CN107175470A - 钛合金零件的异形深槽加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金零件的异形深槽加工方法，包括以下步骤：a、针对待加工的钛合金零件特性，对数控刀具的基体、涂层以及外形结构进行改进，以提高加工效率和加工精度；b、依据数控刀具切削状态下轴向所承受的切削力远超径向所承受的切削力的受力分析结构和切削试验结构，对异形深槽加工方法以及加工路线进行改进；c、准备数控刀具，钛合金零件安装于数控机床，找正零点，进行数控加工，得到带异形深槽的钛合金零件。解决了钛合金零件内腔精密深槽加工尺寸控制及频繁断刀的问题，保证了新机研制的顺利进行，缩短了研制周期。避免了因槽型尺寸超差造成的零件报废的现象，降低了大量的刀具消耗，节约了成本。开拓了钛合金零件加工的新思路。

Description

钛合金零件的异形深槽加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机结构加工技术领域，特别地，涉及一种钛合金零件的异形深槽加工方法。

背景技术

新一代航空发动机性能要求越来越高，零件结构和型面越来越复杂，钛合金机匣型腔加工一直是科研生产的一大难点，TC4钛合金材质轻，密度仅为普通钢的60％，强度却超出许多合金钢，可制出单位强度高、刚性好的零部件，所以大量的飞机发动机构件采用了钛合金，但是其熔点较高，为1720摄氏度；具有塑性高、易于加工变形，且导热系数小、弹性模量低，化学活性高以及机械加工困难等特点。在对钛合金零件进行深槽加工时，数控刀具往往会出现较大的让刀现象，无法保证零件尺寸公差要求，且刀具磨损快，打刀现象严重，以至严重影响到科研生产的进度。

某型航空发动机的钛合金零件，零件的深槽与零件轴线成5.5度夹角，在德国哈默公司五轴立式数控铣床C40U上加工，该设备为3加2结构，X轴、Y轴、Z轴三个移动，A转台和C转台两个转动，可对除支靠面以外的五个面进行加工。零件进气机匣内环周边有18处支板，包括15处小支板，3处大支板，每个小支板中间有两处窄槽，一处梯形槽长15.2mm+0.04mm，宽为3.5mm至5.2mm+0.04mm，深25mm；一处长方形槽长10mm+0.04mm，宽5.4mm+0.04mm，深25mm，转角为4-R1.5+0.05，零件材料为TC4，槽窄而且深，且公差小，加工难度大。

使用直径为φ3数控铣刀切削刃的长度必须大于25mm，刀具直径小而且长，总长径比达到12：1，长径比大于10倍的小直径铣刀在进行难加工材料铣削时，铣刀刚性很差，加工过程中易出现振刀、断刀的现象，零件表面出现较明显的振刀纹，所以切削深度一般控制在刀具直径的1/5以内，以减小铣削力，并通过降低切削用量来控制铣刀切削过程中的打刀和振动现象，而钛合金塑性好，机械加工过程中不易脱屑，需要较大的铣削力，而深槽加工过程中的切削热又易加剧刀具的磨损，使得刀具消耗大，零件加工周期长，加工效率很低。

大支板深槽采用φ6合金铣刀对型腔进行粗加工，φ4合金铣刀进行精加工，槽深25mm，粗加工深度每层铣削1.2mm，需要切削21层，铣刀的切削用量为S1200,F35，加工一个支板需要240分钟，且每个支板需要更换一把数铣铣刀。

小支板深槽采用φ3合金铣刀对型腔进行粗加工，φ3合金铣刀进行精加工，槽深25mm，粗加工深度每层铣削0.7mm，需要切削36层，铣刀的切削用量为S1500,F25，加工一个支板需要370分钟，且每个支板需要更换一把数铣铣刀。

