CN112108666A - 一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，属于数控加工技术领域。该方法包括步骤一：装夹部件，通过机床补偿法提高孔的垂直度；步骤二：通过坐标定位法提高孔的位置度。提出坐标定位法，通过坐标系偏移，确定首孔的角向，利用机床的高精度定位能力，基本消除了单个孔位置度误差和装配误差对总体组合配钻锥度孔的位置度的影响，大大提高了组合配钻锥度孔的位置度。通过机床补偿法极大地减小了端面跳动误差对组合配钻锥度孔垂直度的影响，对提高组合配钻锥度孔的垂直度有极大的促进作用。

Description

一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法
技术领域
本发明涉及一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，属于数控加工技术领域。
背景技术
组合配钻锥度孔加工在机械加工领域并不多见，尤其是3个零件装配后的深锥度孔的配钻加工，且3个零件材料状况不一致，孔加工精度也较高的条件下，加工难度非常大。在航空发动机部件制造中，就有这一加工需要，并且用传统方法加工的锥度孔的精度不高，与锥度螺栓的配合不好而造成发动机的振动故障。
为此，公开号为CN106736332A的中国专利文献，公开了一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法，包括以下步骤：步骤①，装夹零件，检查零件1的内圆及端面跳动应符合工艺要求；步骤②，粗加工锥度孔：用1∶50锥度成型铣刀进行粗加工，通过控制Z轴下刀深度来控制锥度孔各个截面的余量，直到各个截面余量小于或等于0.1mm时粗加工完成；步骤③，精加工锥度孔：用1∶50成型锥度铰刀进行精加工，Z轴在粗加工下刀深度上再下2mm测量最大截面与最小截面的余量差的绝对值，当绝对值大于0.015mm时，更换一把新的1∶50成型锥度铰刀再次进行以上步骤③；当绝对值小于0.015mm时，继续加工；步骤④，完成锥度孔加工：反复通过步骤③对加工过程中刀具锥度的控制，直到所有截面的尺寸合格为止；步骤⑤，选配安装工艺锥度螺栓：第一个锥度孔加工完成后，通过着色选配工艺锥度螺栓安装于该锥度孔内，着色面积不小于60％；步骤⑥，钻第一个锥度孔所相对的另一锥度孔：重复步骤③～⑤，完成该锥度孔加工；步骤⑦，钻余下的锥度孔：重复步骤②～④，完成余下锥度孔的加工。
通过步骤②对粗加工余量严格控制，减小了精加工时3个零件对于刀具的磨损程度，保证了加工过程中刀具的锥度变化范围可控而不造成产品的超差。步骤③、④则对成型锥度精铰刀的锥度进行了全过程跟踪，避免因为成型锥度精铰刀因3个零件材料不完全一样对于刀具磨损产生不同效果而影响该成型刀刀具的锥度，间接控制住了锥度孔的锥度及截面尺寸。步骤⑤对于锥度螺栓着色提出明确要求，满足零件之间的装配定位要求，从而保证了零件之间不会发生相对位置的窜动。
该数控加工方法中只是通过检查封严篦齿盘的内圆及端面跳动，来确保零件的装夹精度。但是，在加工过程中，各组合配钻锥度孔的形位公差没有得到有效控制，单个孔的加工误差和装配误差会带入到组合加工中，导致组合配钻锥度孔的精度难以得到保证，组合配钻锥度孔的加工精度直接决定了部件的装配精度乃至影响整机装配，对发动机振动等性能会产生极大的影响。本发明针对发动机涡轮转子上组合配钻锥度孔在加工过程中形位公差没有得到有效控制的问题，提出一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法。
本发明通过以下技术方案得以实现：
一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，所述提高组合配钻锥度孔形位公差的方法包括以下步骤：
步骤一：装夹部件，通过机床补偿法提高孔的垂直度，所述机床补偿法包括以下步骤：
A、确定各待加工孔端面的高度；
B、找出高度差最大的一组相对孔，旋转机床C轴，使该组相对孔中心的连接线位于Y轴方向；
C、旋转机床A轴，以补偿待加工孔端面的高度差；
D、重复步骤A至C，直至各组相对孔端面的高度差均满足工艺要求；
步骤二：通过坐标定位法提高孔的位置度，所述坐标定位法包括以下步骤：
(1)选定高压涡轮盘的内孔作为基准孔；
(2)建立坐标系，确定基准孔、待加工孔及首孔中心点的坐标和角向值；
(3)加工首孔，然后通过坐标系旋转，加工其余待加工孔。
所述步骤A中将部件装夹到机床上后，以其中一个待加工孔Z方向的高度为基准，用表架和杠杆千分表依次打其余各待加工孔Z方向的高度，即可获得各待加工孔端面的高度。
所述步骤B中各组相对孔中心的连接线均与部件的轴线相交。
所述步骤C中A轴旋转角度为△A，△A按照公式
Figure BDA0002689836290000031
Figure BDA0002689836290000032
进行计算，△Z为相对孔的最大高度差，d为相对孔的中心距。
