CN110405266B - 一种采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，所述的成型铣刀括刀杆、刀齿和刀片支承座，所述刀片支承座安装在所述刀杆的一端，所述刀片支承座自刀杆端部向刀尖依次设有基准台阶面、第一台阶面和第二台阶面，所述基准台阶面、第一台阶面和第二台阶面上均设有五个所述的刀齿，五个所述的刀齿结构相同，每层五个所述的刀齿到刀杆的中线相距等角度分布，所述刀齿的刃口型线的连接线与待加工件的枞树形圆弧面匹配且为螺旋线；用该成型铣刀加工枞树形圆弧榫头不需要多次夹装，榫头、机床转台及成型铣刀联动转动能避免加工过切，以解决现有的枞树形圆弧榫头加工效率低、产品合格率低及刀具成本高的问题。

Description

一种采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法

技术领域

本发明涉及发动机叶片榫头的加工技术领域，具体涉及一种采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法。

背景技术

叶片是发动机、燃气轮机、风机等设备必不可少的零件，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。发动机的叶片榫头也有多种结构形式，枞树形圆弧叶片榫头是指根型为枞树形，且盆背方向为圆弧的榫头，见附图8；对于此类叶片榫头的加工难度较大，以往使用小球刀分步扫描加工每个部位，但是这种方法加工效率极低，尺寸很难保证合格，且刀具消耗较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，用该成型铣刀加工枞树形圆弧榫头不需要多次夹装，榫头、机床转台及成型铣刀联动转动能避免加工过切，以解决现有的枞树形圆弧榫头加工效率低、产品合格率低及刀具成本高的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种成型铣刀，包括刀杆、刀齿和刀片支承座，所述刀片支承座安装在所述刀杆的一端，所述刀片支承座自刀杆端部向刀尖依次设有基准台阶面、第一台阶面和第二台阶面，所述刀杆、基准台阶面、第一台阶面和第二台阶面的中心线在同一直线上，所述基准台阶面、第一台阶面和第二台阶面上均设有五个所述的刀齿，五个所述的刀齿结构相同，每层五个所述的刀齿到刀杆的中线相距等角度分布，所述刀齿的刃口型线的连接线与待加工件的枞树形圆弧面匹配且为螺旋线；

所述刀齿刃口的螺旋角为15°，第一后角(β1)为12°，第二后角(β2)为20°；

所述刀杆的直径为32mm，所述成型铣刀的直径为42mm。

进一步地，所述刀杆和刀片支承座为一体成型结构。

所述枞树形圆弧榫头包括枞树形圆弧榫头本体，所述枞树形圆弧榫头本体由叶片榫头出气面、叶片榫头进气面、叶片榫头底面、叶片榫头盆压力面和叶片榫头背压力面组成，所述叶片榫头盆压力面与叶片中心轴线之间的夹角及叶片榫头背压力面与叶片中心轴线之间的夹角均为26°；

所述刀齿的刃口型线连接而成的螺旋线与所述枞树形圆弧榫头的叶片榫头出气面及叶片榫头进气面匹配；

采用所述成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法主要包括以下几个步骤：

S1、将毛料粗加工形成具有榫头轮廓的初型毛料：将毛料固定在机床转台的夹具上，使毛料的叶片中心轴线与机床主轴平行，用盘刀对毛料进行粗铣，并给精加工留0.5mm～1.0mm的余量；

S2、用Φ50棒刀精铣所述初型毛料得到枞树形圆弧榫头的盆压力面和背压力面；

S3、精加工初型毛料得到叶片榫头进气面轮廓：使成型铣刀的刀尖端面与叶片榫头底面中心的接触点为对刀初始位置O，通过数控铣床控制所述成型铣刀的刀尖端面沿叶片榫头底面横向移动，通过程序控制成型铣刀、初型毛料以及转台转动完成叶片榫头进气面轮廓的铣削；

S4、精加工初型毛料得到叶片榫头出气面轮廓：控制主轴返回对刀初始位置，通过数控铣床控制所述成型铣刀的刀尖端面沿叶片榫头底面纵向移动，通过程序控成型铣刀、初型毛料以及转台转动完成叶片榫头出气面轮廓的铣削。