零件加工时间为105小时，φ6合金铣刀损耗3把，φ3合金铣刀损耗15把，消耗大量的成本，加工效率低下，严重影响到科研生产。

发明内容

本发明提供了一种钛合金零件的异形深槽加工方法，以解决现有钛合金零件的异形深槽加工，数控刀具损伤大、加工质量差、加工效率低的技术问题。

本发明提供一种钛合金零件的异形深槽加工方法，包括以下步骤：a、针对待加工的钛合金零件特性，对数控刀具的基体、涂层以及外形结构进行改进，以提高加工效率和加工精度；b、依据数控刀具切削状态下轴向所承受的切削力远超径向所承受的切削力的受力分析结构和切削试验结构，对异形深槽加工方法以及加工路线进行改进；c、准备数控刀具，钛合金零件安装于数控机床，找正零点，进行数控加工，得到带异形深槽的钛合金零件。

进一步地，步骤a中数控刀具的基体改进，具体为：采用主要针对难加工材料的优质钨钴类硬质合金作为数控刀具的基体，硬度选用大于或等于P15值，耐磨性选用大于或等于M20值，以使得基体不但具有高硬度，而且具有韧性和抗冲击性，加工钛合金零件时不易产生崩刃和折断现象。

进一步地，步骤a中数控刀具的涂层改进，具体为：在数控刀具表面设置耐磨的TiC化学涂层，使得数控刀具表面具有高耐磨性和红硬性，在1000℃以上的高温环境下依然保持高硬度，从而提高数控刀具的切削速度，切削速度提高至20m/min～40m/min。

进一步地，步骤a中数控刀具的外形结构改进为改进铣刀结构，具体为：采用刀柄径向尺寸大于刀刃径向尺寸的粗柄结构，由30度锥度从刀刃到刀柄进行直径过渡；粗加工铣刀的长径比为7：1，使得粗加工铣刀刚度提高一倍，加工颤动减小，钛合金零件的待加工异形深槽内壁无振纹，保证钛合金零件表面的粗糙度。

进一步地，粗加工铣刀螺旋角由标准的30度改为20度，粗加工铣刀的前角变大，刃口变厚，增加了粗加工铣刀的刃部刚性，提高了粗加工铣刀的刚性和容屑空间，减少了异形深槽的槽底因切屑挤压而造成的打刀现象。

进一步地，精加工铣刀螺旋角由标准的30度改为40度，改进后的大螺旋角使精加工铣刀的刀刃始终保持在切削状态，刃尾还未外伸时刃头已经再次切入，精加工铣刀始终没有断开而脱离钛合金零件，以使得加工过程平稳，提高零件表面粗糙度；螺旋角加大也使精加工铣刀前角变小而变得更加锋利，有利于保证槽型尺寸。

进一步地，步骤b中加工方法的改进，具体为：粗加工采用钻削代替铣削，钻削所受力为轴向力，以使粗加工铣刀能承受更大的切削力而不发生折断和让刀；钻削方式采用啄钻，每钻2mm～4mm深度抬刀清除积留在孔底的切屑，以降低加工过程中的切削热和避免挤断粗加工铣刀的现象。

