹持料棒，并对物料料棒的端面及外圆面进行车削；用球头埋钻埋取燃油喷嘴的球面内腔并留余量进行镗削。用中心钻给打窝，并用钻头钻取燃油喷嘴的喷口，再用铰刀将喷口加工到位。用专用镗刀加工倒角到位以及球面内腔至合格。
如图1所示，本实施例中，车削的外圆直径为3mm-7mm；球头埋钻的球面内腔半径为1mm-2mm。埋钻球面内腔留下0.1mm-0.25mm的余量镗削。中心钻给打窝的孔直径为0.45mm-0.65mm。采用直径为0.45mm-0.65mm的钻头在打窝孔上钻取直径为0.45mm-0.65mm的喷口，再用铰刀将直径为0.45mm-0.65mm的喷口加工到位；用专用镗刀加工倒角0.02mm-0.08mm到位以及球面内腔球面半径1mm-2mm至合格。
如图1所示，本实施例中，车削的外圆直径为5.7mm；球头埋钻的球面内腔半径为1.5mm。埋钻球面内腔留下0.2mm的余量镗削。中心钻给打窝的孔直径为0.57mm；采用直径为0.55mm的钻头在打窝孔上钻取0.57mm的喷口，再用铰刀将直径为0.57mm的喷口加工到位。用专用镗刀加工倒角0.05mm到位以及球面内腔球面半径1.5mm至合格。
如图1所示，本实施例中，第一主轴与第三主轴对接，第三主轴翻转至第三工位并采用全包软爪夹持已加工好的外圆面。切断刀将料棒上多余的部分切断，保证料棒的尺寸长度为2mm-2.5mm。第三主轴夹持料棒翻转至第二工位，并进行下一步加工。
如图1所示，本实施例中，切断刀将料棒上多余的部分切断，保证料棒的尺寸长度为1.4mm±0.01mm。
如图1所示，本实施例中，在第二工位上，第二主轴采用专用软爪夹持料棒的外圆面。用铣刀加工径向直径为1mm-2mm的喷口端。铣削外圆直径为3.5mm-5.5mm；将毛刺翻入喷口内，用孔钻下喷口，去除毛刺。
如图1所示，本实施例中，用铣刀加工径向直径为1.4mm的喷口端。铣削外圆直径为4mm。将毛刺翻入直径为0.57mm的喷口内，用钻头直径为0.57mm的孔钻下喷口，去除毛刺。
实施时，运用小尺寸变截面反勾镗削编程控制，设计反勾防干涉偏心刀具，规范车铣复合加工工艺方案和编程参数，一次装夹就可完成零件的全部加工，以大幅度降低零件的生产成本，提升经济性，高效率短周期高可靠地保证发动机燃油喷嘴喷口、主喷口、副喷口零件的顺利交付。
小尺寸变截面反勾镗削编程技术进行喷口类零件的编程控制。
变截面喷口内腔型面为球面，采用用镗刀反钩加工技术。镗刀反钩加工从φ0.53孔向SR1.5方向走刀。变截面喷口内腔型面为锥面，使用镗刀反钩加工技术，从φ1孔向φ3.53方向走刀。反钩镗削的其优势在于：铁屑利于排出，排屑的空间变大，不会划伤喷口Φ0.53和Φ1精密孔；避免微小刀具被铁屑挤断；切削液易进入，防止温度过高引起尺寸变化。
可以同时进行两种不同角度锥面的走刀路径。例如，第一主轴加工90°锥面走刀路径；第二主轴加工30°锥面走刀路径。
运用七轴Edgecam编程软件，不断地进行现场试验验证，设计微小尺寸喷口油孔加工工艺方案。微小精密结构件喷口类零件结构更为复杂，加工难度大，内孔型面有多种台阶，因此工艺方案的决策直接影响零件的加工质量和加工效率。
例如：某机型副喷口内孔型面的加工工艺方案：第一主轴：镗斜面---粗埋孔---精埋孔---反钩镗微孔及锥面；第二主轴：镗斜面---粗埋孔---精埋孔---反钩镗微孔及锥面。
