CN112621106A - 一种槽加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抑制刀具磨损的槽加工方法。本发明的槽加工方法，包括钻孔工序与铣削工序，在所述钻孔工序中，使用钻模板对钻头进行导向而在工件上钻出多个圆孔，所述多个圆孔中相邻的圆孔的间距小于1倍孔直径，其中，所述钻模板上设有多个作为通孔的钻头引导孔，钻头穿过所述钻头引导孔而在所述工件上钻孔。

Description

一种槽加工方法

技术领域

本发明涉及一种槽加工方法。

背景技术

在航空工业高速发展的今天，许多新型材料相继诞生，朝着更轻，更硬，高强度，高韧性方向发展，这其中具有代表性的工件包括高温合金系列、钛合金系列以及铝镁合金系列工件。高温合金、钛合金由于其本身的强度、硬度，韧性相对于其他材料要高，所以在加工过程中刀具磨损，折断严重，因此大大降低了加工效率。

深键槽的加工本身受刀具直径以及刀具刚性限制而不可能一次加工到位，必须分层或者逐级进行铣削加工，否则容易产生扎刀，刀具折断，工件因刀具折断而崩伤已加工表面等问题，刀具自然损耗非常严重，而在难加工材料上加工深键槽就更加困难，刀具损耗是加工普通材料的三倍以上，并且工件加工表面质量难以达到设计要求，这就要求我们需要一种全新的加工方法来应对难加工材料上加工深键槽的技术难题。

加工深键槽的常用方法有：先在工件需要加工键槽处钻一排孔，孔的中心距(孔距)等于孔的直径，孔深度略小于深键槽深度，钻孔完毕后换装铣刀进行加工，刀具自第一孔位置落刀，每次进刀深度不大于1MM，逐层去除余量后换刀进行精加工。

现有的加工方法存在如下问题：

1：由于铣刀直径小且刀具教长，铣刀强度明显不够，当键槽加工深度逐渐增加后，铣刀所受到的阻力也越大，刀具容易折断。

2：由于加工材料韧性，强度，硬度较高造成加工困难，刀具磨损严重，刀具稍有磨损，加工过程中刀具的摆动将急剧加大，工件加工尺寸会难以保证，

3：由于键槽较深，加工时产生的切削铁销无法顺利排出堆积过多时铁销阻塞刀具螺旋槽造成加工困难，刀具折断时有发生。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于，提供一种抑制刀具磨损的槽加工方法。

为达到上述目的，本发明的槽加工方法，包括钻孔工序与铣削工序，在所述钻孔工序中，使用钻模板对钻头进行导向而在工件上钻出多个圆孔，所述多个圆孔中相邻的圆孔的间距小于1倍孔直径，其中，所述钻模板上设有多个作为通孔的钻头引导孔，钻头穿过所述钻头引导孔而在所述工件上钻孔。

采用如上方法，在钻孔工序中，利用钻模板能够容易地形成相邻的圆孔的间距小于1倍孔直径的多个圆孔，相比传统加工方法1倍以上孔距时能够更多地去除了加工余量，这将会大大减少后续铣削加工的加工量，降低了铣削加工的难度，抑制铣刀的磨损。

本发明优选，所述钻模板包括形状尺寸相同的第一钻模板与第二钻模板，所述第一钻模板上设有第一钻头引导孔，所述第二钻模板上形成有第二钻头引导孔，所述第一钻头引导孔在所述第一钻模板上的位置与所述第二钻模板在所述第二钻模板上的位置不同；所述多个圆孔包括作为相邻的圆孔的第一圆孔与第二圆孔，所述第一圆孔与所述第二圆孔间的孔距小于1倍孔直径；使用所述第一钻模板钻出所述第一圆孔，使用所述第二钻模板钻出所述第二圆孔。

采用如上方法，利用两个钻模板，能够通过简单的方式容易地形成上述多个孔。与通过设置移动机构使钻模板移动的方式相比，结构简单，成本低，与在一个钻模板上形成孔距小于1倍孔直径的引导孔的方式相比，能够容易地形成引导孔，制造成本低。