进一步地，异形深槽的轮廓加工线路依次为：粗钻、精镗、扩孔、铰孔、钻孔去除异形深槽中间余量、半精铣型腔以及精铣型腔。

进一步地，异形深槽的槽深加工路线为：钻头垂直向下，用啄钻的方法钻到深度尺寸。

进一步地，步骤c中的数控加工具体为：c1、粗钻：采用合金钻头，以钻削方式去除待加工异形深槽的四个转角余量，使四个转角的圆角保留至少0.1mm余量；c2、精镗：采用镗刀在四个转角位置精镗四个圆角，保证尺寸公差；为保证合金镗刀的刚性，镗刀刀杆伸出悬长为5mm～9mm，镗削深度为4mm～8mm；c3、埋钻：采用合金埋钻，埋削四个转角，埋削深度为20mm～30mm，孔口的精镗孔给埋钻起到引导作用，从而避免发生颤动和偏摆；c4、铰削：采用合金铰刀，铰削四个转角，铰削深度为20mm～30mm，孔口精镗孔给铰削起到引导作用，从而避免发生颤动和偏摆；c5、深槽粗钻：为尽量多的去除钛合金零件的异形深孔加工余量，采用合金钻头，继续采用钻削方式钻孔，即相邻两孔相接，钻削过程一边有余量而另一边没有余量，以使钻头即能去除较多的余量又保证钻削过程中钻尖不会往空的一方发生飘逸；每钻两个孔之间的间距必须大于刀具的半径且小于刀具直径，两孔间的间距选用1.5mm～3.5mm；c6、半精铣：去除粗加工后深槽周边为锯齿形状突起高点部分，以保证精加工刀具受力的一致性；选用合金铣刀，周边留至少0.3mm的余量；采用逆铣的方法加工，从异形深槽内部切向表面，从而不会对刀尖造成损坏；c7、精铣：精铣加工余量为0.3mm，采用顺铣方式，以保证异形深槽槽型的外形尺寸和槽壁的表面粗糙度要求，并避免刀具加工过程中发生拉刀和挖刀现象；顺铣刀尖从钛合金零件的表面切入，刀具在受力让刀时不挖入钛合金零件内部而只朝空的一方避让，从而保证槽型尺寸不会超差。

本发明具有以下有益效果：

本发明钛合金零件的异形深槽加工方法，通过改进数控铣刀的基体材质和涂层，提高了刀具的红硬性和耐磨性，从而提高了刀具加工过程中的切削速度，降低了刀具的每齿进刀量，减少了刀具的折断现象；通过改进数控刀具的结构，改变数控刀具的长径比，以提高数控刀具刚性，加工中减小了颤动，零件深槽内壁无振纹，能保证零件的表面粗糙度。通过优化加工方法以及优化工艺路线，使得加工时间得以缩减，提高了加工效率，提高了零件表面质量，避免了挖刀现象。解决了钛合金零件内腔精密深槽加工尺寸控制及频繁断刀的问题，保证了粗糙度要求，提高了加工效率，从而保证了新机研制的顺利进行，缩短了研制周期。避免了因槽型尺寸超差造成的零件报废的现象，降低了大量的刀具消耗，节约了成本。开拓了机匣钛合金零件加工的新思路。

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钛合金零件的异形深槽加工方法的步骤流程框图；

图2是本发明优选实施例的钻头受轴向力的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的钛合金零件的异形深槽的轮廓示意图；

图4是本发明优选实施例的转角钻削示意图；

图5是本发明优选实施例的转角精镗示意图；

图6是本发明优选实施例的转角扩孔示意图；

图7是本发明优选实施例的转角铰孔示意图；

图8是本发明优选实施例的钻削深度加工路线示意图；

图9是本发明优选实施例的半精铣示意图；

图10是本发明优选实施例的精加工顺铣路线示意图。

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钛合金零件的异形深槽加工方法的步骤流程框图；图2是本发明优选实施例的钻头受轴向力的结构示意图；图3是本发明优选实施例的钛合金零件的异形深槽的轮廓示意图；图4是本发明优选实施例的转角钻削示意图；图5是本发明优选实施例的转角精镗示意图；图6是本发明优选实施例的转角扩孔示意图；图7是本发明优选实施例的转角铰孔示意图；图8是本发明优选实施例的钻削深度加工路线示意图；图9是本发明优选实施例的半精铣示意图；图10是本发明优选实施例的精加工顺铣路线示意图。

