CN106272120A - 一种航空发动机涡轮轴花键磨削工具及磨削方法 - Google Patents

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何坚
陈贵林
余杰
梁养民
刘智武
刘丽娟
李林燊
王艳
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Abstract

本发明涉及一种航空发动机涡轮轴花键的磨削方法，所述的涡轮轴为镍基高温合金轴。本发明的目的是设计一种满足航空发动机涡轮轴花键磨削用的小直径砂轮，使其具有良好的耐磨性，并提供一种使用该砂轮满足花键轴加工精度和效率要求的控制方法，克服现有技术存在产品加工精度不稳定、合格率低和工件制造周期长、制造成本高的不足。

Description

一种航空发动机涡轮轴花键磨削工具及磨削方法
技术领域
本发明涉及一种航空发动机涡轮轴花键，其构成材料为镍基高温合金。
本发明所属技术领域包括航空发动机涡轮轴花键制造过程中磨削工具及磨削加工方法。
背景技术
对于陶瓷刚玉砂轮，磨削过程中砂轮极易磨损，因此，每去除一定体积的材料就需要对砂轮进行修整，以保证砂轮的型面精度。但是，就目前的数控花键磨削技术而言，当砂轮的累计磨损量(如0.03mm)超过机床的可修整量(如0.02mm)时，修整工序无法实现对砂轮的修整，难以校正砂轮的型面精度，其型面误差会不断增大，精度也会急剧恶化，以致影响工件的加工精度。对于因本花键轴结构限制需采用的小直径普通刚玉砂轮，其磨损量和可修整量之间的矛盾更为突出，并且数控花键磨床对砂轮的最小可修整直径有限制要求。此外，砂轮修整为成形面，以及磨削过程中的修整，都需要耗费大量时间，降低工件的加工效率，延长涡轮轴花键的制造周期。本花键轴无法用普通刚玉砂轮完成花键齿形的成形磨削。
发明内容
本发明要解决的技术问题：
本发明的目的是设计一种满足航空发动机涡轮轴花键磨削用的小直径砂轮，使其具有良好的耐磨性，并提供一种使用该砂轮满足花键轴加工精度和效率要求的控制方法，克服现有技术存在产品加工精度不稳定、合格率低和工件制造周期长、制造成本高的不足。
本发明的技术方案：
提供一种航空发动机涡轮轴花键磨削工具，特别是一种砂轮，砂轮直径为35-45mm，砂轮轴向截面为对称结构，中间凸起部分为渐开线齿形，渐开线轮廓度为0.005，齿形的高度为3.5-4.5mm，砂轮基体材质为45#钢，在砂轮基体外表面电镀有粒度为170/200目的电镀CBN磨粒，具有磨粒的电镀层厚度为0.11mm。
进一步为：砂轮直径为37.8mm，齿形的高度为3.9mm。
提供一种航空发动机涡轮轴花键磨削方法，该方法应用了如权利要求1所述的砂轮，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、磨削准备
将合金轴水平安装到数控花键磨床上，使该合金轴在所述磨床上能够沿着轴向转动，从合金轴的端部依次延伸形成加工轴段、左圆弧过渡段、空刀段、右圆弧过渡段以及台阶段，在所述的左圆弧段的中间区域具有出刀点，台阶段半径与出刀点半径的径向差值为4.27mm，出刀点与台阶段的轴向距离为13.35mm；将砂轮安装于数控花键磨床，使得砂轮的中心轴线与合金轴轴线垂直；找正合金轴的位置，使得合金轴径向圆跳动在1μm以内；将砂轮定位到加工轴段的起始位置；
步骤二、磨削
利用砂轮对合金轴进行磨削，磨削时砂轮从所述合金轴的端部向所述的出刀点磨削，砂轮通过所述的出刀点后继续前进1mm开始退刀，保证旋转的砂轮不碰触右圆弧过渡段以及台阶段。
本发明的有益效果：
采用超硬磨料设计的小直径砂轮，解决了因花键结构限制，用普通砂轮无法实现的成型磨削问题。与原控制方法相比，本控制方法利用CBN磨料的耐磨性，严格控制砂轮磨损量，保证了单层电镀CBN砂轮型面精度的稳定性，提高了工件的加工精度；省略了修整工序，缩短了磨削过程中的时间；配套使用缓进深切磨削工艺，减少了磨削行程和砂轮磨损量，进一步提高了加工精度和效率。
附图说明
图1为航空发动机涡轮轴侧视图；
图2为航空发动机涡轮轴花键磨削示意图；
1-CBN磨粒、2-电镀层、3-砂轮基体、4-加工轴段、5-左圆弧过渡段、6-空刀段、7-右圆弧过渡段、8-台阶段、9-出刀点、10-砂轮。
具体实施方式
提供一种航空发动机涡轮轴花键磨削工具，特别是一种砂轮，砂轮直径为35-45mm，砂轮轴向截面为对称结构，中间凸起部分为渐开线齿形，渐开线轮廓度为0.005，齿形的高度为3.5-4.5mm，砂轮基体材质为45#钢，在砂轮基体外表面电镀有粒度为170/200目的电镀CBN磨粒，具有磨粒的电镀层厚度为0.11mm。
进一步为：砂轮直径为37.8mm，齿形的高度为3.9mm。
提供一种航空发动机花键轴加工方法，该方法应用了如上所述的砂轮，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、磨削准备
将合金轴水平安装到数控花键磨床上，使该合金轴在所述磨床上能够沿着轴向转动，从合金轴的端部依次延伸形成加工轴段4、左圆弧过渡段5、空刀段6、右圆弧过渡段7以及台阶段8，在所述的左圆弧段的中间区域具有出刀点9，台阶段半径与出刀点半径的径向差值为4.27mm，出刀点与台阶段的轴向距离为13.35mm；将砂轮安装于数控花键磨床，使得砂轮10的中心轴线与合金轴轴线垂直；找正合金轴的位置，使得合金轴径向圆跳动在1μm以内；将砂轮定位到加工轴段的起始位置；
步骤二、磨削
利用砂轮对合金轴进行磨削，磨削时砂轮从所述合金轴的端部向所述的出刀点磨削，砂轮通过所述的出刀点后继续前进1mm开始退刀，保证旋转的砂轮不碰触右圆弧过渡段以及台阶段。
进一步为，所述步骤二的磨削包括粗磨、半精磨、精磨以及光磨，其中：粗磨砂轮线速度30m/s，进给速度240m/s，磨削深度0.4mm，磨削量为3mm,往复磨削；
半精磨砂轮线速度30m/s，进给速度480m/s，磨削深度0.2mm，磨削量为0.4mm,逆磨1次；
精磨砂轮线速度30m/s，进给速度480m/s，磨削深度0.1mm，磨削量为0.1mm,逆磨1次；
光磨砂轮线速度30m/s，进给速度600m/s，逆磨1次。

