CN105710426A - 一种大型轮槽半精铣刀及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种大型轮槽半精铣刀及其加工方法，它涉及一种铣刀及其加工方法。大型轮槽粗半精铣刀因其结构复杂使其加工过程步骤繁琐，操作复杂且难以保证加工精度。本发明中正棒本体的一端为ISO40锥柄，正棒本体的另一端为型线端，该端沿正棒本体的轴向方向均匀加工有多个齿背台阶，多个齿背台阶的外圆从靠近ISO40锥柄的一端至远离ISO40锥柄的另一端依次递减，每两个相邻齿背台阶之间加工有一个容屑槽，多个齿背台阶通过多个容屑槽均匀分割形成多个沿正棒本体的轴向方向设置的磨铲齿，每个磨铲齿的后刀面的形状为连续的圆弧形，正棒本体的中部加工有多个键槽。本发明中的加工方法包括十四个步骤。本发明用于汽轮机转子的加工过程中。

Description

一种大型轮槽半精铣刀及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种大型轮槽铣刀及其加工方法，属于机械加工技术领域。

背景技术

轮槽铣刀也叫圣诞树铣刀，是专门针对汽轮机转子轮槽加工设计的复杂成型刀具。也是加工汽轮机转子的重要刀具，百万等级超超临界机组及核电机组转子轮槽的加工所用大型轮槽铣刀型线复杂，要求精度高。轮槽铣削一直以来是汽轮机转子加工过程中比较耗时的生产工序，以前所使用的传统轮槽铣刀采用普通高速钢、普通几何结构，生产效率低下，刀具寿命短，加工费用高昂。

现有轮槽铣刀的柄部为布朗夏普刀柄，但由于此次设计的轮槽铣刀外形尺寸大，布朗夏普刀柄已经不能承受如此大的切削力，亟待研制能够满足精度的刀具和加工方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型轮槽半精铣刀及其加工方法，以解决大型轮槽粗铣刀因其结构复杂使其加工过程步骤繁琐，操作复杂且难以保证加工精度的问题。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种大型轮槽半精铣刀，它包括正棒本体，正棒本体的一端为刀柄端，该刀柄端为ISO40锥柄，所述正棒本体的另一端为型线端，该端沿正棒本体的轴向方向均匀加工有多个齿背台阶，所述多个齿背台阶的外圆从靠近ISO40锥柄的一端至远离ISO40锥柄的另一端依次递减，每两个相邻齿背台阶之间加工有一个容屑槽，容屑槽沿正棒本体的轴向方向设置，多个齿背台阶通过多个容屑槽均匀分割形成多个沿正棒本体的轴向方向设置的磨铲齿，每个磨铲齿的后刀面的形状为连续的圆弧形，正棒本体的中部加工有多个键槽。

一种大型轮槽半精铣刀的加工方法，该加工方法包括以下步骤：

步骤一：粗车：

1)选定正棒本体，确定正棒本体的外径变化小于0.05mm，车正棒本体的外圆以准；

2)首先选定正棒本体的一端作为刀柄端，对该端按照外圆Φ48±0.10mm、长度的要求进行车削加工，然后钻攻M16-6H，要求一刀下，孔口钻Φ16.3mm，锪60°，最后使该端形成ISO40锥柄；

3)夹住并固定ISO40锥柄，正棒本体的另一端为型线端，该端按台阶依次车准多个初形台阶和辅助头，首先找正并确保正棒本体的外径变化小于0.05mm，车每个初形台阶放量1-1.2mm，辅助头按的要求进行加工，同时在辅助头上加工中心孔；

4)顶中心孔，车ISO40锥柄的大头部按Φ44.45mm放量0.6-0.7mm，车ISO40锥柄12的中部按Φ31.75mm放量0.6-0.7mm；

步骤二：外磨：将步骤一加工后的料体进行粗磨，确保最大外圆Ф70mm见光，ISO40锥柄和型线端之间的竖直端面为B端面，确保B端面的粗糙度达到Ra0.8，磨布ISO40锥柄及ISO40锥柄的中部的槽，使二者同放量0.4-0.45mm；

步骤三：数控车：将步骤二加工后的料体进行找正，确保各部分的外径变化小于0.01mm，车型线端中车刃型线单面放量0.4mm，型线端中B端面留量按20倍型线放大图进行检测；

步骤四：数控铣：在型线端的多个初形台阶中均匀铣削4个70°容屑槽，每两个相邻容屑槽之间形成有一个切削刃，切削刃的前刀面0°角，等分、前刀面及圆周跳动小于0.10mm；