如图1所示，本实施例的钛合金零件的异形深槽加工方法，包括以下步骤：a、针对待加工的钛合金零件特性，对数控刀具的基体、涂层以及外形结构进行改进，以提高加工效率和加工精度；b、依据数控刀具切削状态下轴向所承受的切削力远超径向所承受的切削力的受力分析结构和切削试验结构，对异形深槽加工方法以及加工路线进行改进；c、准备数控刀具，钛合金零件安装于数控机床，找正零点，进行数控加工，得到带异形深槽的钛合金零件。本发明钛合金零件的异形深槽加工方法，通过改进数控铣刀的基体材质和涂层，提高了刀具的红硬性和耐磨性，从而提高了刀具加工过程中的切削速度，降低了刀具的每齿进刀量，减少了刀具的折断现象；通过改进数控刀具的结构，改变数控刀具的长径比，以提高数控刀具刚性，加工中减小了颤动，零件深槽内壁无振纹，能保证零件的表面粗糙度。通过优化加工方法以及优化工艺路线，使得加工时间得以缩减，提高了加工效率，提高了零件表面质量，避免了挖刀现象。解决了钛合金零件内腔精密深槽加工尺寸控制及频繁断刀的问题，保证了粗糙度要求，提高了加工效率，从而保证了新机研制的顺利进行，缩短了研制周期。避免了因槽型尺寸超差造成的零件报废的现象，降低了大量的刀具消耗，节约了成本。开拓了机匣钛合金零件加工的新思路。

本实施例中，步骤a中数控刀具的基体改进，具体为：采用主要针对难加工材料的优质钨钴类硬质合金作为数控刀具的基体。数控刀具的基体材料的硬度选用大于或等于P15值，数控刀具的基体材料的耐磨性选用大于或等于M20值，以使得基体不但具有高硬度，而且具有韧性和抗冲击性，加工钛合金零件时不易产生崩刃和折断现象。

本实施例中，步骤a中数控刀具的涂层改进，具体为：在数控刀具表面设置耐磨的TiC化学涂层，使得数控刀具表面具有高耐磨性和红硬性，在1000℃以上的高温环境下依然保持高硬度，从而提高数控刀具的切削速度，切削速度提高至20m/min～40m/min。

本实施例中，步骤a中数控刀具的外形结构改进为改进铣刀结构，具体为：采用刀柄径向尺寸大于刀刃径向尺寸的粗柄结构，由30度锥度从刀刃到刀柄进行直径过渡；粗加工铣刀的长径比为7：1，使得粗加工铣刀刚度提高一倍，加工颤动减小，钛合金零件的待加工异形深槽内壁无振纹，保证钛合金零件表面的粗糙度。

本实施例中，粗加工铣刀螺旋角由标准的30度改为20度，粗加工铣刀的前角变大，刃口变厚，增加了粗加工铣刀的刃部刚性，提高了粗加工铣刀的刚性和容屑空间，减少了异形深槽的槽底因切屑挤压而造成的打刀现象。

本实施例中，精加工铣刀螺旋角由标准的30度改为40度，改进后的大螺旋角使精加工铣刀的刀刃始终保持在切削状态，刃尾还未外伸时刃头已经再次切入，精加工铣刀始终没有断开而脱离钛合金零件，以使得加工过程平稳，提高零件表面粗糙度。螺旋角加大也使精加工铣刀前角变小而变得更加锋利，有利于保证槽型尺寸。

如图1和图2所示，本实施例中，步骤b中加工方法的改进，具体为：粗加工采用钻削代替铣削，钻削所受力为轴向力，以使粗加工铣刀能承受更大的切削力而不发生折断和让刀。钻削方式采用啄钻，每钻2mm～4mm深度抬刀清除积留在孔底的切屑，以降低加工过程中的切削热和避免挤断粗加工铣刀的现象。

如图1、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9和图10所示，本实施例中，异形深槽的轮廓加工线路依次为：粗钻、精镗、扩孔、铰孔、钻孔去除异形深槽中间余量、半精铣型腔以及精铣型腔。

