CN106513723A - 一种曲面结构深腔车削刀具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种曲面结构深腔车削刀具及其使用方法，用于加工航空发动机鼓筒内腔，鼓筒内壁朝向中心凸设有圆环状的第一幅板和第二隔板，第二隔板位于第一幅板的两侧且与第一幅板间隔设置，第一幅板的内环直径大于第二幅板的内环直径，第二幅板具有连接于鼓筒内壁的薄板及位于薄板一端的厚板，车削刀具包括刀柄，刀柄上安装有曲面板状刀具，曲面板状刀具的端部安装有菱形刀片，曲面板状刀具具有曲形部和平直部，薄板与厚板之间通过曲面连接，曲面的弧度足以供曲形部与平直部交接的部位通过，曲形部外侧的倾斜面与平直部之间的夹角大于薄板和厚板之间的连接平面与薄板之间的夹角，可以使刀具到达内腔中需车削部位，实现深腔加工，保证内腔表面加工质量。

Description

一种曲面结构深腔车削刀具及其使用方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种曲面结构深腔车削刀具及其使用方法。

背景技术

在航空发动机鼓筒类零件加工制造中，为提高发动机的性能，满足工作需求，单盘零件的辐板长度较长，单件焊接后连接成鼓筒组件，辐板间形成了深腔结构型面，需要进行组合加工。由于内腔型面属于全封闭型腔结构，空间狭小，径向辐板深度大，通常的平板式内腔车削刀具无法放入到内腔中，难以实现内腔腔底型面的加工，成为困扰零件加工的关键技术问题。

新一代航空发动机鼓筒组件，是发动机的关键件，由三级单盘通过电子束焊焊接组合成的薄壁鼓筒式结构零件，该零件结构复杂，零件总高142mm，鼓筒外型壁厚2.5mm，辐板间距仅为20mm左右，辐板盘心最小直径仅为Φ130mm，深腔型面到辐板内孔距离157mm，为了保证车削刀具的强度，内腔刀具厚度需要在10mm以上，通常使用的内腔刀具一般为直板结构，但由于鼓筒组件的内腔深度远大于盘心直径，并且辐板间距太小，通常结构的刀具手动也无法放入到内腔中，更无法实现车削加工，加工的难度极大，其型面加工按传统的工艺方法难以实现。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可以实现刀具到达内腔中需车削部位进行深腔加工，保证内腔表面加工质量的曲面结构深腔车削刀具及其使用方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种曲面结构深腔车削刀具，用于加工航空发动机鼓筒内腔，所述鼓筒内壁朝向中心凸设有圆环状的第一幅板和第二隔板，所述第二隔板位于所述第一幅板的两侧且与所述第一幅板间隔设置，第一幅板的内环直径大于所述第二幅板的内环直径，所述第二幅板具有连接于所述鼓筒内壁的薄板及位于所述薄板一端的厚板，所述车削刀具包括刀柄，所述刀柄上安装有曲面板状刀具，所述曲面板状刀具的端部安装有菱形刀片，所述曲面板状刀具具有曲形部和平直部，所述薄板与所述厚板之间通过曲面连接，所述曲面的弧度足以供所述曲形部与所述平直部交接的部位通过，所述曲形部外侧的倾斜面与所述平直部之间的夹角大于所述薄板和所述厚板之间的连接平面与所述薄板之间的夹角，所述曲面板状刀具沿所述第二幅板直径方向悬深大于所述第二幅板的径向长度，所述曲面板状刀具的厚度大于10mm。

进一步，所述平直部与所述曲形部之间设有连接部，所述连接部与所述平直部在所述第二幅板的厚度和圆周方向上错位。

进一步，所述第一幅板内环直径为φ1，所述第二幅板内环直径为φ2，所述曲面板状刀具的悬深L满足：L＞φ1，且1.2φ2＜L＜1.4φ2。

进一步，所述曲面板状刀具的顶部与所述刀柄的底部通过螺钉相固定。

进一步，所述刀柄为Capto标准结构基础刀柄，与数控立车上的Capto结构刀夹相连。

一种基于上述曲面结构深腔车削刀具的使用方法，包括：

步骤一：将所述车削刀具组装好，并通过所述刀柄安装到数控立车的刀夹上固定；

步骤二：按照设定位置对刀，将刀具信息输入数控程序中；

步骤三：将所述车削刀具自所述刀夹卸下；

步骤四：调用数控程序，使所述数控立车运行，当程序运行至虚拟刀具到达设定的内腔位置时，暂停所述数控立车，将所述车削刀具手动旋转放置到第一幅板与第二幅板之间的内腔中，然后将所述车削刀具连接到所述刀夹上；