步骤五：数控铣：每个切削刃的外端面为铣齿背台阶，留直线段4-6mm；

步骤六：铣键槽：在ISO40锥柄和型线端之间铣两个键槽，每个键槽的尺寸以16.13mm×16为准，两个键槽对称小于0.10mm；

步骤七：热处理：HRC66-68，三次回火，清理喷砂；

步骤八：复M16-6H螺纹孔，清理螺纹及端面氧化皮；

步骤九：研中心孔；

步骤十：光学磨：靠磨端面B，去量0.2mm，保证端面B垂直度小于0.01mm；

步骤十一：外磨：磨Φ70外圆见光即可；磨ISO40锥柄的尺寸，清理，并用专门设计制作的检测套筒检测ISO40锥柄，确保ISO40锥柄的外径端面到端面B的直线距离在1.524±0.05mm范围内；

步骤十二：线切割：割辅助头，确保刀体的长度按80.269放量0.6-0.7mm；

步骤十三：数控磨：磨型线端各几何角度，0°前刀面，等分小于0.01mm，粗糙度小于Ra0.8，开端面齿确保磨铲齿后刀面的形状为连续圆弧形，经20倍型线放大图进行质量检测；

步骤十四：切削刃钝化，打字，包装。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明的大型轮槽半精铣刀的结构设计科学合理，通过ISO40锥柄的设计，有效提升大型轮槽半精铣刀切削力。

2、本发明的加工方法操作过程科学合理，通过本发明中的加工方法使大型轮槽半精铣刀的型线精度高，尺寸精度达到0.0127mm，型线轮廓度达到0.005mm。

3、本发明的加工方法，不但能够解决大型轮槽半精铣刀难以加工的难题，通过该加工方法形成的大型轮槽半精铣刀还能够满足精度要求。

附图说明

图1是本发明的大型轮槽半精铣刀的主视结构剖面图；

图2是本发明的大型轮槽半精铣刀的右视结构示意图；

图3是本发明的加工方法中步骤一的操作示意图；

图4是本发明的加工方法中步骤五的操作示意图；

图5是专用于检测ISO40锥柄12的检测套筒11的主视结构剖面图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式包括正棒本体，正棒本体的一端为刀柄端，该刀柄端为ISO40锥柄12，所述正棒本体的另一端为型线端，该端沿正棒本体的轴向方向均匀加工有多个齿背台阶3，所述多个齿背台阶3的外圆从靠近ISO40锥柄12的一端至远离ISO40锥柄12的另一端依次递减，每两个相邻齿背台阶3之间加工有一个容屑槽2，容屑槽2沿正棒本体的轴向方向设置，多个齿背台阶3通过多个容屑槽2均匀分割形成多个沿正棒本体的轴向方向设置的磨铲齿1，每个磨铲齿1的后刀面的形状为连续的圆弧形，正棒本体的中部加工有多个键槽8。

本实施方式中每个磨铲齿1的前刀面和后刀面之间的交线为该磨铲齿1的切削刃5。

本实施方式中正棒本体的中部加工有多个键槽8，用于定位，根据样品试验得出，键槽8的个数设置为两个即可。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式中ISO40锥柄12上加工有M16螺纹孔7。本实施方式中M16螺纹孔7为连接孔，用于固定本发明中的大型轮槽半精铣刀而设置。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式中容屑槽2的个数为四个，每两个相邻容屑槽2之间的夹角的取值范围为68°至72°。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式中键槽8的个数为两个，每个键槽8的宽度为16.13mm。其他未提及的结构及连接关系与具体实施方式一或三相同。

具体实施方式五：结合图1、图2、图3、图4和图5说明本实施方式，本实施方式中的加工方法包括以下步骤：

步骤一：粗车：

5)选定正棒本体，确定正棒本体的外径变化小于0.05mm，车正棒本体的外圆以准；

6)首先选定正棒本体的一端作为刀柄端，对该端按照外圆Φ48±0.10mm、长度的要求进行车削加工，然后钻攻M16-6H，要求一刀下，孔口钻Φ16.3mm，锪60°，最后使该端形成ISO40锥柄12；

7)夹住并固定ISO40锥柄12，正棒本体的另一端为型线端，该端按台阶依次车准多个初形台阶4和辅助头10，首先找正并确保正棒本体的外径变化小于0.05mm，车每个初形台阶4放量1-1.2mm，辅助头10按的要求进行加工，同时在辅助头10上加工中心孔；

8)顶中心孔，车ISO40锥柄12的大头部按Φ44.45mm放量0.6-0.7mm，车ISO40锥柄12的中部按Φ31.75mm放量0.6-0.7mm；

本步骤的发明效果：由于本刀具切削刃5为复杂型线结构，铣刀的型线部分最终形状由数控车床车削完成，但数控车床加工费用高，切削效率低，所以由普通车床进行粗加工。对小型铣刀粗车时，粗车成锥面是正好把型线部分包括在其中，而粗车大型半精铣刀时，粗车为台阶面，更多的为数控车床去除余量。由此缩短刀具加工时间，节约刀具制造成本，通过本发明样品试验得出，加工100个刀具所用时间比现有技术缩短3至5小时，每个刀具的制造成本与通过现有技术加工的刀具相比，至少节省30％；

