CN106583819B - 一种叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法 - Google Patents

Abstract

一种加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的成型铣刀，由刀杆和刀齿组成，所述刀齿为四个，各刀齿的结构相同，均由刀片支承和焊接在刀片支承上的硬质合金刀片构成，所述硬质合金刀片的刃口型线与被加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的形状相匹配。采用上述成型铣刀在数控铣床上加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面，被加工叶片的安装位置应使其榫头中心线与成型铣刀中心线形成夹角，通过程序控制成型铣刀沿榫头压力面和榫头安装板的回转方向圆弧走刀；采用半径为1.2mm～1.6mm的球面铣刀在数控铣床上加工榫头棱面，通过程序控制球面铣刀沿榫头棱面轮廓的横向双向走刀，并从榫头基准面向榫头安装板方向运动。

Description

一种叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法

技术领域

本发明属于叶片榫头加工领域，特别涉及一种叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法及加工榫头压力面及其相关面的成型铣刀

背景技术

叶片是发动机、燃气轮机、风机等设备上必不可少的零件，叶片榫头的形状和结构因发动机、燃气轮机、风机的类型不同而不同。图5、图6所示的叶片榫头是一种圆弧形榫头，此种圆弧形榫头的压力面轮廓度为重要特性，公差为±0.007mm，且榫头整体带安装板，压力面的加工涉及安装板的加工和压力面与安装板之间的弧形转接面的加工，因而加工困难，尺寸精度难以保证，其最大加工难度是在铣削压力面及压力面与安装板之间的弧形转接面时会出现接刀痕，稍有偏斜，就会将零件尺寸超差报废；再者是四个榫头棱面的加工，由于榫头棱面的倒圆半径小且倒圆半径不断变化，因而加工时难于实现转接处的圆滑过渡，很难保证加工质量。

上述圆弧形榫头压力面的加工，现有技术普遍使用单一的压力面成型铣刀和球头铣刀相结合加工，成型铣刀仅用于加工压力面，而压力面与安装板之间的弧形转接面则用球头铣刀加工，叶片在铣床上装夹时，成型铣刀的中心线与榫头中心线平行，因而容易出现接刀痕，甚至出现严重过切，难以保证加工精度，零件报废率较高。

上述榫头棱面的加工，现有技术一般采用钳工修磨，这种加工方法不仅对钳修技能要求高，而且耗时耗力，难以提高功效并保证尺寸。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法及加工榫头压力面及其相关面的成型铣刀，以避免出现接刀痕，提高所加工榫头的合格率和加工功效。

本发明中，榫头压力面的相关面是指榫头安装板及压力面与安装板之间的弧形转接面。

为了解决榫头压力面及其相关面的同时加工并避免出现接刀痕，本发明的技术方案是：设计、制造了一种新的成型铣刀；对成型铣刀与被加工叶片榫头之间的相对安装位置进行了改进；建立被加工叶片榫头的模型(见图6)，使用专业编程软件hyperMILL(通过市场购买) 编制程序，加工时控制成型铣刀沿榫头压力面和榫头安装板的回转方向圆弧走刀。

为了实现榫头棱面的铣削加工，本发明的技术方案是：选用半径为1.2mm～1.6mm的球面铣刀作为加工刀具；建立榫头棱面的模型(见图7)，使用专业编程软件hyperMILL(通过市场购买)编制程序，加工时控制球面铣刀沿榫头棱面轮廓的横向双向走刀，并从榫头基准面向榫头安装板方向运动。

本发明所述加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的成型铣刀，由刀杆和刀齿组成，所述刀齿为四个，各刀齿的结构相同，均由刀片支承和焊接在刀片支承上的硬质合金刀片构成，所述硬质合金刀片的刃口型线与被加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的形状相匹配，所述刀杆为圆柱形，四个刀齿环绕刀杆的一端端部相距等角度设置，它们的刀片支承分别与刀杆固连或为一体化结构。

