CN110076377A - 一种提高钛合金材料槽腔圆角加工效率方法 - Google Patents

一种提高钛合金材料槽腔圆角加工效率方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法，包括以下步骤：步骤一、对槽腔底部进行铣削以形成半径为R的圆角，选用切削铣刀，铣削时，保持所述切削铣刀沿轴向做进给运动，利用切削铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣结合切削；步骤二、采用分层铣削的方式对圆角外侧的槽腔余量进行加工以形成槽腔直边。本发明适用于钛合金等难加工材料槽腔圆角加工以及槽腔圆角较多的零件加工，加工效率比采用传统的径向分层铣削加工方法提高30%以上，刀具成本降低25%以上。

Description

一种提高钛合金材料槽腔圆角加工效率方法
技术领域
本发明涉及钛合金槽腔加工技术领域，尤其涉及一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法。
背景技术
随着现代战争对武器装备性能要求的不断提高及轻量化方向的发展要求，产品结构件集成设计成为现代武器装备的发展趋势，即把多个功能结构件集中到一个结构件中，减少组装产生的误差积累，减少单件加工难度，同时减轻产品重量，提高装调效率，提高产品可靠性，缩短产品生产研制周期。钛合金整体化结构是最理想并已成为光电军用武器装备推广应用的发展方向，但钛合金材料的铣削高效加工一直是数控领域的一个难题，其根本原因在于钛合金本身属于难加工材料，可加工性较差。提高钛合金腔体结构件的加工效率，槽腔圆角加工效率的提高是需要重点解决的问题之一。
槽腔圆角半径通常较小，一般是R2、R3、R4等，传统钛合金槽腔结构件的加工过程中，常选用从大到小多个规格的刀具进行分层铣削。现行数控加工钛合金槽腔圆角的方法是：先采用大规格刀具径向分层铣削，再采用较小规格刀具径向分层铣削，最后采用和钛合金槽腔圆角半径规格一致直径的切削铣刀进行径向分层铣削。当采用和圆角半径一样规格的最小直径刀具进行加工时，由于圆角处切削量突变，导致切削力变化非常大，在切削力突变的情况下，刀具极易产生振动，刀具磨损严重，断刀极易发生，且易铣伤零件，因此，加工时切削刀具在圆角处需降速，来避免圆角处因余量过大而导致的加工振动和断刀现象。图1是现有技术中采用不同规格刀具进行径向分层铣削加工圆角示意图，图2为现有技术中分层圆角加工时切削力测试图。
采用细化轨迹即径向分层铣削加工，使用的刀具规格品种多、刀具轨迹过多，程序容量大，加工效率低，刀具让刀严重，而且加工质量不一致。在整个槽腔加工过程中，圆角的粗加工占20%，精加工占40%甚至更多，尤其是圆角数量较多的槽腔，圆角加工是影响钛合金槽腔高效加工效率的最主要因素。
发明内容
为解决上述现有的技术问题，本发明提供了一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法，包括以下步骤：
步骤一、对槽腔底部进行铣削以形成半径为R的圆角，选用切削铣刀，铣削时，保持所述切削铣刀沿轴向做进给运动，利用切削铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣结合切削；
步骤二、采用分层铣削的方式对圆角外侧的槽腔余量进行加工以形成槽腔直边。
优选地，步骤一中半径为R的槽腔圆角铣削分三步进行，
第一步：槽腔圆角粗加工，选用直径为Dc1的粗加工铣刀，保持所述粗加工铣刀沿轴向做进给运动，利用粗加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，粗铣大余量；
第二步：槽腔圆角半精加工，选用直径Dc2的半精加工铣刀，保持所述半精加工铣刀沿轴向做进给运动，利用半精加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，去除半精余量，其中Dc2＜Dc1；
第三步：槽腔圆角精加工，选用直径DC3的精加工铣刀，保持所述精加工铣刀沿轴向做进给运动，利用精加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，去除精加工余量，其中Dc3＜Dc2，Dc3=2R。
优选地，第三步中，所述精加工铣刀铣削时，铣削参数为2000转/min，切削宽度为精加工铣刀直径的1/3~1/2，进给率为0.08~0.25min/齿，所述精加工铣刀为钛合金硬质合金铣刀，精加工铣刀的切削刃角度为87°或90°。
优选地，所述步骤一中所选用切削铣刀的直径Dc=2R。
优选地，所述切削铣刀铣削时，铣削参数为2000转/min，切削宽度为切削铣刀直径的1/3~1/2，进给率为0.08~0.25min/齿，所述切削铣刀为钛合金硬质合金铣刀，切削铣刀的切削刃角度为87°或90°。
本发明提供的加工方法可大幅提高加工效率，同时加工质量一致稳定。由于对槽腔圆角铣削时，切削力大部分沿着刀轴方向，径向切削力非常小，而且切削力非常平稳，减少了刀具、工件的变形，能够有效避免机床振动及断刀现象，同时大幅提高去除圆角余量的加工效率。本发明仅仅使用一把和槽腔圆角半径一致规格的铣刀，不仅降低了刀具使用成本，而且程序设计简单，程序容量小，圆角加工质量一致性、稳定性高，加工效率高，圆角的粗加工时间缩短25%，精加工时间缩短40%，而且刀具成本节约25%以上。
本发明适用于钛合金等难加工材料槽腔圆角加工以及槽腔圆角较多的零件加工，加工效率比采用传统的径向分层铣削加工方法提高30%以上，刀具成本降低25%以上。
附图说明
图1是现有技术中采用不同规格刀具进行径向分层铣削加工圆角示意图。
图2为现有技术中分层圆角加工时切削力测试图。
图3是本发明实施例1加工方法的示意图。
图4是本发明实施例1圆角加工切削力测试图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的实施例。
实施例1
参见图3，槽腔圆角R2的加工方法：
步骤一、对槽腔底部进行铣削以形成半径为2的圆角，分三步进行，
第一步：槽腔圆角粗加工，选用直径Dc1=10的粗加工铣刀，保持所述粗加工铣刀沿轴向做进给运动，利用粗加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，粗铣大余量，槽腔圆角粗加工在槽腔底部加工出一R5圆角；
第二步：槽腔圆角半精加工，选用直径Dc2=6的半精加工铣刀，保持所述半精加工铣刀沿轴向做进给运动，利用半精加工切削铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，去除半精余量，槽腔圆角半精加工在R5圆角内侧加工出一R3圆角；
第三步：槽腔圆角精加工，选用直径Dc3=4的精加工铣刀，保持所述精加工铣刀沿轴向做进给运动，利用精加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，去除精加工余量，槽腔圆角精加工在R3圆角内侧加工出一R2圆角，所述精加工铣刀铣削时，铣削参数为2000转/min，切削宽度为精加工铣刀直径的1/3~1/2，进给率为0.08~0.25min/齿，所述精加工铣刀为钛合金硬质合金铣刀，精加工铣刀的切削刃角度为87°或90°。
本实施例的加工方法适用于圆角半径较小的槽腔圆角加工，可以提高槽腔圆角加工的加工效率。
步骤二、采用分层铣削的方式对圆角外侧的槽腔余量进行加工，针对步骤一中铣削完后的残留，用立铣刀进行清除以形成槽腔直边。
参见图4，由于对槽腔圆角铣削时，切削力大部分沿着刀轴方向，径向切削力非常小，而且切削力非常平稳，减少了刀具、工件的变形，能够有效避免机床振动及断刀现象，同时大幅提高去除圆角余量的加工效率。
实施例2
槽腔圆角R4的加工方法：
步骤一、对槽腔底部进行铣削以形成半径为4的圆角，选用直径Dc=8的切削铣刀，铣削时，保持所述切削铣刀沿轴向做进给运动，利用切削铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣结合切削，所述切削铣刀铣削时，铣削参数为2000转/min，切削宽度为切削铣刀直径的1/3~1/2，进给率为0.08~0.25min/齿，所述切削铣刀为钛合金硬质合金铣刀，切削铣刀的切削刃角度为87°或90°。
步骤二、采用分层铣削的方式对圆角外侧的槽腔余量进行加工，针对步骤一中铣削完后的残留，用立铣刀进行清除以形成槽腔直边。
本实施例的加工方法适用于圆角半径较大的槽腔圆角加工。