步骤二：外磨：将步骤一加工后的料体进行粗磨，确保最大外圆Ф70mm见光，ISO40锥柄12和型线端之间的竖直端面为B端面，确保B端面的粗糙度达到Ra0.8，磨布ISO40锥柄12及ISO40锥柄12的中部的槽，使二者同放量0.4-0.45mm；

本步骤中粗磨的作用表现为两方面，一方面是将ISO40锥柄12中所有锥柄尺寸磨削一致、端面B磨削与ISO40锥柄12垂直，并有较好的粗糙度，这样操作使得在步骤三数控车装夹时，保证所有刀具定位一致，车削时端面B与数控车夹套配合无间隙，保证车削型线时，型线与柄部的跳动＜0.10；另一方面放量的目的是刀具热处理之后可能会变形，会有氧化皮，剩余的0.4-0.45mm在步骤十一磨削即可；

步骤三：数控车：将步骤二加工后的料体进行找正，确保各部分的外径变化小于0.01mm，车型线端中车刃型线单面放量0.4mm，型线端中B端面留量按20倍型线放大图进行检测；

步骤四：数控铣：在型线端的多个初形台阶4中均匀铣削4个70°容屑槽2，每两个相邻容屑槽2之间形成有一个切削刃5，切削刃5的前刀面0°角，等分、前刀面及圆周跳动小于0.10mm；

步骤五：数控铣：每个切削刃5的外端面为铣齿背台阶3，留直线段4-6mm；

本步骤的发明效果：现有技术加工的大型轮槽半精铣刀为无台阶结构，这种刀具在实际使用过程中，切削刃5修理磨削掉1mm刀具就应该报废处理，使用时间和使用寿命极低。本发明中每个磨铲齿1的后刀面铣成高度递减多个台阶，多个台阶的个数为三至五个，这样加工既保证了每个磨铲齿1中切削刃5的强度，还能减少后序工具磨床的工作量，从而使加工效率与现有技术相比至少提高1.5倍，同时还能保证切削刃5有足够的有效宽度；

本步骤中当每个磨铲齿1的后刀面铣成高度递减的三个台阶时，刀具中与ISO40锥柄最靠近的台阶为基台6，该基台6的外圆为Φ70mm，三个台阶的外圆从靠近基台6的一端至远离基台6的另一端依次为Φ60mm、Φ50mm和Φ36mm；

步骤六：铣键槽8：在ISO40锥柄和型线端之间铣两个键槽8，每个键槽8的尺寸以16.13mm×16为准，两个键槽8对称小于0.10mm；

步骤七：热处理：HRC66-68，三次回火，清理喷砂；

步骤八：复M16-6H螺纹孔，清理螺纹及端面氧化皮；

步骤九：研中心孔；

步骤十：光学磨：靠磨端面B，去量0.2mm，保证端面B垂直度小于0.01mm；

步骤十一：外磨：磨Φ70外圆见光即可；磨ISO40锥柄12的尺寸，清理，并用专门设计制作的检测套筒检测ISO40锥柄12，确保ISO40锥柄12的外径端面到端面B的直线距离在1.524±0.05mm范围内；

本步骤中检测套筒11是专用于检测ISO40锥柄的而设置的，其内孔的尺寸与标准ISO40锥柄的尺寸相配合设置，用于检测ISO40锥柄的特殊锥度，通过将本发明加工完毕的ISO40锥柄放入检测套筒11内，从而检测本发明加工的ISO40锥柄是否符合标准ISO40锥柄的尺寸要求，如不符合重新制作或返工，如符合则投入使用，有效保证本发明中刀具的精度；

步骤十二：线切割：割辅助头10，确保刀体的长度按80.269放量0.6-0.7mm；

步骤十三：数控磨：磨型线端各几何角度，0°前刀面，等分小于0.01mm，粗糙度小于Ra0.8，开端面齿确保磨铲齿1后刀面的形状为连续圆弧形，经20倍型线放大图进行质量检测；

本步骤具有以下发明效果：现有技术加工的刀具为光滑后刀面，本发明中磨铲齿1后刀面设计成连续圆弧形结构，连续圆弧形的后刀面能够提高切削效率，更好的断屑，利于排屑；

步骤十四：切削刃5钝化，打字，包装。

经过多次样品试验可知，步骤四中每两个相邻容屑槽2之间夹角的最佳取值为70°。

Claims (5)