进一步地，所述叶片榫头进气面轮廓精加工的过程具体还包括如下步骤：

S310、将所述成型铣刀安装在数控铣床的主轴上，将初型毛料通过工装和夹具安装在数控铣床的工作台上，使初型毛料的叶片中心轴线平行于数控铣床工作台的台面；

S320、以叶片中心轴线为Z轴，以叶片榫头的基准线为X轴，以叶片中心轴线指向叶片榫头底面的方向为Z轴的正方向，使成型铣刀的刀尖端面与叶片榫头底面中心的接触点为对刀初始位置O，通过安装在数控铣床上的程序控制所述成型铣刀的刀尖端面沿Z轴的负方向移动H+A=H+B-D的距离,所述第一台阶面到刀尖端面的距离为A，所述叶片榫头进气面的台阶与叶片榫头的基准线的距离为H，所述基准台阶面到成型铣刀的刀尖端面的距离为B,所述第一台阶面到基准台阶面的距离为D；

S330、通过程序控制X轴、Z轴以及转台转动，同时通过程序给定Z轴补偿量C=0～4mm，使成型铣刀沿叶片榫头进气面回转方向圆弧走刀完成叶片榫头进气面轮廓的铣削。

进一步地，叶片榫头出气面轮廓精加工的过程具体还包括如下步骤：

S410、控制主轴返回对刀初始位置，以叶片榫头的基准线指向叶片榫头进气面的方向为X轴的正方向, 以叶片中心轴线指向叶片榫头底面的方向为Z轴的正方向，通过数控铣床上的程序控制所述成型铣刀的刀尖端面沿X轴的负方向移动E+0.5*2mm的距离，所述叶片榫头出气面和叶片榫头进气面的距离为E；

S420、通过程序控制X轴、Z轴以及转台转动，同时通过程序给定Z轴补偿量C=0～4mm，使成型铣刀沿叶片榫头出气面回转方向圆弧走刀完成出气面轮廓的铣削。

进一步地，所述枞树形圆弧榫头的材料为不锈钢，所述铣削的切削速度为150m/min～350m/min，进给速度为200mm/min～500mm/min。

进一步地，所述枞树形圆弧榫头的材料为钛合金，所述铣削的切削速度为60m/min～150m/min，进给速度为80mm/min～200mm/min。

进一步地，所述枞树形圆弧榫头的材料为高温合金，所述铣削的切削速度为40m/min～120m/min，进给速度为40mm/min～120mm/min。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的成型铣刀的刃口型线连接而成的特制的螺旋线与所述枞树形圆弧榫头的叶片榫头出气面及叶片榫头进气面匹配，首先利用盘刀和棒刀初步加工毛料，再以叶片中心轴线为Z轴、以叶片榫头的基准线为X轴建立直角坐标系，以成型铣刀的刀尖端面与叶片榫头底面中心的接触点为对刀初始位置实现快速对刀，通过横向或纵向移动刀尖端面，并通过程序控制X轴、Z轴以及转台转动以配合成型铣刀和叶片榫头各个加工面相对位置，同时通过程序给定Z轴补偿量C，使成型铣刀沿叶片榫头待加工面回转方向圆弧走刀完成待加工面轮廓的铣削；整个加工过程中使用配套的成型铣刀能一次成型加工整个树形圆弧叶片榫头，对刀一次性完成，避免了其他分部位加工方法的多次装夹，CMM一次合格率提升到90%以上，不仅减少了刀具消耗，加工效率较原有加工方式提升了3～4倍。

2）通过程序控制转台和主轴的联动，使得转台和主轴的联动及时准确地配合成型铣刀和待加工面间的角度，使任一时刻的加工面的加工位置始终是零件圆弧的象限点，避免了加工过切，保证了加工精度，提高了加工效率。

附图说明

图1为发明的成型铣刀的整体结构示意图；

图2为发明的成型铣刀的主视图；

图3为发明的成型铣刀的刀片的刃口型线示意图；

图4为图1的左视图；

图5为图1的投影图；

图6为图5的剖视图；

图7为发明的枞树形圆弧榫头的结构示意图；

图8为发明的枞树形圆弧榫头的底面结构示意图；

图9为采用本发明成型铣刀加工枞树形圆弧榫头时对刀状态的示意图；

图10为发明的成型铣刀铣削枞树形圆弧榫头的进气面时，榫头与成型铣刀的相对位置示意图；

图11为发明的成型铣刀铣削枞树形圆弧榫头的出气面时，榫头与成型铣刀的相对位置示意图；

图12为转台转动时程序给定Z轴补偿量的状体示意图；

图13为铣削枞树形圆弧榫头进出气面时榫头、机床转台及成型铣刀的相对位置示意图；

图中，1-刀杆，2-刀齿，3-刀片支承座，301-基准台阶面，302-第一台阶面，303-第二台阶面，4-枞树形圆弧榫头本体，401-叶片榫头出气面，402-叶片榫头进气面，403-叶片榫头底面，404-叶片榫头盆压力面，405-叶片榫头背压力面，406-叶片中心轴线，407-叶片榫头的基准线，5-毛料，6-转台。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。