Claims (5)

1.一种航空发动机涡轮轴花键磨削工具，特别是该工具为一种砂轮，砂轮直径为35-45mm，砂轮轴向截面为对称结构，中间凸起部分为渐开线齿形，渐开线轮廓度为0.005，所述齿形的高度为3.5-4.5mm，砂轮基体材质为45#钢，在砂轮基体外表面电镀有粒度为170/200目的电镀CBN磨粒，具有磨粒的电镀层厚度为0.11mm。
2.如权利要求1所述的砂轮，其特征在于：砂轮直径为37.8mm，所述齿形的高度为3.9mm。
3.一种航空发动机涡轮轴花键磨削方法，该方法应用了一种砂轮，特别是如权利要求1所述的砂轮，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、磨削准备
将合金轴水平安装到数控花键磨床上，使该合金轴在所述磨床上能够沿着轴向转动，从合金轴的端部依次延伸形成有加工轴段、左圆弧过渡段、空刀段、右圆弧过渡段以及台阶段，在所述的左圆弧段的中间区域具有出刀点，台阶段半径与出刀点半径的径向差值为4.27mm，出刀点与台阶段的轴向距离为13.35mm；将砂轮安装于数控花键磨床，使得砂轮的中心轴线与合金轴轴线垂直；找正合金轴的位置，使得合金轴径向圆跳动在1μm以内；将砂轮定位到加工轴段的起始位置；
步骤二、磨削
利用砂轮对合金轴进行磨削，磨削时砂轮从所述的起始位置向所述的出刀点磨削，砂轮通过所述的出刀点后继续前进1mm开始退刀，保证旋转的砂轮不碰触右圆弧过渡段以及台阶段。
4.如权利要求3所述的花键轴加工方法，其特征在于：
所述步骤二的磨削包括粗磨、半精磨、精磨以及光磨，其中：
粗磨砂轮线速度30m/s，进给速度240m/s，磨削深度0.4mm，磨削量为3mm,往复磨削；
半精磨砂轮线速度30m/s，进给速度480m/s，磨削深度0.2mm，磨削量为0.4mm,逆磨1次；
精磨砂轮线速度30m/s，进给速度480m/s，磨削深度0.1mm，磨削量为0.1mm,逆磨1次；
光磨砂轮线速度30m/s，进给速度600m/s，逆磨1次。
5.如权利要求3所述的花键轴加工方法，其特征在于：所述的合金轴的材质为镍基高温合金。
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