本发明优选，所述孔距等于0.75倍孔直径。

本发明优选，所述铣削工序包括粗铣工序与精铣工序，在所述粗铣工序中，铣刀的铣削方向仅为槽深方向。

本发明优选，为键槽的加工方法。

本发明优选，所述工件为高温合金与钛合金制件。

本发明优选，加工的槽的槽深度≥五倍槽宽度。

本发明的如上方法，为了解决刀具折断，加工效率低下的问题，力求突破工件材料所带来的加工限制，更改了走刀路线，使刀具所受到的阻力由X方向变更为Z方向，消除了刀具横向的切削力，使得刀具磨损降至最低，大大延长了刀具使用寿命，加工过程中由于切削力指向刀具强度最高的Z方向，消除了刀具加工过程中的摆动，大大提高了加工效率，保证了工件加工精度及其已加工表面质量。

本发明着重解决在高温合金、钛合金材料上加工细长深键槽(即键槽深度≥五倍键槽宽度)的技术难题，并提高加工效率五倍以上，降低刀具损耗70％，工件合格率明显提高。

附图说明

图1是本实施方式的加工方法中所使用的钻头的侧视图。

图2是本实施方式的加工方法中的工件的示意图，其中，(a)为侧剖视图，(b)为俯视图。

图3是用于说明本实施方式的加工方法中钻孔过程的示意图，其中，(a)为将工件固定在钻铣一体夹具状态下的侧视图，(b)为其俯视图，(c)为侧剖视图，并且其中示出了钻床主轴和钻头。

图4是具体实施方式中涉及的第一钻模板的俯视图。

图5是具体实施方式中涉及的第二钻模板的俯视图。

图6是用于说明本实施方式的加工方法中铣削过程的示意图，其中，(a)为安装有完成钻孔后的工件的状态下的钻铣一体夹具的侧视图，(b)为其俯视图，(c)为侧剖视图，并且其中示出了铣刀等。

图7是本实施方式中铣削粗加工走刀路线的说明图，其中，在图2中(a)的基础上标示出了走刀路线。

图8是本实施方式中铣削精加工走刀路线的说明图，其中，在图2中(a)的基础上标示出了走刀路线。

图9是钻孔作业完成状态下的工件的俯视图。

附图标记说明

1安装槽；2定位键；3压板安装螺钉；4螺母；5垫圈；6压板；7横向定位块；8工件；9钻模板；10、11、12第一钻头引导孔；13纵向定位块；14钻床主轴；15钻夹头；16钻头；17钻模板导柱；24对刀块；23安装定位孔；20、21、22第二钻头引导孔；18莫氏刀胎；19立铣刀；25弹性夹头。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

本实施方式涉及一种细长深键槽的加工方法以及其中使用的钻铣一体夹具。图1是本实施方式的加工方法中所使用的钻头的侧视图。图2是本实施方式的加工方法中的工件的示意图，其中，(a)为侧剖视图，(b)为俯视图。图3是用于说明本实施方式的加工方法中钻孔过程的示意图，其中，(a)为将工件固定在钻铣一体夹具状态下的侧视图，(b)为其俯视图，(c)为侧剖视图，并且其中示出了钻床主轴和钻头。图4是具体实施方式中涉及的第一钻模板的俯视图。图5是具体实施方式中涉及的第二钻模板的俯视图。图6是用于说明本实施方式的加工方法中铣削过程的示意图，其中，(a)为安装有完成钻孔后的工件的状态下的钻铣一体夹具的侧视图，(b)为其俯视图，(c)为侧剖视图((b)中从左向右看)，并且其中示出了铣刀等。图7是本实施方式中铣削粗加工走刀路线的说明图，其中，在图2中(a)的基础上标示出了走刀路线。图8是本实施方式中铣削精加工走刀路线的说明图，其中，在图2中(a)的基础上标示出了走刀路线。