请参照图7-8，本发明待加工的枞树形圆弧榫头包括枞树形圆弧榫头本体4，所述枞树形圆弧榫头本体4由叶片榫头出气面401、叶片榫头进气面402、叶片榫头底面403、叶片榫头盆压力面404和叶片榫头背压力面405组成，所述叶片榫头盆压力面404与叶片中心轴线406之间的夹角及叶片榫头背压力面405与叶片中心轴线406之间的夹角均为26°；该树形圆弧叶片榫头根型为枞树形，且盆背方向为圆弧的榫头，对于此类叶片榫头的加工难度较大，以往使用小球刀分步扫描加工每个部位，但是这种方法加工效率极低，尺寸很难保证合格，且刀具消耗较大。

实施例1

请参照图1-3，为了加工所述的枞树形圆弧榫头，特制一种成型铣刀，包括刀杆1、刀齿2和刀片支承座3，所述刀片支承座3安装在所述刀杆1的一端，所述刀片支承座3自刀杆1端部向刀尖依次设有基准台阶面301、第一台阶面302和第二台阶面303，所述刀杆1、基准台阶面301、第一台阶面302和第二台阶面303的中心线在同一直线上，所述基准台阶面301、第一台阶面302和第二台阶面303上均设有五个所述的刀齿2，五个所述的刀齿2结构相同，每层五个所述的刀齿2到刀杆1的中线相距等角度分布，所述刀齿2的刃口型线的连接线与待加工件的枞树形圆弧面匹配且为螺旋线。

所述成型铣刀的制作材料可选用硬质合金或高速钢来制作，具体根据待加工件的材质来决定。

请参照图5-6，所述刀齿2刃口的螺旋角为15°，第一后角(β1)为12°，第二后角(β2)为20°。

请参照图3-4，所述刀杆1的直径为32mm，所述成型铣刀的直径为42mm。

优选地，所述刀杆1和刀片支承座3为一体成型结构。

请参照图3，所述刀齿2的刃口型线连接而成的螺旋线与所述枞树形圆弧榫头的叶片榫头出气面401及叶片榫头进气面402匹配。

实施例2

本实施例在型号TMH-630的数控铣床上加工该枞树形圆弧榫头，先用盘刀对毛料5进行粗铣，再用棒刀精铣所述得到枞树形圆弧榫头的盆压力面和背压力面，继而用所述的成型铣刀对加工叶片榫头进气面402和叶片榫头出气面401。

本实施例的枞树形圆弧榫头使用不锈钢材质的毛料5来加工，用到的成型铣刀的材料为硬质合金K40UF。

采用所述成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法主要包括以下几个步骤：

第一步、将毛料5粗加工形成具有榫头轮廓的初型毛料：将毛料5固定在机床转台6的夹具上，使毛料5的叶片中心轴线406与机床主轴平行，用盘刀对毛料5进行粗铣，并给精加工留0.5mm～1.0mm的余量；

粗铣完成后得到具有榫头轮廓的初型毛料。

第二步、用Φ50棒刀精铣所述初型毛料得到枞树形圆弧榫头的盆压力面和背压力面；

第三步、精加工初型毛料得到叶片榫头进气面402轮廓：使成型铣刀的刀尖端面与叶片榫头底面403中心的接触点为对刀初始位置O，通过数控铣床控制所述成型铣刀的刀尖端面沿叶片榫头底面403横向移动，通过程序控制成型铣刀、初型毛料5以及转台6转动完成叶片榫头进气面402轮廓的铣削；

所述叶片榫头进气面402轮廓精加工的过程具体包括如下步骤：

（1）、将所述成型铣刀安装在数控铣床的主轴上，将初型毛料通过工装和夹具安装在数控铣床的工作台上，使初型毛料的叶片叶型的中心轴线平行于数控铣床工作台的台面；

（2）、以叶片中心轴线406为Z轴，以叶片榫头的基准线407为X轴，以叶片中心轴线406指向叶片榫头底面403的方向为Z轴的正方向，使成型铣刀的刀尖端面与叶片榫头底面403中心的接触点为对刀初始位置O（请参照图9），通过安装在数控铣床上的程序控制所述成型铣刀的刀尖端面沿Z轴的负方向移动H+A=H+B-D的距离,所述第一台阶面302到刀尖端面的距离为A，所述叶片榫头进气面402的台阶与叶片榫头的基准线407的距离为H，所述基准台阶面301到成型铣刀的刀尖端面的距离为B,所述第一台阶面302到基准台阶面301的距离为D，请参照图10；