Claims (5)

1.一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一、对槽腔底部进行铣削以形成半径为R的圆角，选用切削铣刀，铣削时，保持所述切削铣刀沿轴向做进给运动，利用切削铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣结合切削；
步骤二、采用分层铣削的方式对圆角外侧的槽腔余量进行加工以形成槽腔直边。
2.根据权利要求1所述的一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法，其特征在于：步骤一中半径为R的槽腔圆角铣削分三步进行，
第一步：槽腔圆角粗加工，选用直径为Dc1的粗加工铣刀，保持所述粗加工铣刀沿轴向做进给运动，利用粗加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，粗铣大余量；
第二步：槽腔圆角半精加工，选用直径Dc2的半精加工铣刀，保持所述半精加工铣刀沿轴向做进给运动，利用半精加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，去除半精余量，其中Dc2＜Dc1；
第三步：槽腔圆角精加工，选用直径DC3的精加工铣刀，保持所述精加工铣刀沿轴向做进给运动，利用精加工铣刀底部的切削刃对槽腔底部进行钻、铣组合切削，去除精加工余量，其中Dc3＜Dc2，Dc3=2R。
3.根据权利要求2所述的一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法，其特征在于：第三步中，所述精加工铣刀铣削时，铣削参数为2000转/min，切削宽度为精加工铣刀直径的1/3~1/2，进给率为0.08~0.25min/齿，所述精加工铣刀为钛合金硬质合金铣刀，精加工铣刀的切削刃角度为87°或90°。
4.根据权利要求1所述的一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法，其特征在于：所述步骤一中所选用切削铣刀的直径Dc=2R。
5.根据权利要求4所述的一种提高钛合金槽腔圆角加工效率的方法，其特征在于：所述切削铣刀铣削时，铣削参数为2000转/min，切削宽度为切削铣刀直径的1/3~1/2，进给率为0.08~0.25min/齿，所述切削铣刀为钛合金硬质合金铣刀，切削铣刀的切削刃角度为87°或90°。
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