CN108687388A - 用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，包括如下步骤，1，小转角R加工；先用直径是小转角R尺寸2倍的钻头或铣刀，在小转角R的位置处通过钻削加工或插铣加工钻孔，完成小转角加工；2，轮廓铣削加工区域加工；根据结构尺寸，在不损伤零件的前提下，选择铣刀采用轮廓铣削的方式加工深壁面的轮廓铣削加工区域；3，如果加工完小转角R和轮廓铣削区域后的型腔内无残留，则完成加工；若有残留，则根据残留区域轮廓曲线的弧度，采用铣刀对残留区域进行插铣加工，完成型腔加工。提高小转角R、深壁面特征的型腔加工质量和加工效率，实现快速、高效的小转角R、深壁面特征的型腔铣加工。

Description

用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法

技术领域

本发明涉及型腔的数控铣加工方法，具体为用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法。

背景技术

目前燃烧室机匣上的孔探仪等测试安装座具有几何尺寸小、转角R小、壁面深、结构复杂等特点。因燃烧室机匣全部采用高温合金材料，该类材料具有强度大、加工硬化倾向大、切削温度高、导热性差等特点，致使其加工难度大。针对材料特点和零件结构的特点，对这些特征结构常采用分层轮廓铣削的方法进行加工，在加工顺序上，常常先用直径稍大些的铣刀进行轮廓铣加工，再选用直径稍小些的铣刀进行轮廓铣加工，逐渐缩小铣刀的直径以满足小转角R、深壁面的加工要求。受测试座转角R尺寸的限制，铣刀直径不能大于转角R尺寸，一般情况下，测试座转角R为1mm，致使铣刀直径不能大于φ2mm，因刀具直径小，刀具刚性不足，在加工深壁面时受切削抗力大的影响，会产生让刀现象，造成壁面与测试座端面不垂直现象，零件质量不易保证；再由于刀具刚性不足，在加工过程中，受零件材料的影响，刀具易产生崩刃、打刀等现象，常常造成零件损伤以至报废情况，零件报废风险较大；因在加工中采用分层轮廓铣削的方法，刀具的切削轨迹长，致使零件的加工时间长，不能满足零件的生产需求。因此，采用分层轮廓铣削的方法加工小转角R、深壁面的高温合金零件结构已不能满足零件质量、生产周期的要求。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，提高小转角R、深壁面特征的型腔加工质量和加工效率，实现快速、高效的小转角R、深壁面特征的型腔铣加工。

本发明是通过以下技术方案来实现：

用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，包括如下步骤，

步骤1，小转角R加工；先用直径是小转角R尺寸2倍的钻头或铣刀，在小转角R的位置处通过钻削加工或插铣加工钻孔，完成小转角加工；

步骤2，轮廓铣削加工区域加工；根据结构尺寸，在不损伤零件的前提下，选择铣刀采用轮廓铣削的方式加工深壁面的轮廓铣削加工区域；

步骤3，如果加工完小转角R和轮廓铣削区域后的型腔内无残留，则完成加工；若有残留，则根据残留区域轮廓曲线的弧度，采用铣刀对残留区域进行插铣加工，完成型腔加工。

优选的，小转角深壁面型腔中小转角R小于等于1mm，深度H大于等于10倍小转角R。

优选的，选用直径是深壁面转角R尺寸2倍的钻头或铣刀在小转角R的同位置处钻孔，通过刀尖对刀，钻孔深度比壁面深部略浅。

优选的，在铣加工时使用强力刀柄或液压刀柄夹持刀具。

优选的，步骤2中，根据结构尺寸，在不损伤零件的前提下，选择较大直径的铣刀采用轮廓铣削的方式加工深壁面的轮廓铣削加工区域，再逐渐选用较小直径的合金铣刀扩大其加工范围，直至选用的铣刀直径产生让刀为止，即不适合轮廓铣削方式为止。