上述成型铣刀，其硬质合金刀片的刃口型线从刀齿上端至下端依次为叶片圆弧形榫头安装板加工段、弧形转接面加工段和叶片圆弧形榫头压力面加工段。

上述成型铣刀，其直径D为20mm～25mm。

上述成型铣刀，其刀杆和刀片支承选用42CrMo制作，硬质合金刀片选用硬质合金K40UF 制作。

上述成型铣刀，采用数控工具磨来磨削硬质合金刀片刃口，可达到整体型线轮廓0.03mm、受力面型线轮廓0.015mm的加工精度，以保证被加工叶片榫头的质量和减少铣刀的修磨次数。

本发明所述叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法，是在榫头压力面及其相关面的加工完成后，再进行榫头棱面的加工：

①榫头压力面及其相关面的加工

使用数控铣床及上述加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的成型铣刀进行加工，操作如下：

ⅰ.将被加工叶片安装在数控铣床的工作台上，将所述成型铣刀安装在数控铣床的主轴上，被加工叶片的安装位置应使其榫头中心线与成型铣刀中心线形成夹角，夹角大小的确定标准是满足加工过程中成型铣刀刃口型线中的安装板加工段与榫头安装板保持相切状态；

ⅱ.将所述成型铣刀运行至榫头压力面一侧的加工位置，然后通过程序控制成型铣刀沿榫头压力面和榫头安装板的回转方向圆弧走刀，即可同时完成榫头压力面、榫头安装板及压力面与安装板之间的弧形转接面的加工；

②榫头棱面的加工

使用数控铣床及半径为1.2mm～1.6mm的球面铣刀进行加工，操作如下：

ⅰ.取下所述成型铣刀，将所述球面铣刀安装在数控铣床的主轴上；

ⅱ.将所述球面铣刀运行至榫头棱面的加工位置，然后通过程序控制球面铣刀沿榫头棱面轮廓的横向双向走刀，并从榫头基准面向榫头安装板方向运动，当球面铣刀从榫头基准面运动至榫头安装板，即可完成榫头棱面的加工。

上述加工方法，当榫头的材料为钛合金时，加工榫头压力面及其相关面时的主轴转速为 180rpm～800rpm、进给速度为20mm/min～50mm/min，加工榫头棱面时的主轴转速为2000rpm ～3500rpm、进给速度为100mm/min～200mm/min。

上述加工方法，当榫头的材料为高温合金时，加工榫头压力面及其相关面时的主轴转速为100rpm～600rpm、进给速度为15mm/min～100mm/min，加工榫头棱面时的主轴转速为 2500rpm～3000rpm、进给速度为80mm/min～150mm/min。

本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明所述成型铣刀的刃口型线与被加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的形状相匹配，且成型铣刀与被加工叶片榫头之间的相对安装位置保证了加工过程中成型铣刀刃口型线中的安装板加工段与榫头安装板保持相切状态，成型铣刀在程序控制下沿榫头压力面和榫头安装板的回转方向按一定的切削速度圆弧走刀，因而不仅对榫头压力面、安装板及压力面与安装板之间的弧形转接面实现了同时完成加工，而且弧形转接面与榫头压力面之间、弧形转接面与榫头安装板之间无接刀痕，实现了光滑过渡，保证了加工精度。

2、由于使用数控铣床及半径为1.2mm～1.6mm的球面铣刀对榫头棱面进行加工，在程序控制下球面铣刀沿榫头棱面轮廓的横向双向走刀，并从榫头基准面向榫头安装板方向运动，与钳工修磨加工相比，不仅提高了榫头棱面加工的合格率(由钳工修磨的50％合格率提高到 90％合格率)，而且提高了加工功效。

附图说明

图1是本发明所述加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的成型铣刀的立体图；

图2是图1的主视图；

图3是图1的左视图；

图4是本发明所述加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的成型铣刀中硬质合金刀片的刃口型线示意图；