为小尺寸变截面的喷口制造、编程、刀具设计提供有效的技术规范，该方法同样适用于内腔结构复杂多台阶孔的微小零件加工。刀具的偏心结构设计取代同心结构设计大大增加刀具的刚性，偏心刀具性价比远高于同心刀具，偏心刀具的使用大幅度地降低了刀具成本。反向镗削技术有利于排屑，减少喷油孔被铁屑拉伤、划伤，保证喷口的流量试验性能参数(流量、喷雾锥角、燃油不均匀度)合格。该发明利用全新的自主创新技术，成功地进行了离心喷嘴喷口的加工及编程。目前运用该技术已成功应用于辅助动力装置发动机批量生产，并推广运用到先进航空发动机和辅助动力装置发动机，不但为离心喷嘴喷口的制造提供了新的技术手段，也为航空、航天、机载系统等领域和其他领域的相关产品如航改型燃气涡轮机喷口、油嘴零件提供技术支持。对我国国家科技技术能力、国防军事竞争力的提升、加速航机自主创新制造有重要意义。
如图2所示的零件的加工流程：
在第一工位用软爪夹持整个棒料，车削端面及外圆φ5.7mm，用球头埋钻埋SR1.5mm球面，留0.2mm余量镗削，用中心钻给φ0.57mm孔打窝，用φ0.55mm钻头钻φ0.57mm孔，再用铰刀将φ0.57mm孔加工到位。用定制的镗刀加工倒角0.05mm和球面SR1.5mm至合格。第一主轴和第三主轴主对接，第三主轴翻转到第三工位，第三工位主轴上的全包软爪夹持已加工好的外圆φ5.7mm，切断刀将零件切断保证尺寸1.4mm±0.01mm。第二主轴夹着零件翻转到第二主轴，进行下一步加工。在第二工位上，专用软爪夹持φ5.7mm外圆，用铣刀加工尺寸1.4mm左端面，铣削外圆φ4mm，毛刺翻入φ0.57mm孔内，用钻头φ0.57mm孔钻下φ0.57mm孔，去除毛刺。
如图3所示的零件的加工流程：
在第一工位用软爪夹持整个棒料，车削端面及外圆φ7.3mm。用φ0.6mm铣喷嘴内腔φ0.3mm处，打窝子。用φ0.3mm钻头加工喷嘴内腔φ0.3mm处到尺寸。用宽R0.2mm的槽刀将喷嘴内腔端的接头处φ3.4mm去余量，用宽R0.2mm的槽刀将喷嘴内腔端的接头处φ3.4mm加工到位。用中心钻对喷嘴内腔处φ2.4打窝子，用钻头φ2.3mm对喷嘴内腔处φ2.4mm粗加工，留少许余量。用钻头φ0.25mm对喷口输出端处φ0.3mm粗钻。用钻头φ0.3mm对喷口输出端处φ0.3mm加工到位。用埋钻36°对喷口输入端处36°锥面粗埋。用铰刀φ2.4mm对喷口输入端处φ2.4mm加工到位。用内孔镗刀车倒角喷嘴内腔处0.2mm±0.1mm和外圆面处左端面，加工到位。用埋钻36°对喷口输入端处36°锥面精埋到位。用φ6mm铣刀铣大端面。用R0.2mm车刀车外圆周处，保证φ7.3mm。用φ0.35mm的钻头将铣大端面时翻入φ0.3mm的毛刺去除，即起去毛刺作用。
第一主轴和第三主轴对接，主轴对接，第三主轴翻转到第三工位，第三工位主轴上的软全包爪夹持已加工好的外圆φ5.7mm，切断刀将零件切断保证尺寸1.4mm±0.01mm。第二主轴夹着零件翻转到第二工位，进行下一步加工。
用外圆车刀加工小端面和大圆周，给外圆φ0.73mm和φ3.9mm留余量0.2mm。用埋钻90°对喷口输出端处90°锥面粗埋。用钻头φ0.3mm对喷口内壁处φ0.3mm加工到位。用埋钻90°对喷口输出端处90°锥面精埋。用外圆车刀加工小圆周和大圆周处，将外圆φ0.73mm和φ3.9mm加工到位。用直径φ0.28的铣刀加工喷嘴接头处宽0.22mm，深0.25mm，角度为27°的分流槽。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
采用车铣复合数控机床对料棒进行一次性的装夹并进行全部工序的加工；
采用偏心刀具设置以及反向镗削加工相结合进行加工；
夹持料棒，车削棒料的端面及外圆面，在棒料的侧面钻取燃油喷嘴的球面内腔，在球面内腔中心钻取通孔形成喷口；
夹持加工后的料棒外圆面，对料棒上多余的物料进行切断，并将料棒进行翻转；
夹持翻转后的料棒外圆面，对料棒喷口端的端面进行加工，并对喷口端的外圆进行加工；