优选的，步骤3中，若有残留，则根据残留区域轮廓曲线的弧度，依次从大到小选用钻头或铣刀对残留区域进行钻削加工或插铣加工，直到选取的钻头或铣刀直径为转角R尺寸2倍为止，完成型腔加工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明根据高温合金材料的难加工特点和小转角R、深壁面的结构特点，采用钻削加工转角R、轮廓铣削加工深壁面较为开阔区域、用插铣的方法加工其残留区域，有效地解决了因小直径铣刀在轮廓铣削加工中因刚性不足造成的让刀、崩刃、打刀现象，使加工的小转角R、深壁面特征尺寸稳定可靠。实现了在高温合金材料上小于等于1mm的小转角R、且深度H大于等于10倍R的深壁面的数控铣加工，其加工快速稳定，加工质量和加工效率得到了显著提高。

附图说明

图1为本发明实施中所述的加工零件的结构尺寸简图。

图2为本发明实施中所述的钻削小转角R示意图。

图3为本发明实施中所述的φ12铣刀轮廓铣削示意图。

图4为本发明实施中所述的φ6铣刀轮廓铣削示意图。

图5为本发明实施中所述的φ3铣刀插铣示意图。

图6为本发明实施中所述的φ1.5铣刀插铣示意图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

本发明针对高温合金材料强度大、加工硬化倾向大、切削温度高、导热性差的材料加工特点以及小转角R、深壁面的结构特点，主要通过以下技术手段解决铣削过程中因切削抗力大、刀具刚性差产生的让刀、崩刃、打刀等问题，达到小转角R、深壁面特征加工质量稳定的目的。

第一，采用合适的工艺方法，改变刀具受力方向，减小切削让刀现象。

第二，使用稳固性更强的刀柄夹持刀具，增强刀具在切削中的稳定性。

第三，采用合适的走刀路线方式，减少切削抗力、增加刀具切削过程中的刚性。

具体的包括如下步骤：

步骤一、确定适合小转角R、深壁面特征加工的工艺方法。

在分层轮廓铣削孔探仪等测试安装座的壁面和转角时，铣刀主要受径向切削力，继而产生让刀现象，尤其是在加工深壁面的转角R时，刀具受径向切削力极大，极易产生让刀，乃至崩刃、打刀现象。

在钻削加工或插铣加工时，刀具主要受轴向切削力，会较好的规避刀具因受径向切削力产生的让刀现象。因此，在加工深壁面的转角R区域时，选用钻削加工和插铣加工方式。在加工深壁面转角R以外的区域时，选用轮廓铣削的加工方式。

步骤二、确定夹持刀具的刀柄；

强力刀柄和液压刀柄夹持刀具的稳固性优于普通弹簧夹头刀柄。在铣加工时使用强力刀柄或液压刀柄夹持刀具。

步骤三、确定走刀路线，编制数控加工程序；

1、确定转角R的钻孔位置及加工顺序；

选用直径是深壁面转角R尺寸2倍的合金钻头在转角R的同位置处钻孔，对刀方式为刀尖对刀，钻孔深度比壁面深部略浅约0.1mm。为了避免转角R因铣加工产生让刀现象而导致转角R加工不到位或铣加工过切，在加工壁面前，先在转角R处进行钻孔，用钻孔的方式达到转角R的尺寸要求。

2、确定转角R区域外的加工工艺及加工顺序；

在转角R处钻完孔后，根据结构尺寸，在不损伤零件的前提下，选择较大直径的合金铣刀采用轮廓铣削的方式加工深壁面较为开阔的区域，再逐渐选用较小直径的合金铣刀扩大其加工范围，直至选用的铣刀直径产生让刀为止，即不适合轮廓铣削方式为止。

3、确定残留区域的走刀路线及加工顺序；

加工完转角R和深壁面较为开阔的区域后，根据残留区域曲线的弧度依次从大到小选用铣刀对残留区域进行插铣加工，直到选取的铣刀直径为转角R尺寸2倍的合金铣刀为止，并满足图纸要求。

4、确定整个深壁面、小转角R特征的加工顺序；

先用直径是深壁面转角R尺寸2倍的合金钻头在转角R的位置处钻孔，深度为壁面深度；再依次选用从大到小直径的合金铣刀采用轮廓铣削的方法加工深壁面较为开阔的区域，直直至选用的直径接近钻转角R的钻头直径；最后选用直径是深壁面转角R尺寸2倍的铣刀采用插铣的方式加工转角R区域，最终完成深壁面、小转角R的特征加工。