本实施例中，异形深槽的槽深加工路线为：钻头垂直向下，用啄钻的方法钻到深度尺寸。

本实施例中，步骤c中的数控加工具体为：c1、粗钻：采用合金钻头，以钻削方式去除待加工异形深槽的四个转角余量，使四个转角的圆角保留至少0.1mm余量，如图4所示。c2、精镗：采用镗刀在四个转角位置精镗四个圆角，保证尺寸公差；为保证合金镗刀的刚性，镗刀刀杆伸出悬长为5mm～9mm，镗削深度为4mm～8mm，如图5所示。c3、埋钻：采用合金埋钻，埋削四个转角，埋削深度为20mm～30mm，孔口的精镗孔给埋钻起到引导作用，从而避免发生颤动和偏摆，如图6所示。c4、铰削：采用合金铰刀，铰削四个转角，铰削深度为20mm～30mm，孔口精镗孔给铰削起到引导作用，从而避免发生颤动和偏摆，如图7所示。c5、深槽粗钻：为尽量多的去除钛合金零件的异形深孔加工余量，采用合金钻头，继续采用钻削方式钻孔，即相邻两孔相接，钻削过程一边有余量而另一边没有余量，以使钻头即能去除较多的余量又保证钻削过程中钻尖不会往空的一方发生飘逸；每钻两个孔之间的间距必须大于刀具的半径且小于刀具直径，两孔间的间距选用1.5mm～3.5mm，如图8所示。c6、半精铣：去除粗加工后深槽周边为锯齿形状突起高点部分，以保证精加工刀具受力的一致性；选用合金铣刀，周边留至少0.3mm的余量；采用逆铣的方法加工，从异形深槽内部切向表面，从而不会对刀尖造成损坏，如图9所示。c7、精铣：精铣加工余量为0.3mm，采用顺铣方式，以保证异形深槽槽型的外形尺寸和槽壁的表面粗糙度要求，并避免刀具加工过程中发生拉刀和挖刀现象；顺铣刀尖从钛合金零件的表面切入，刀具在受力让刀时不挖入钛合金零件内部而只朝空的一方避让，从而保证槽型尺寸不会超差，如图10所示。

实施时，提供一种钛合金零件的异形深槽加工方法，具体包括以下步骤：

1、数控刀具改进

1.1、数控刀具基体及涂层改进

钛合金导热系数低，韧性好，具有一定的粘性，刀具加工过程中不易脱屑，零件表面易产生硬化层，致使数控铣刀与钛合金材料摩擦系数较大，容易在短时间内产生较大的切削热，普通合金铣刀在切削温度900度以上红硬性会急剧下降，出现后刀面急剧磨损，刀具寿命较短，只能在较低的切削速度20m/min下进行加工。本发明在刀具材质上选用了主要针对难加工材料的优质钨钴类硬质合金，硬度和耐磨性分别选用为P15和M20值，其不但具有较高的硬度，而且基体有一定的韧性和抗冲击性，在加工较硬材料时不易产生崩刃和折断现象。同时对刀具表面进行耐磨的TiC化学涂层，使铣刀表层有很高耐磨性和红硬性，在1000摄氏度以上依然保持较高的硬度，从而可以提高刀具的切削速度，切削速度可以从10m/min提高到30m/min，进而提高了加工效率。

1.2、数控刀具外形结构改进

标准刀具为直柄合金铣刀，刀具柄部和刃部直径相同，刀具长径比较大，为12：1，刚性很差，加工中产生颤动，使零件斜槽内壁产生振纹，无法保证零件1.6的表面粗糙度。首件加工共打断20把合金铣刀，槽壁挖刀现象严重。

改进铣刀结构：

(1)由直柄结构改为粗柄结构，由30度锥度从刀刃到柄部进行直径过渡，φ3的合金铣刀由30度锥度延伸到柄部，该刀具柄部直径达到φ6，刀具长径比减小为7：1，刚性较之前提高了一倍，加工中减小了颤动，零件深槽内壁无振纹，能保证零件1.6的表面粗糙度。