步骤五：启动所述数控立车，继续运行数控程序，按照设定的刀具轨迹，加工深腔型面，加工后刀具运行到设定的内腔位置时，数控程序运行结束，所述数控立车停止；

步骤六：将所述车削刀具自所述刀夹卸下，手动旋转从所述内腔中移出，完成所述鼓筒内部深腔型面加工。

进一步，步骤一中所述车削刀具的组装是先将所述曲面板状刀具固定到所述刀柄上，再将菱形刀片安装到所述曲面板状刀具的端部。

进一步，步骤四中，暂停所述数控立车后手动摇起所述数控立车，当所述车削刀具进入所述内腔后，摇动所述数控立车使其向下移动，直至所述刀柄插入所述刀夹中。

进一步，步骤五中加工所述深腔型面时采用两刀加工。

进一步，步骤五中所述车削刀具的切削转速为35r/mm，进给速度为0.1mm/r。

本发明的有益效果：

本发明曲面结构深腔车削刀具可以使刀具到达内腔中需车削部位，实现深腔加工，保证内腔表面加工质量，解决了内腔型面加工过程中的关键难题，提高发动机的使用安全性，主要应用于航空发动机鼓筒类零件特殊封闭深腔型面的加工技术，解决了通常平板式内腔刀具无法进入深腔内部，难以实现深腔型面加工的问题，且装夹定位准确可靠，精度高，满足零件在盲视状态下的加工精度要求。

附图说明

图1为本发明航空发动机鼓筒的结构示意图；

图2为本发明曲面结构深腔车削刀具的结构示意图；

图3为本发明曲面结构深腔车削刀具旋转放入鼓筒内腔的结构示意图；

图4为本发明曲面结构深腔车削刀具到达车削位置时的结构示意图；

图中，1—刀柄、2—曲面板状刀具、3—菱形刀片、4—螺钉、5—曲形部、6—平直部、7—连接部、8—鼓筒、9—第一幅板、10—第二幅板、11—薄板、12—厚板、13—曲面。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1及图4，本发明提供一种曲面结构深腔车削刀具，用于加工航空发动机小直径具有幅板的鼓筒8内腔。鼓筒8内壁朝向中心凸设有圆环状的第一幅板9和第二幅板10，第二幅板10位于第一幅板9的两侧且与第一幅板9间隔设置，第一幅板9的内环直径大于第二幅板10的内环直径，在本实施例中，第一幅板9与第二幅板10的间距为20mm，第一幅板9内环直径φ1为164mm，第二幅板10内环直径φ2为130mm，第二幅板10沿其直径方向的长度为157mm。第二幅板10具有连接于鼓筒8内壁的薄板11及位于薄板11一端的厚板12，薄板11与厚板12之间通过曲面13连接，薄板11与厚板12之间的连接平面与薄板11之间的夹角θ1为16°。

如图2至图4，曲面结构深腔车削刀具包括刀柄1，刀柄1为Capto标准结构基础刀柄，与数控立车上的Capto结构刀夹相连，采用Capto结构刀柄1和刀夹进行装夹，定位可靠精度高，可以满足零件在盲视状态下的加工精度要求。刀柄1上安装有曲面板状刀具2，曲面板状刀具2的顶部与刀柄1的底部通过螺钉4相固定，曲面板状刀具2的端部安装有菱形刀片3，菱形刀片3选用标准件，选用标准菱形刀片3能够减少切削面积及切削力，降低切削振动，提高鼓筒8内腔表面的加工质量。

曲面板状刀具2是根据鼓筒8内腔结构进行设计的专用刀具，曲面板状刀具2具有曲形部5和平直部6，平直部6与曲形部5之间设有连接部7，连接部7与平直部6在第二幅板10的厚度和圆周方向上错位。曲形部5外侧的倾斜面与平直部3之间的夹角θ1为26°，大于薄板11和厚板12之间的连接平面与薄板11之间的夹角θ1，使得刀具在进入第一幅板9与第二幅板10之间的腔体时，曲形部5可以通过第二幅板10的曲面13处，曲面13的弧度足以供曲形部5与平直部6交接的部位通过，且刀具不会碰触到第二幅板10或第一幅板9。曲面板状刀具2沿第二幅板10直径方向的悬深大于第二幅板10的径向长度，且曲面板状刀具2的悬深L应满足：L＞φ1，且1.2φ2＜L＜1.4φ2，这样才能既保证刀具能够深入腔体内加工深腔型面，又不会碰触到第一幅板9或第二幅板10。在本实施例中，曲面板状刀具2的悬深为167mm。为了保证刀具的加工强度，曲面板状刀具2应大于10mm，但由于第一幅板9与第二幅板10之间的间隙限制，故在本实施例中，曲面板状刀具2的厚度为14mm，能够满足强度要求。

如图3及图4，本发明还提供一种上述曲面结构深腔车削刀具的使用方法，包括：

步骤一：将曲面结构深腔车削刀具组装好，并通过刀柄1安装到数控立车的刀夹上固定，具体为，先将曲面板状刀具2通过螺栓4固定到刀柄1上，再将菱形刀片3安装到曲面板状刀具2的端部，最后将组装好的车削刀具通过Capto结构刀柄1安装到数控立车的Capto刀夹上。