在具体应用时，加工如图1所示的零件，其型腔的参数分别为：铣加工型腔直径开阔空间角度2处120°，转角R为4处为0.75，壁面深度加工时，型腔端面所在平面为XY平面，型腔中心设为X0、Y0、Z0。在数控系统加工中心上加工，具体加工步骤如下：

步骤一、确定适合小转角R、深壁面特征加工的工艺方法；

在加工深壁面的转角R区域时，选用钻削加工和插铣加工方式。

在加工深壁面转角R以外的区域时，选用轮廓铣削的加工方式。

步骤二、确定夹持刀具的刀柄；

使用强力刀柄夹持刀具。

步骤三、确定走刀路线，编制数控加工程序；

1、确定转角R的钻孔位置及加工顺序；

如图2所示，选用直径为Ф1.5合金钻头在转角R的同位置处钻孔，对刀方式为刀尖对刀。转角R的加工放在整个加工的第1步。

2、确定转角R区域外的加工工艺及加工顺序；

如图3和图4所示，第2步，依次用Ф12合金铣刀、Ф6合金铣刀，采用轮廓铣削的加工方式加工深壁面转角R以外的区域。先用Ф12合金铣刀以零件的型腔中心为下刀位置O进行下刀，完成如图3中铣削后的轮廓线l1，再采用Ф6合金铣刀以零件的型腔中心为下刀位置O进行下刀，从l1的左右两侧分别作为量你办的铣削起始点A和B完成对应部分的铣削，得到如图4中铣削后的轮廓线l2。

3、确定残留区域的走刀路线及加工顺序；

如图5所示，第3步，用Ф3合金铣刀，采用插铣的方式加工深壁面的残留区域，即加工完小转角R和轮廓铣削区域后的型腔内的剩余待加工区域，以逐渐接近加工要求；如图6所示，最后用Ф1.5合金铣刀，采用插铣的方式完成深壁面的残留区域的加工。

4、确定整个深壁面、小转角R特征的加工顺序；

如图2至图6，先用Ф1.5合金钻头在小转角R的同位置处钻削加工转角R；再依次用Ф12合金铣刀、Ф6合金铣刀，采用轮廓铣削的加工方式加工深壁面小转角R以外的轮廓铣削加工区域；接下来用Ф3合金铣刀，采用插铣的方式加工深壁面的小转角R处残留区域，以逐渐接近加工要求；最后用Ф1.5合金铣刀，采用插铣的方式完成深壁面的小转角R处残留区域的加工。

Claims (6)

1.用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，其特征在于，包括如下步骤，

步骤1，小转角R加工；先用直径是小转角R尺寸2倍的钻头或铣刀，在小转角R的位置处通过钻削加工或插铣加工钻孔，完成小转角加工；

步骤2，轮廓铣削加工区域加工；根据结构尺寸，在不损伤零件的前提下，选择铣刀采用轮廓铣削的方式加工深壁面的轮廓铣削加工区域；

步骤3，如果加工完小转角R和轮廓铣削区域后的型腔内无残留，则完成加工；若有残留，则根据残留区域轮廓曲线的弧度，采用铣刀对残留区域进行插铣加工，完成型腔加工。

2.根据权利要求1所述的用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，其特征在于，小转角深壁面型腔中小转角R小于等于1mm，深度H大于等于10倍小转角R。

3.根据权利要求1所述的用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，其特征在于，选用直径是深壁面转角R尺寸2倍的钻头或铣刀在小转角R的同位置处钻孔，通过刀尖对刀，钻孔深度比壁面深部略浅。

4.根据权利要求1所述的用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，其特征在于，在铣加工时使用强力刀柄或液压刀柄夹持刀具。

5.根据权利要求1所述的用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，其特征在于，步骤2中，根据结构尺寸，在不损伤零件的前提下，选择较大直径的铣刀采用轮廓铣削的方式加工深壁面的轮廓铣削加工区域，再逐渐选用较小直径的合金铣刀扩大其加工范围，直至选用的铣刀直径产生让刀为止，即不适合轮廓铣削方式为止。

6.根据权利要求1所述的用于高温合金材料上小转角深壁面型腔数控铣的加工方法，其特征在于，步骤3中，若有残留，则根据残留区域轮廓曲线的弧度，依次从大到小选用钻头或铣刀对残留区域进行钻削加工或插铣加工，直到选取的钻头或铣刀直径为转角R尺寸2倍为止，完成型腔加工。