(2)为提高粗加工铣刀的刚性和容屑空间，铣刀螺旋角由标准的30度改为20度，刀具的前角变大，刃口变厚，增加了铣刀的刃部刚性，较直的螺旋角扩大了铣刀容屑槽的容屑空间，减少了槽底因切屑挤压而造成的打刀现象。

(3)精加工主要以保证尺寸和表面粗糙度为主，所以精加工铣刀螺旋角由标准的30度改为40度，较大的螺旋角使刀具刀刃始终保持在切削状态，刃尾还没有出来刃头已经切入，没有断开，所以加工过程非常平稳，提高了零件表面粗糙度。螺旋角加大也使刀具前角变小，变得更加锋利，有利于保证槽型尺寸。

2、加工方法改进

长径比大于10倍的铣刀在加工钛合金深槽时围绕轮廓进行铣削，受的是径向力，较小直径的刀具承受一定的径向力后易发生折断和让刀现象，不利于保证零件质量和高效加工，根据数控刀具在的受力分析和切削实验，刀具在切削状态下轴向所承受的切削力远超过径向所承受的切削力，所以选择从优化加工路线来提高零件加工效率，如图2所示。

粗加工采用钻削代替铣削，钻削所受为轴向力，刀具可以承受较大的切削力而不发生折断和让刀，而且钻削方式采用啄钻，每钻3mm深抬刀清除积留在孔底切屑，以降低加工过程中的切削热和避免挤断铣刀现象。

2.1、针对精密深槽优化加工方法，来保证产品质量、提高加工效率。

2.2、槽宽4mm的深槽加工(如图3所示)：

原轮廓加工路线：深槽型面粗铣——深槽型面精铣

本发明轮廓加工路线：4-R1.55粗钻---4-R1.5+0.025精镗---4-R1.5+0.025扩孔---4-R1.5+0.025铰孔---钻孔去除深槽中间余量---半精铣型腔---精铣型腔

原槽深加工路线：铣刀螺旋倾斜向下，围绕深槽内腔逐步铣削到深度尺寸。

本发明槽深加工路线：钻头垂直向下，用啄钻的方法钻到深度尺寸。

工步一、4-R1.5+0.025粗钻：

用直径为φ2.8的合金钻头，以钻削方式去除4个转角余量，使4处R1.5+0.025圆角保留0.1mm余量。

工步二、4-R1.5+0.025精镗：

用镗刀在处精镗4个圆角，保证R1.5+0.025的尺寸公差，为保证φ3合金镗刀刚性，镗刀刀杆伸出悬长为7mm，镗削深度为6mm。

工步三、4-R1.5+0.025埋钻：

用直径为φ2.9的合金埋钻，埋削转角4处R1.5，埋削深度为25mm，孔口6mm深的φ3精镗孔给埋钻起到了引导作用，不会发生颤动和偏摆。

工步四、4-R1.5+0.025铰削：

用直径为φ3+0.05的合金绞刀，铰削转角4处R1.5，铰削深度为25mm，孔口6mm深的φ3精镗孔给铰起到了引导作用，不会发生颤动和偏摆。

工步五、4X36深槽粗钻：

为尽量多的去除零件加工余量，采用了φ3.6的合金钻头，断续钻削方式，即相邻两孔没有完全隔开，而是两孔相接，钻削过程一边有余量一边没有余量，为使钻头即能去除较多的余量又可以保证钻削过程中钻尖不会往空的一方发生飘移，每钻两个孔之间的间距必须大于刀具的半径且小于刀具直径，所以两孔间间距选用2.5mm。

钻削加工由于刀具是轴向受力，切削性能得到大幅提高，钻头的切削用量为S2000,F70，深度方向每个孔加工采用了啄钻方式，即每钻2mm深以G00快速抬刀出孔口，以清除孔内积留的铁屑和降低刀具上的切削热，一个槽的粗加工时间为15分钟，一个支板的余量去除时间仅30分钟，粗加工效率得到大幅提高。