所述的A=45.518mm；H=15.6mm；B=68.018；D=22.5mm。

（3）、请参照图12-13，通过程序控制X轴、Z轴以及转台6转动，转台6逆时针旋转12°，主轴X向移动至零件左侧，主轴以800～1200s/min的转速，100～300mm/min的进给（综合Z向和X向），转台6以100～300mm/min的进给开始加工零件，加工过程中，通过程序保证切削点始终是所在圆弧的象限点，同时通过程序给定Z轴补偿量C=0～4mm，使成型铣刀沿叶片榫头进气面402回转方向圆弧走刀完成进气面轮廓的铣削,所述铣削的切削速度为150m/min～350m/min，进给速度为200mm/min～500m/min；

通过程序控制转台6和主轴的联动，使得转台6和主轴的联动及时准确地配合成型铣刀和待加工面间的角度，使任一时刻的加工面的加工位置始终是零件圆弧的象限点，避免了加工过切，保证了加工精度，提高了加工效率。

第四步、精加工初型毛料5得到叶片榫头出气面401轮廓：控制主轴返回对刀初始位置，通过数控铣床控制所述成型铣刀的刀尖端面沿叶片榫头底面403纵向移动，通过程序控成型铣刀、初型毛料5以及转台6转动完成叶片榫头出气面401轮廓的铣削。

请参照图11，叶片榫头出气面401轮廓精加工的过程具体包括如下步骤：

（110）、控制主轴返回对刀初始位置，以叶片榫头的基准线407指向叶片榫头进气面402的方向为X轴的正方向, 以叶片中心轴线406指向叶片榫头底面403的方向为Z轴的正方向，通过数控铣床上的程序控制所述成型铣刀的刀尖端面沿X轴的负方向移动E+0.5*2mm的距离，所述叶片榫头出气面401和叶片榫头进气面402的距离为E=103.4；

（220）、请参照图12-13，通过程序控制X轴、Z轴以及转台6转动，同时通过程序给定Z轴补偿量C=0～4mm，使成型铣刀沿叶片榫头出气面401回转方向圆弧走刀完成出气面轮廓的铣削，铣削的切削速度为150m/min～350m/min，进给速度为200mm/min～500m/min。

优选地，所述枞树形圆弧榫头的材料为钛合金，所述铣削的切削速度为60m/min～150m/min，进给速度为80mm/min～200mm/min。

优选地，所述枞树形圆弧榫头的材料为高温合金，所述铣削的切削速度为40m/min～120m/min，进给速度为40mm/min～120mm/min。

优选地，所述枞树形圆弧榫头的材料为铝合金，所述铣削的切削速度为280m/min～500m/min，进给速度为300mm/min～800mm/min。

本发明的成型铣刀及采用该成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，用该成型铣刀加工枞树形圆弧榫头不需要多次夹装，榫头、机床转台及成型铣刀联动转动能避免加工过切，以解决现有的枞树形圆弧榫头加工效率低、产品合格率低及刀具成本高及问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，其特征在于：所述枞树形圆弧榫头包括枞树形圆弧榫头本体（4），所述枞树形圆弧榫头本体（4）由叶片榫头出气面（401）、叶片榫头进气面（402）、叶片榫头底面（403）、叶片榫头盆压力面（404）和叶片榫头背压力面（405）组成，所述叶片榫头盆压力面（404）与叶片中心轴线（406）之间的夹角及叶片榫头背压力面（405）与叶片中心轴线（406）之间的夹角均为26°；

所述成型铣刀包括刀杆（1）、刀齿（2）和刀片支承座（3），所述刀片支承座（3）安装在所述刀杆（1）的一端，所述刀片支承座（3）自刀杆（1）端部向刀尖依次设有基准台阶面（301）、第一台阶面（302）和第二台阶面（303），所述刀杆（1）、基准台阶面（301）、第一台阶面（302）和第二台阶面（303）的中心线在同一直线上，所述基准台阶面（301）、第一台阶面（302）和第二台阶面（303）上均设有五个所述的刀齿（2），五个所述的刀齿（2）结构相同，每层五个所述的刀齿（2）到刀杆（1）的中线相距等角度分布，所述刀齿（2）的刃口型线的连接线与待加工件的枞树形圆弧面匹配且为螺旋线；