图5是一种被加工叶片的示意图；

图6是图5中叶片圆弧形榫头的模型图；

图7是图6的投影图；

图8是叶片圆弧形榫头在数控铣床上的装夹示意图；

图9是图8的左视图；

图10是图8的俯视图；

图11是图10中A处的放大图；

图12是用成型铣刀加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的示意图；

图13是球面铣刀的示意图；

图14是用球面铣刀加工叶片圆弧形榫头棱面时第一次进刀的示意图；

图15是加工完叶片圆弧形榫头棱面后球面铣刀的退刀示意图；

图16是加工叶片圆弧形榫头棱面时球头铣刀的走刀轨迹示意图。

图中，1—成型铣刀刀杆、2—成型铣刀刀齿、2-1—硬质合金刀片、2-1-1—叶片圆弧形榫头安装板加工段、2-1-2—转接弧面加工段、2-1-3—叶片圆弧形榫头压力面加工段、2-2—刀片支承、3—成型铣刀中心线、4—被加工叶片、4-1—榫头压力面、4-2—榫头安装板、4-3—压力面与安装板之间的弧形转接面、4-4—榫头棱面、4-4-1—第一部分榫头棱面、4-4-2—第二部分榫头棱面、4-4-3—榫头棱面轮廓、4-5—榫头定位面、4-6—榫头基准面、4-7—定位面与基准面之间的弧形转接面、4-8—第一定位面、4-9—第二定位面、5—铣床工作台、6—夹具、7—工装、8—成型铣刀、9—榫头中心线、10—成型铣刀走刀轨迹、11—球面铣刀、12 —球面铣刀走刀轨迹。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明所述加工榫头压力面及其相关面的成型铣刀，以及叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法进一步说明。

下述实施例中，加工的叶片圆弧形榫头如图5、图6、图7所示，材料为钛合金，该榫头带安装板，因此榫头压力面4-1的加工涉及安装板4-2的加工及压力面与安装板之间的弧形转接面4-3的加工，按照设计要求，榫头压力面4-1的公差为±0.007mm，且弧形转接面4-3与榫头压力面4-1之间、弧形转接面4-3与榫头安装板4-2之间应无接刀痕；从图6、图7可以看出，四个榫头棱面的倒圆半径是不断变化的，按照设计要求，从榫头基准面4-6至第一定位面4-8之间倒圆半径从0逐渐增大至1.4mm，第一定位面4-8至第二定位面4-9之间倒圆半径从1.4mm逐渐增大至2.5mm，且转接处要求圆滑过渡。

实施例1

本实施例中，加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的成型铣刀如图1、图2、图3所示，由刀杆1和刀齿2组成，所述刀齿为四个，各刀齿的结构相同，均由刀片支承2-2和焊接在刀片支承上的硬质合金刀片2-1构成，四个刀齿环绕刀杆的一端端部相距等角度设置,形成的铣刀直径D为25mm，所述硬质合金刀片2-1用硬质合金K40UF制作，其刃口型线如图 4所示，从刀齿上端至下端依次为叶片圆弧形榫头安装板加工段2-1-1、弧形转接面加工段 2-1-2和叶片圆弧形榫头压力面加工段2-1-3，与被加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的形状相匹配，所述刀杆1为圆柱形，直径25mm，所述刀片支承2-2与刀杆为一体化结构，刀杆1和刀片支承2-2均用42CrMo制作。

实施例2

本实施例在型号为XHK756C的数控铣床上加工叶片圆弧形榫头的压力面及其相关面和榫头棱面。在榫头压力面及其相关面的加工完成后，再进行榫头棱面的加工。

①榫头压力面及其相关面的加工

使用实施例1所述成型铣刀进行加工，操作如下：

ⅰ.按照图8、图9、图10、图11的方式将被加工叶片4通过工装6和夹具7安装在数控铣床的工作台5上，将所述成型铣刀8安装在数控铣床的主轴上，被加工叶片的安装位置应使其榫头中心线9与成型铣刀中心线3形成夹角(见图10、图11)，夹角大小的确定标准是满足加工过程中成型铣刀刃口型线中的安装板加工段2-1-1与榫头安装板4-2保持相切状态(见图11、图12)；

ⅱ.将所述成型铣刀8运行至榫头压力面一侧的加工位置，然后通过安装在数控铣床上的程序控制成型铣刀沿榫头压力面4-1和榫头安装板4-2的回转方向圆弧走刀(见图12)，即可同时完成榫头压力面4-1、榫头安装板4-2及压力面与安装板之间的弧形转接面4-3的加工，主轴转速控制在200rpm、进给速度控制在50mm/min；