另外，为便于说明，在本说明书中定义了前后左右上下方向，但这并不构成对本发明的限制。在图中标示有这些方向。

如图3所示，本实施方式的钻铣一体夹具具有整体上呈平板状的基座30，在基座30的上表面固定设有一对压板安装座31，二者在左右方向上隔开间隔相对配置，在二者间可放置工件8。在压板安装座31顶部安装有压板6，压板6通过压板安装螺钉3、螺母4、垫圈5等安装在在压板安装座31上，将工件8压住。

在本实施方式中，如图2所示，要在工件8上加工出键槽8a，键槽8a为细长深键槽，其槽深度≥五倍槽宽度。

在基座30的左右两侧部分别设有安装槽1，安装槽1在上下方向上贯通，且俯视时呈向左右方向外侧开口的缺口状。该安装槽1用于通过螺栓等将基座30安装在机床上。另外，在基座30的下表面设有凸起状的定位键2，定位键2用于和机床上的定位孔(未图示)等配合而将基座3定位在机床上。

在基座30的上表面上固定设有横向定位块7与纵向定位块13，二者在左右方向上的位置位于一对压板安装座31之间，用于限定工件8在水平方向上的位置。

另外，在基座30的上表面上设有对刀块24，该对刀块24位于一对压板安装座31中的一个(本实施方式中为右侧的那个)的左右方向外侧方(本实施方式中为右侧方)。

另外，在基座3的上表面上固定设有一对钻模板导柱17，钻模板导柱17在基座3的上表面上竖立设置，在左右方向上的位置位于一对压板安装座31之间，用于安装下述的第一钻模板9与第二钻模板91。

如图4所示，第一钻模板9整体上呈长方体板状，在长度方向的两端设有一对安装定位孔23，安装定位孔23用于实现将第一钻模板9安装在钻模板导柱17上。另外，在第一钻模板9的长度方向中央部设有三个第一钻头引导孔(圆孔)10、11、12，三者沿第一钻模板9的的宽度方向隔开间隔配置，在本实施方式中，相邻的第一钻头引导孔之间的孔距是1.5倍孔直径，也可以认为是1.5倍钻头直径。

如图5所示，第二钻模板91整体上呈长方体板状，在长度方向的两端设有一对安装定位孔23，安装定位孔23用于实现将第二钻模板9安装在钻模板导柱17上。另外，在第二钻模板91的长度方向中央部设有三个第二钻头引导孔(圆孔)20、21、22，三者沿第二钻模板91的宽度方向隔开间隔配置，在本实施方式中，相邻的第二钻头引导孔之间的孔距是1.5倍孔直径，也可以认为是1.5倍钻头直径。

第一钻模板9与第二钻模板91相比，除了第一钻头引导孔与第二钻头引导孔的位置不同之外，其他结构包括板形状尺寸、钻头引导孔尺寸等皆相同，下面就此不同点进行说明。

如图4所示，三个第一钻头引导孔10、11、12在第一钻模板9的宽度方向(左右方向)上的位置设定为，位于中间的第一钻头引导孔11的圆心相对于第一钻模板9的沿着长度方向延伸的中心线偏向右侧。而如图5所示三个第二钻头引导孔10、11、12在左右方向上的位置设定为，位于中间的第二钻头引导孔21的圆心相对于第一钻模板9的沿着长度方向延伸的中心线偏向左侧。如果将第一钻模板9与第二钻模板91上下重叠起来沿着上下方向上看，第一钻头引导孔10、11、12和第二钻头引导孔20、21、22的圆心相互错开，并且相邻的钻头引导孔间的孔距等于0.75倍孔直径。