去除毛刺，获得燃油喷嘴零件。
2.根据权利要求1所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
车铣复合数控机床采用七轴Edgecam编程软件进行燃油喷嘴零件的加工工序的控制。
3.根据权利要求1或者2所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
车铣复合数控机床设置有三个加工工位；
第一工位与第三工位相对布置，第二工位处于第一工位与第三工位之间并与第一工位和第三工位相邻。
4.根据权利要求3所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
在第一工位上，通过第一主轴上的软爪夹持料棒，并对物料料棒的端面及外圆面进行车削；
用球头埋钻埋取燃油喷嘴的球面内腔并留余量进行镗削；
用中心钻给打窝，并用钻头钻取燃油喷嘴的喷口，再用铰刀将喷口加工到位；
用专用镗刀加工倒角到位以及球面内腔至合格。
5.根据权利要求4所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
车削的外圆直径为3mm-7mm；
球头埋钻的球面内腔半径为1mm-2mm；
埋钻球面内腔留下0.1mm-0.25mm的余量镗削；
中心钻给打窝的孔直径为0.45mm-0.65mm；
采用直径为0.45mm-0.65mm的钻头在打窝孔上钻取直径为0.45mm-0.65mm的喷口，再用铰刀将直径为0.45mm-0.65mm的喷口加工到位；
用专用镗刀加工倒角0.02mm-0.08mm到位以及球面内腔球面半径1mm-2mm至合格。
6.根据权利要求5所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
车削的外圆直径为5.7mm；球头埋钻的球面内腔半径为1.5mm；
埋钻球面内腔留下0.2mm的余量镗削；
中心钻给打窝的孔直径为0.57mm；
采用直径为0.55mm的钻头在打窝孔上钻取0.57mm的喷口，再用铰刀将直径为0.57mm的喷口加工到位；
用专用镗刀加工倒角0.05mm到位以及球面内腔球面半径1.5mm至合格。
7.根据权利要求4所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
第一主轴与第三主轴对接，第三主轴翻转至第三工位并采用全包软爪夹持已加工好的外圆面；
切断刀将料棒上多余的部分切断，保证料棒的尺寸长度为2mm-2.5mm；
第三主轴夹持料棒翻转至第二工位，并进行下一步加工。
8.根据权利要求7所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
切断刀将料棒上多余的部分切断，保证料棒的尺寸长度为1.4mm±0.01mm。
9.根据权利要求7所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
在第二工位上，第二主轴采用专用软爪夹持料棒的外圆面；用铣刀加工径向直径为1mm-2mm的喷口端；
铣削外圆直径为3.5mm-5.5mm；
将毛刺翻入喷口内，用孔钻下喷口，去除毛刺。
10.根据权利要求9所述的用于航空发动机燃油喷嘴零件的加工控制方法，其特征在于，
用铣刀加工径向直径为1.4mm的喷口端；
铣削外圆直径为4mm；
将毛刺翻入直径为0.57mm的喷口内，用钻头直径为0.57mm的孔钻下喷口，去除毛刺。
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