1.一种大型轮槽半精铣刀，其特征在于：它包括正棒本体，正棒本体的一端为刀柄端，该刀柄端为ISO40锥柄(12)，所述正棒本体的另一端为型线端，该端沿正棒本体的轴向方向均匀加工有多个齿背台阶(3)，所述多个齿背台阶(3)的外圆从靠近ISO40锥柄(12)的一端至远离ISO40锥柄(12)的另一端依次递减，每两个相邻齿背台阶(3)之间加工有一个容屑槽(2)，容屑槽(2)沿正棒本体的轴向方向设置，多个齿背台阶(3)通过多个容屑槽(2)均匀分割形成多个沿正棒本体的轴向方向设置的磨铲齿(1)，每个磨铲齿(1)的后刀面的形状为连续的圆弧形，正棒本体的中部加工有多个键槽(8)。

2.根据权利要求1所述的一种大型轮槽半精铣刀，其特征在于：ISO40锥柄(12)上加工有M16螺纹孔(7)。

3.根据权利要求1或2所述的一种大型轮槽半精铣刀，其特征在于：容屑槽(2)的个数为四个，每两个相邻容屑槽(2)之间的夹角的取值范围为68°至72°。

4.根据权利要求3所述的一种大型轮槽半精铣刀，其特征在于：键槽(8)的个数为两个，每个键槽(8)的宽度为16.13mm。

5.一种大型轮槽半精铣刀的加工方法，其特征在于：该加工方法包括以下步骤：

步骤一：粗车：

1)选定正棒本体，确定正棒本体的外径变化小于0.05mm，车正棒本体的外圆以准；

2)首先选定正棒本体的一端作为刀柄端，对该端按照外圆Φ48±0.10mm、长度的要求进行车削加工，然后钻攻M16-6H，要求一刀下，孔口钻Φ16.3mm，锪60°，最后使该端形成ISO40锥柄(12)；

3)夹住并固定ISO40锥柄(12)，正棒本体的另一端为型线端，该端按台阶依次车准多个初形台阶(4)和辅助头(10)，首先找正并确保正棒本体的外径变化小于0.05mm，车每个初形台阶(4)放量1-1.2mm，辅助头(10)按的要求进行加工，同时在辅助头(10)上加工中心孔；

4)顶中心孔，车ISO40锥柄(12)的大头部按Φ44.45mm放量0.6-0.7mm，车ISO40锥柄(12)的中部按Φ31.75mm放量0.6-0.7mm；

步骤二：外磨：将步骤一加工后的料体进行粗磨，确保最大外圆Ф70mm见光，ISO40锥柄(12)和型线端之间的竖直端面为B端面，确保B端面的粗糙度达到Ra0.8，磨布ISO40锥柄(12)及ISO40锥柄(12)的中部的槽，使二者同放量0.4-0.45mm；

步骤三：数控车：将步骤二加工后的料体进行找正，确保各部分的外径变化小于0.01mm，车型线端中车刃型线单面放量0.4mm，型线端中B端面留量按20倍型线放大图进行检测；

步骤四：数控铣：在型线端的多个初形台阶(4)中均匀铣削4个70°容屑槽(2)，每两个相邻容屑槽(2)之间形成有一个切削刃(5)，切削刃(5)的前刀面0°角，等分、前刀面及圆周跳动小于0.10mm；

步骤五：数控铣：每个切削刃(5)的外端面为铣齿背台阶(3)，留直线段4-6mm；

步骤六：铣键槽(8)：在ISO40锥柄(12)和型线端之间铣两个键槽(8)，每个键槽(8)的尺寸以16.13mm×16为准，两个键槽(8)对称小于0.10mm；

步骤七：热处理：HRC66-68，三次回火，清理喷砂；

步骤八：复M16-6H螺纹孔，清理螺纹及端面氧化皮；

步骤九：研中心孔；

步骤十：光学磨：靠磨端面B，去量0.2mm，保证端面B垂直度小于0.01mm；

步骤十一：外磨：磨Φ70外圆见光即可；磨ISO40锥柄(12)的尺寸，清理，并用专门设计制作的检测套筒检测ISO40锥柄(12)，确保ISO40锥柄(12)的外径端面到端面B的直线距离在1.524±0.05mm范围内；

步骤十二：线切割：割辅助头(10)，确保刀体的长度按80.269放量0.6-0.7mm；

步骤十三：数控磨：磨型线端各几何角度，0°前刀面，等分小于0.01mm，粗糙度小于Ra0.8，开端面齿确保磨铲齿(1)后刀面的形状为连续圆弧形，经20倍型线放大图进行质量检测；

步骤十四：切削刃(5)钝化，打字，包装。