步骤二：按照设定位置对刀，将刀具信息输入数控程序中。

步骤三：将车削刀具自刀夹卸下。

步骤四：调用数控程序，使数控立车运行，当程序运行至虚拟刀具到达设定的内腔位置时，暂停数控立车，将车削刀具手动旋转放置到第一幅板9与第二幅板10之间的内腔中，然后将车削刀具连接到刀夹上。优选的，暂停数控立车后先手动摇起数控立车，为车削刀具的安装让位，当车削刀具进入内腔后，再摇动数控立车使其向下移动，直至刀柄1插入刀夹中。

步骤五：启动数控立车，继续运行数控程序，按照设定的刀具轨迹，加工深腔型面，加工时采用两刀加工深腔型面，加工时，车削刀具的切削转速为35r/mm，进给速度为0.1mm/r，加工后刀具运行到设定的内腔位置时，数控程序运行结束，数控立车停止。

步骤六：将车削刀具自刀夹卸下，手动旋转将车削刀具从鼓筒8内腔移出，完成鼓筒8内部深腔型面加工。

本发明曲面结构深腔车削刀具在加工时，通过手动旋转车削刀具进入鼓筒8内腔中，再结合数控立车的车削加工，两者相结合不仅可以使刀具到达内腔中需车削部位，实现深腔加工，还能够保证加工的内腔表面质量，且刀具装夹定位准确可靠，精度高，满足零件在盲视状态下的加工精度要求。本发明解决了通常平板式内腔刀具无法进入深腔内部，难以实现深腔型面加工的问题，提高发动机的使用安全性，主要应用于航空发动机鼓筒类零件特殊封闭深腔型面的加工技术。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种曲面结构深腔车削刀具，用于加工航空发动机鼓筒内腔，所述鼓筒内壁朝向中心凸设有圆环状的第一幅板和第二隔板，所述第二隔板位于所述第一幅板的两侧且与所述第一幅板间隔设置，第一幅板的内环直径大于所述第二幅板的内环直径，所述第二幅板具有连接于所述鼓筒内壁的薄板及位于所述薄板一端的厚板，其特征在于，包括：刀柄，所述刀柄上安装有曲面板状刀具，所述曲面板状刀具的端部安装有菱形刀片，所述曲面板状刀具具有曲形部和平直部，所述薄板与所述厚板之间通过曲面连接，所述曲面的弧度足以供所述曲形部与所述平直部交接的部位通过，所述曲形部外侧的倾斜面与所述平直部之间的夹角大于所述薄板和所述厚板之间的连接平面与所述薄板之间的夹角，所述曲面板状刀具沿所述第二幅板直径方向悬深大于所述第二幅板的径向长度，所述曲面板状刀具的厚度大于10mm。

2.根据权利要求1所述的曲面结构深腔车削刀具，其特征在于：所述平直部与所述曲形部之间设有连接部，所述连接部与所述平直部在所述第二幅板的厚度和圆周方向上错位。

3.根据权利要求1所述的曲面结构深腔车削刀具，其特征在于：所述第一幅板内环直径为φ1，所述第二幅板内环直径为φ2，所述曲面板状刀具的悬深L满足：L＞φ1，且1.2φ2＜L＜1.4φ2。

4.根据权利要求1所述的曲面结构深腔车削刀具，其特征在于：所述曲面板状刀具的顶部与所述刀柄的底部通过螺钉相固定。

5.根据权利要求1所述的曲面结构深腔车削刀具，其特征在于：所述刀柄为Capto标准结构基础刀柄，与数控立车上的Capto结构刀夹相连。

6.一种基于权利要求1所述的曲面结构深腔车削刀具的使用方法，其特征在于，包括：

步骤一：将所述车削刀具组装好，并通过所述刀柄安装到数控立车的刀夹上固定；

步骤二：按照设定位置对刀，将刀具信息输入数控程序中；

步骤三：将所述车削刀具自所述刀夹卸下；

步骤四：调用数控程序，使所述数控立车运行，当程序运行至虚拟刀具到达设定的内腔位置时，暂停所述数控立车，将所述车削刀具手动旋转放置到第一幅板与第二幅板之间的内腔中，然后将所述车削刀具连接到所述刀夹上；

步骤五：启动所述数控立车，继续运行数控程序，按照设定的刀具轨迹，加工深腔型面，加工后刀具运行到设定的内腔位置时，数控程序运行结束，所述数控立车停止；

步骤六：将所述车削刀具自所述刀夹卸下，手动旋转从所述内腔中移出，完成所述鼓筒内部深腔型面加工。

7.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：步骤一中所述车削刀具的组装是先将所述曲面板状刀具固定到所述刀柄上，再将菱形刀片安装到所述曲面板状刀具的端部。

8.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：步骤四中，暂停所述数控立车后手动摇起所述数控立车，当所述车削刀具进入所述内腔后，摇动所述数控立车使其向下移动，直至所述刀柄插入所述刀夹中。

9.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：步骤五中加工所述深腔型面时采用两刀加工。

10.根据权利要求6所述的使用方法，其特征在于：步骤五中所述车削刀具的切削转速为35r/mm，进给速度为0.1mm/r。