②榫头棱面的加工

使用半径为1.2mm的球面铣刀11进行加工，所述球面铣刀用硬质合金K40UF制作，操作如下：

ⅰ.取下所述成型铣刀8，将所述球面铣刀11安装在数控铣床的主轴上；

ⅱ.将所述球面铣刀运行至榫头棱面的加工位置，然后通过程序控制球面铣刀沿榫头棱面轮廓4-4-3的横向双向走刀，并从榫头基准面4-6向榫头安装板4-2方向运动，当球面铣刀从榫头基准面4-6运动至榫头安装板4-2，即可完成榫头棱面的加工(见图14、图15、图16)，主轴转速控制在2500rpm、进给速度控制在100mm/min。

Claims (5)

1.一种叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法，所述榫头压力面(4-1)的相关面为榫头安装板(4-2)及压力面与安装板之间的弧形转接面(4-3)，其特征在于榫头压力面及其相关面的加工完成后，再进行榫头棱面的加工：

①榫头压力面及其相关面的加工

使用数控铣床及成型铣刀进行加工，所述成型铣刀由刀杆(1)和刀齿(2)组成，所述刀齿为四个，各刀齿的结构相同，均由刀片支承(2-2)和焊接在刀片支承上的硬质合金刀片(2-1)构成，所述硬质合金刀片的刃口型线与被加工叶片圆弧形榫头压力面及其相关面的形状相匹配，所述刀杆(1)为圆柱形，四个刀齿环绕刀杆的一端端部相距等角度设置，它们的刀片支承(2-2)分别与刀杆(1)固连或为一体化结构；操作如下：

ⅰ.将被加工叶片(4)安装在数控铣床的工作台(5)上，将所述成型铣刀(8)安装在数控铣床的主轴上，被加工叶片的安装位置应使其榫头中心线(9)与成型铣刀中心线(3)形成夹角，夹角大小的确定标准是满足加工过程中成型铣刀刃口型线中的安装板加工段(2-1-1)与榫头安装板(4-2)保持相切状态；

ⅱ.将所述成型铣刀运行至榫头压力面一侧的加工位置，然后通过程序控制成型铣刀沿榫头压力面(4-1)和榫头安装板(4-2)的回转方向圆弧走刀，即可同时完成榫头压力面(4-1)、榫头安装板(4-2)及压力面与安装板之间的弧形转接面(4-3)的加工；

②榫头棱面的加工

使用数控铣床及半径为1.2mm～1.6mm的球面铣刀(11)进行加工，操作如下：

ⅰ.取下所述成型铣刀(8)，将所述球面铣刀(11)安装在数控铣床的主轴上；

ⅱ.将所述球面铣刀运行至榫头棱面的加工位置，然后通过程序控制球面铣刀沿榫头棱面轮廓(4-4-3)的横向双向走刀，并从榫头基准面(4-6)向榫头安装板(4-2)方向运动，当球面铣刀从榫头基准面(4-6)运动至榫头安装板(4-2)，即可完成榫头棱面的加工。

2.根据权利要求1所述叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法，其特征在于当榫头(5)的材料为钛合金时，加工榫头压力面及其相关面时的主轴转速为180rpm～800rpm、进给速度为20mm/min～50mm/min，加工榫头棱面时的主轴转速为2000rpm～3500rpm、进给速度为100mm/min～200mm/min。

3.根据权利要求1所述叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法，其特征在于当榫头(5)的材料为高温合金时，加工榫头压力面及其相关面时的主轴转速为100rpm～600rpm、进给速度为15mm/min～100mm/min，加工榫头棱面时的主轴转速为2500rpm～3000rpm、进给速度为80mm/min～150mm/min。

4.根据权利要求1所述叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法，其特征在于所述硬质合金刀片的刃口型线从刀齿上端至下端依次为叶片圆弧形榫头安装板加工段(2-1-1)、弧形转接面加工段(2-1-2)和叶片圆弧形榫头压力面加工段(2-1-3)。

5.根据权利要求1或4所述叶片圆弧形榫头压力面及其相关面与棱面的加工方法，其特征在于该铣刀的直径D为20mm～25mm。