工步六、半精铣：

由于余量不均匀，半精铣主要去除粗加工后深槽周边为锯齿形状突起高点部分，保证精加工刀具受力的一致性，选用φ3.5合金铣刀，周边留0.3mm余量，因为深槽内壁表面凹凸不平，顺铣的刀尖是从深槽表面切入零件内部，顺铣刀尖容易在高低点处崩齿，所以采用了逆铣的方法加工，逆铣加工方式刀具是从零件内部切向表面(外部)，不会对刀尖造成损坏。

工步七、精铣：

精铣的加工余量为0.3mm，须保证槽型4X36的外形尺寸和槽壁1.6的表面粗糙度要求，为避免刀具加工过程中发生拉刀和挖刀现象，影响4X36槽外形尺寸，加工方式采用了顺铣，顺铣刀尖是从零件表面切入，刀具在受力让刀时不会挖入零件内部，只会朝空的一方避让，保证槽型尺寸不会超差。

工艺化后的效果：

通过改进数控铣刀的基体材质和涂层，提高了刀具的红硬性和耐磨性，从而提高了刀具加工过程中的切削速度，降低了刀具的每齿进刀量，减少了刀具的折断现象。通过改进数控铣刀的结构，刀具长径比由12：1减小为7：1，刚性较之前提高了一倍，加工中减小了颤动，零件深槽内壁无振纹，能保证零件1.6的表面粗糙度。通过优化工艺路线，粗加工采用钻削代替铣削，每个支板的加工时间由370分钟降为30分钟，提高12倍的加工效率。采用精镗的方式保证了4-R1.5+0.025圆角的尺寸，精加工采用顺铣的方式提高了零件表面质量，避免了挖刀现象。

本发明钛合金零件的异形深槽加工方法，解决了机匣内腔精密深槽加工尺寸控制及频繁断刀的问题，保证了1.6的粗糙度要求，加工效率提高了12倍，从而保证了新机研制的顺利进行，缩短了研制周期。避免了因槽型尺寸超差造成的零件报废的现象，降低了大量的刀具消耗，节约了公司成本。开拓了机匣加工的新思路，目前应用于在研的两个机种，在制的一个机种上，同样取得了很好的效果。

数控机床加工步骤：

1、准备数控刀具。

2、把零件安装与五轴数控机床，找正G54零点。

3、编制数控程序。

4、数控程序输入数控机床进行加工。

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)

1.一种钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、针对待加工的钛合金零件特性，对数控刀具的基体、涂层以及外形结构进行改进，以提高加工效率和加工精度；

b、依据数控刀具切削状态下轴向所承受的切削力远超径向所承受的切削力的受力分析结构和切削试验结构，对异形深槽加工方法以及加工路线进行改进；

c、准备数控刀具，钛合金零件安装于数控机床，找正零点，进行数控加工，得到带异形深槽的钛合金零件。

2.根据权利要求1所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

步骤a中数控刀具的基体改进，具体为：

采用主要针对难加工材料的优质钨钴类硬质合金作为数控刀具的基体，

硬度选用大于或等于P15值，耐磨性选用大于或等于M20值，以使得基体不但具有高硬度，而且具有韧性和抗冲击性，加工钛合金零件时不易产生崩刃和折断现象。

3.根据权利要求2所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

步骤a中数控刀具的涂层改进，具体为：

在数控刀具表面设置耐磨的TiC化学涂层，使得数控刀具表面具有高耐磨性和红硬性，在1000℃以上的高温环境下依然保持高硬度，从而提高数控刀具的切削速度，切削速度提高至20m/min～40m/min。