所述步骤C中还可以按照打表法补偿待加工孔端面的高度差，打表法包括以下步骤：a、计算相对孔的最大高度差△Z；b、用表架和杠杆千分表打所选定相对应孔中的一个待加工孔在Z方向的高度，且杠杆千分表的压表量不小于△Z；c、旋转A轴，使杠杆千分表的压表量减小或增大△Z/2；d、再次用表架和杠杆千分表打所选定相对孔在Z方向的高度差△Z1，重复步骤a至c，直至△Z1的值不大于0.005mm。
所述步骤D中重复步骤A至C，直至各组相对孔端面的高度差均不大于0.03mm。
所述步骤(2)中以基准孔的中心为原点建立平面坐标系，基准孔中心的坐标为O(XO，YO)。
所述原点确定后，利用计算机制图软件，找出各待加工孔相对原点的距离和角向，找到位置度误差最小的待加工孔作为首孔，首孔的坐标为A(XA，YA)。
所述首孔的角向值为θ1，δ＝1时，
Figure BDA0002689836290000041
δ≠1时，
Figure BDA0002689836290000042
其中δ为首孔所在象限。
所述步骤(2)中按逆时针方向依次为均布在部件上的n个待加工孔编号，待加工孔为首孔时，n＝1；第n个待加工孔的角向值
Figure BDA0002689836290000043
本发明的有益效果在于：提出坐标定位法，通过坐标系偏移，确定首孔的角向，利用机床的高精度定位能力，基本消除了单个孔位置度误差和装配误差对总体组合配钻锥度孔的位置度的影响，大大提高了组合配钻锥度孔的位置度。通过机床补偿法极大地减小了端面跳动误差对组合配钻锥度孔垂直度的影响，对提高组合配钻锥度孔的垂直度有极大的促进作用。
附图说明
图1为本发明提高组合配钻锥度孔形位公差的流程图；
图2为本发明的涡轮转子的结构示意图；
图3为本发明的组合配钻锥度的结构示意图；
图4为本发明的锥度螺栓的结构示意图。
图中：1-涡轮轴，2-后轴颈，3-高压涡轮盘，4-封严篦齿盘，5-组合配钻锥度孔，6-锥度螺栓。
具体实施方式
下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
如图1至图4所示，本发明所述的一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，所述提高组合配钻锥度孔形位公差的方法包括以下步骤：
步骤一：装夹部件，通过机床补偿法提高孔的垂直度，所述机床补偿法包括以下步骤：
A、确定各待加工孔端面的高度；
B、找出高度差最大的一组相对孔，旋转机床C轴，使该组相对孔中心的连接线位于Y轴方向；
C、旋转机床A轴，以补偿待加工孔端面的高度差；
D、重复步骤A至C，直至各组相对孔端面的高度差均满足工艺要求；
步骤二：通过坐标定位法提高孔的位置度，所述坐标定位法包括以下步骤：
(1)选定高压涡轮盘3的内孔作为基准孔；
(2)建立坐标系，确定基准孔、待加工孔及首孔中心点的坐标和角向值；
(3)加工首孔，然后通过坐标系旋转，加工其余待加工孔。
所述步骤A中将部件装夹到机床上后，以其中一个待加工孔Z方向的高度为基准，用表架和杠杆千分表依次打其余各待加工孔Z方向的高度，即可获得各待加工孔端面的高度。在使用时，Z方向为待加工孔的轴向。获得各待加工孔端面的高度，即可知道整个平面在机床上的跳动，此端面跳动误差对组合配钻锥度孔5的垂直度有直接影响，采用机床补偿法来减小上述端面跳动误差对组合配钻锥度孔5垂直度的影响。
所述步骤B中各组相对孔中心的连接线均与部件的轴线相交。部件上有偶数个待加工孔。部件的结构如图2所示。
所述步骤C中A轴旋转角度为△A，△A按照公式
Figure BDA0002689836290000051
Figure BDA0002689836290000052
进行计算，△Z为相对孔的最大高度差，d为相对孔的中心距。通过旋转A轴，使端面上的高点变低，低点变高，从而实现对最高点、最低点的跳动补偿。
所述步骤C中还可以按照打表法补偿待加工孔端面的高度差，打表法包括以下步骤：a、计算相对孔的最大高度差△Z；b、用表架和杠杆千分表打所选定相对应孔中的一个待加工孔在Z方向的高度，且杠杆千分表的压表量不小于△Z；c、旋转A轴，使杠杆千分表的压表量减小或增大△Z/2；d、再次用表架和杠杆千分表打所选定相对孔在Z方向的高度差△Z1，重复步骤a至c，直至△Z1的值不大于0.005mm。
所述步骤D中重复步骤A至C，直至各组相对孔端面的高度差均不大于0.03mm。
所述步骤(2)中以基准孔的中心为原点建立平面坐标系，基准孔中心的坐标为O(XO，YO)。
所述原点确定后，利用计算机制图软件，找出各待加工孔相对原点的距离和角向，找到位置度误差最小的待加工孔作为首孔，首孔的坐标为A(XA，YA)。在使用时，通过计算机制图软件得到各待加工孔中心的理论坐标。通过机床主轴上的测头找到每一个待加工孔中心的位置坐标，然后将这些坐标与相对应的待加工孔的理论坐标作比对，哪个坐标与理论坐标最为接近，则将相应的待加工孔选定为首孔。
所述首孔的角向值为θ1，δ＝1时，
Figure BDA0002689836290000061
δ≠1时，