所述刀齿（2）刃口的螺旋角为15°，第一后角(β1)为12°，第二后角(β2)为20°；

所述刀杆（1）的直径为32mm，所述成型铣刀的直径为42mm，所述刀杆（1）和刀片支承座（3）为一体成型结构；

所述刀齿（2）的刃口型线连接而成的螺旋线与所述枞树形圆弧榫头的叶片榫头出气面（401）及叶片榫头进气面（402）匹配；

采用所述成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法主要包括以下几个步骤：

S1、将毛料粗加工形成具有榫头轮廓的初型毛料：将毛料（5）固定在机床转台（6）的夹具上，使毛料的叶片中心轴线（406）与机床主轴平行，用盘刀对毛料进行粗铣，并给精加工留0.5mm～1.0mm的余量；

S2、用Φ50棒刀精铣所述初型毛料得到枞树形圆弧榫头的盆压力面和背压力面；

S3、精加工初型毛料得到叶片榫头进气面（402）轮廓：使成型铣刀的刀尖端面与叶片榫头底面（403）中心的接触点为对刀初始位置O，通过数控铣床控制所述成型铣刀的刀尖端面沿叶片榫头底面（403）横向移动，通过程序控制成型铣刀、初型毛料以及转台转动完成叶片榫头进气面（402）轮廓的铣削；

S4、精加工初型毛料得到叶片榫头出气面（401）轮廓：控制主轴返回对刀初始位置，通过数控铣床控制所述成型铣刀的刀尖端面沿叶片榫头底面（403）纵向移动，通过程序控制成型铣刀、初型毛料以及转台转动完成叶片榫头出气面（401）轮廓的铣削。

2.根据权利要求1所述的采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，其特征在于：所述叶片榫头进气面（402）轮廓精加工的过程具体还包括如下步骤：

S310、将所述成型铣刀安装在数控铣床的主轴上，将初型毛料通过工装和夹具安装在数控铣床的工作台上，使初型毛料的叶片中心轴线（406）平行于数控铣床工作台的台面；

S320、以叶片中心轴线（406）为Z轴，以叶片榫头的基准线（407）为X轴，以叶片中心轴线（406）指向叶片榫头底面（403）的方向为Z轴的正方向，使成型铣刀的刀尖端面与叶片榫头底面（403）中心的接触点为对刀初始位置O，通过安装在数控铣床上的程序控制所述成型铣刀的刀尖端面沿Z轴的负方向移动H+A=H+B-D的距离,所述第一台阶面（302）到刀尖端面的距离为A，所述叶片榫头进气面（402）的台阶与叶片榫头的基准线（407）的距离为H，所述基准台阶面（301）到成型铣刀的刀尖端面的距离为B,所述第一台阶面（302）到基准台阶面（301）的距离为D；

S330、通过程序控制X轴、Z轴以及转台（6）转动，同时通过程序给定Z轴补偿量C=0～4mm，使成型铣刀沿叶片榫头进气面（402）回转方向圆弧走刀完成叶片榫头进气面（402）轮廓的铣削。

3.根据权利要求1所述的采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，其特征在于：叶片榫头出气面（401）轮廓精加工的过程具体还包括如下步骤：

S410、控制主轴返回对刀初始位置，以叶片榫头的基准线（407）指向叶片榫头进气面（402）的方向为X轴的正方向, 以叶片中心轴线（406）指向叶片榫头底面（403）的方向为Z轴的正方向，通过数控铣床上的程序控制所述成型铣刀的刀尖端面沿X轴的负方向移动E+0.5*2mm的距离，所述叶片榫头出气面（401）和叶片榫头进气面（402）的距离为E；

S420、通过程序控制X轴、Z轴以及转台（6）转动，同时通过程序给定Z轴补偿量C=0～4mm，使成型铣刀沿叶片榫头出气面（401）回转方向圆弧走刀完成叶片榫头出气面（401）轮廓的铣削。

4.根据权利要求1所述的采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，其特征在于：所述枞树形圆弧榫头的材料为不锈钢，所述铣削的切削速度为150m/min～350m/min，进给速度为200mm/min～500mm/min。

5.根据权利要求1所述的采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，其特征在于：所述枞树形圆弧榫头的材料为钛合金，所述铣削的切削速度为60m/min～150m/min，进给速度为80mm/min～200mm/min。

6.根据权利要求1所述的采用成型铣刀加工枞树形圆弧榫头的方法，其特征在于：所述枞树形圆弧榫头的材料为高温合金，所述铣削的切削速度为40m/min～120m/min，进给速度为40mm/min～120mm/min。

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