4.根据权利要求1所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

步骤a中数控刀具的外形结构改进为改进铣刀结构，具体为：

采用刀柄径向尺寸大于刀刃径向尺寸的粗柄结构，由30度锥度从刀刃到刀柄进行直径过渡；粗加工铣刀的长径比为7:1，使得粗加工铣刀刚度提高一倍，加工颤动减小，钛合金零件的待加工异形深槽内壁无振纹，保证钛合金零件表面的粗糙度。

5.根据权利要求4所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

粗加工铣刀螺旋角由标准的30度改为20度，粗加工铣刀的前角变大，刃口变厚，增加了粗加工铣刀的刃部刚性，提高了粗加工铣刀的刚性和容屑空间，减少了异形深槽的槽底因切屑挤压而造成的打刀现象。

6.根据权利要求5所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

精加工铣刀螺旋角由标准的30度改为40度，改进后的大螺旋角使精加工铣刀的刀刃始终保持在切削状态，刃尾还未外伸时刃头已经再次切入，精加工铣刀始终没有断开而脱离钛合金零件，以使得加工过程平稳，提高零件表面粗糙度；螺旋角加大也使精加工铣刀前角变小而变得更加锋利，有利于保证槽型尺寸。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

步骤b中加工方法的改进，具体为：

粗加工采用钻削代替铣削，钻削所受力为轴向力，以使粗加工铣刀能承受更大的切削力而不发生折断和让刀；钻削方式采用啄钻，每钻2mm～4mm深度抬刀清除积留在孔底的切屑，以降低加工过程中的切削热和避免挤断粗加工铣刀的现象。

8.根据权利要求7所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

异形深槽的轮廓加工线路依次为：

粗钻、精镗、扩孔、铰孔、钻孔去除异形深槽中间余量、半精铣型腔以及精铣型腔。

9.根据权利要求8所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

异形深槽的槽深加工路线为：

钻头垂直向下，用啄钻的方法钻到深度尺寸。

10.根据权利要求8所述的钛合金零件的异形深槽加工方法，其特征在于，

步骤c中的数控加工具体为：

c1、粗钻：采用合金钻头，以钻削方式去除待加工异形深槽的四个转角余量，使四个转角的圆角保留至少0.1mm余量；

c2、精镗：采用镗刀在四个转角位置精镗四个圆角，保证尺寸公差；为保证合金镗刀的刚性，镗刀刀杆伸出悬长为5mm～9mm，镗削深度为4mm～8mm；

c3、埋钻：采用合金埋钻，埋削四个转角，埋削深度为20mm～30mm，孔口的精镗孔给埋钻起到引导作用，从而避免发生颤动和偏摆。

c4、铰削：采用合金铰刀，铰削四个转角，铰削深度为20mm～30mm，孔口精镗孔给铰削起到引导作用，从而避免发生颤动和偏摆。

c5、深槽粗钻：为尽量多的去除钛合金零件的异形深孔加工余量，采用合金钻头，继续采用钻削方式钻孔，即相邻两孔相接，钻削过程一边有余量而另一边没有余量，以使钻头即能去除较多的余量又保证钻削过程中钻尖不会往空的一方发生飘逸；每钻两个孔之间的间距必须大于刀具的半径且小于刀具直径，两孔间的间距选用1.5mm～3.5mm；

c6、半精铣：去除粗加工后深槽周边为锯齿形状突起高点部分，以保证精加工刀具受力的一致性；选用合金铣刀，周边留至少0.3mm的余量；采用逆铣的方法加工，从异形深槽内部切向表面，从而不会对刀尖造成损坏；

c7、精铣：精铣加工余量为0.3mm，采用顺铣方式，以保证异形深槽槽型的外形尺寸和槽壁的表面粗糙度要求，并避免刀具加工过程中发生拉刀和挖刀现象；顺铣刀尖从钛合金零件的表面切入，刀具在受力让刀时不挖入钛合金零件内部而只朝空的一方避让，从而保证槽型尺寸不会超差。