Figure BDA0002689836290000062
其中δ为首孔所在象限。
所述步骤(2)中按逆时针方向依次为均布在部件上的n个待加工孔编号，待加工孔为首孔时，n＝1；第n个待加工孔的角向值
Figure BDA0002689836290000063
完成首孔加工后，加工其余待加工孔时，只需使坐标系旋转到相应的角向即可。
具体的，如图1所示，部件为航空发动机的涡轮转子，包括涡轮轴1、后轴颈2、高压涡轮盘3和封严篦齿盘4，后轴颈2、高压涡轮盘3和封严篦齿盘4上对应加工有组合配钻锥度孔5。后轴颈2、高压涡轮盘3和封严篦齿盘4通过锥度螺栓6进行连接。
本发明提供的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，提出坐标定位法，通过坐标系偏移，确定首孔的角向，利用机床的高精度定位能力，基本消除了单个孔位置度误差和装配误差对总体组合配钻锥度孔5的位置度的影响，大大提高了组合配钻锥度孔5的位置度。通过机床补偿法极大地减小了端面跳动误差对组合配钻锥度孔5垂直度的影响，对提高组合配钻锥度孔5的垂直度有极大的促进作用。

Claims (10)

1.一种提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述提高组合配钻锥度孔形位公差的方法包括以下步骤：
步骤一：装夹部件，通过机床补偿法提高孔的垂直度，所述机床补偿法包括以下步骤：
A、确定各待加工孔端面的高度；
B、找出高度差最大的一组相对孔，旋转机床C轴，使该组相对孔中心的连接线位于Y轴方向；
C、旋转机床A轴，以补偿待加工孔端面的高度差；
D、重复步骤A至C，直至各组相对孔端面的高度差均满足工艺要求；
步骤二：通过坐标定位法提高孔的位置度，所述坐标定位法包括以下步骤：
(1)选定高压涡轮盘(3)的内孔作为基准孔；
(2)建立坐标系，确定基准孔、待加工孔及首孔中心点的坐标和角向值；
(3)加工首孔，然后通过坐标系旋转，加工其余待加工孔。
2.如权利要求1所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述步骤A中将部件装夹到机床上后，以其中一个待加工孔Z方向的高度为基准，用表架和杠杆千分表依次打其余各待加工孔Z方向的高度，即可获得各待加工孔端面的高度。
3.如权利要求1所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述步骤B中各组相对孔中心的连接线均与部件的轴线相交。
4.如权利要求1所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述步骤C中A轴旋转角度为△A，△A按照公式
Figure FDA0002689836280000011
进行计算，△Z为相对孔的最大高度差，d为相对孔的中心距。
5.如权利要求1所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述步骤C中还可以按照打表法补偿待加工孔端面的高度差，打表法包括以下步骤：a、计算相对孔的最大高度差△Z；b、用表架和杠杆千分表打所选定相对应孔中的一个待加工孔在Z方向的高度，且杠杆千分表的压表量不小于△Z；c、旋转A轴，使杠杆千分表的压表量减小或增大△Z/2；d、再次用表架和杠杆千分表打所选定相对孔在Z方向的高度差△Z1，重复步骤a至c，直至△Z1的值不大于0.005mm。
6.如权利要求1所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述步骤D中重复步骤A至C，直至各组相对孔端面的高度差均不大于0.03mm。
7.如权利要求1所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述步骤(2)中以基准孔的中心为原点建立平面坐标系，基准孔中心的坐标为O(XO，YO)。
8.如权利要求7所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述原点确定后，利用计算机制图软件，找出各待加工孔相对原点的距离和角向，找到位置度误差最小的待加工孔作为首孔，首孔的坐标为A(XA，YA)。
9.如权利要求8所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述首孔的角向值为θ1，δ＝1时，
Figure FDA0002689836280000021
δ≠1时，
Figure FDA0002689836280000022
其中δ为首孔所在象限。
10.如权利要求9所述的提高组合配钻锥度孔形位公差的方法，其特征在于：所述步骤(2)中按逆时针方向依次为均布在部件上的n个待加工孔编号，待加工孔为首孔时，n＝1；第n个待加工孔的角向值
Figure FDA0002689836280000023
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