第一钻模板9与第二钻模板91在安装于钻模板导柱17上时，其下表面贴在工件8的上表面上。

如后面所说明的，在本实施方式中，在对工件8进行钻孔作业时，先用第一钻模板9对钻头16进行导向而在工件8上钻孔，之后再用第二钻模板91对钻头16进行导向而在工件8上钻孔。参照图9，三个圆孔81(第一圆孔)是用第一钻模板9导向而加工出的孔，三个圆孔82(第二圆孔)是用第二钻模板91导向而加工出的孔，相邻的圆孔81和圆孔82的孔距等于0.75倍孔直径，也就是说，孔距小于1倍孔直径，因此，相比传统加工方法1倍以上孔距时尽可能地去除了加工余量，这对于难加工材料高温合金与钛合金来说将会大大改善后续铣削加工的难度。

另外，图3的(c)中还示出了钻床主轴14、钻夹头15与钻头16。图6是将钻铣一体夹具安装在铣床上进行铣削加工的过程的说明图，其中，(a)为安装有完成钻孔后的工件的状态下的钻铣一体夹具的侧视图，(b)为其俯视图，(c)为侧剖视图，并且其中示出了铣床的莫氏刀胎18、弹性夹头25和立铣刀19。

下面对使用上述钻铣一体夹具进行细长深键槽的加工方法进行说明。

本实施方式的细长深键槽的加工方法包括以下步骤：

a：修磨钻头：在砂轮机上修磨钻头顶角a为130°至140°(如图1)。

b：安装夹具和钻头：将Φ5mm钻头安装在摇臂钻钻夹头上，摇下摇臂钻主轴，使得钻头穿过第一钻模板引导孔10，微调夹具，使得钻头能轻松穿过夹具引导孔为止，锁紧摇臂钻摇臂，用压板螺钉将夹具固定在摇臂钻工作台上。

c：安装工件：将工件(图2)的两个端面分别支靠在夹具上,并以定位块7、13来作为X、Y方向的定位，用压板螺钉将工件压紧在夹具底板上，将第一钻模板(图4)两安装孔23穿过钻模板导柱17轻放在工件表面(图3)。

d：第一钻模板钻孔：调整摇臂钻转速为600转每分钟，启动摇臂钻，摇下摇臂钻主轴，使得钻头接触工件，在钻头上浇注冷却为主的切削液，每次钻孔深度1MM退出钻头，用压缩空气吹干净孔内堆积的铁销和钻头上粘连的铁销，再继续往下钻孔，循环往复直至钻孔深度达到要求为止，钻尖深度小于工件上细长深键槽要求深度0.5MM左右，退出钻头，主轴关闭，松开摇臂钻锁紧机构，移动摇臂钻摇臂，使钻头对准引导孔11，摇下摇臂钻摇臂使得钻头穿过钻模板引导孔11，微调摇臂，使得钻头能轻松穿过夹具引导孔为止，锁紧摇臂钻摇臂，启动摇臂钻主轴，摇下摇臂钻主轴，使得钻头接触工件，在钻头上浇注冷却为主的切削液，每次钻孔深度1MM退出钻头，用压缩空气吹干净孔内堆积的铁销和钻头上粘连的铁销，再继续往下钻孔，循环往复直至钻孔深度达到要求为止，钻尖深度小于工件上细长深键槽要求深度0.5MM左右，退出钻头，主轴关闭，以此类推，直至第一钻模板上所有的孔钻完为止。

e:更换钻模板：拆下第一钻模板，将第二钻模板(图5)两安装孔23穿过导柱17轻放在工件表面。摇下摇臂钻主轴，使得钻头穿过第二钻模板引导孔20，微调夹具，使得钻头能轻松穿过夹具引导孔为止，锁紧摇臂钻摇臂。启动摇臂钻，摇下摇臂钻主轴，使得钻头接触工件，在钻头上浇注冷却为主的切削液，每次钻孔深度3MM退出钻头，用压缩空气吹干净孔内堆积的铁销和钻头上粘连的铁销，再继续往下钻孔，循环往复直至钻孔深度达到要求为止，钻尖深度小于工件上细长深键槽要求深度0.5MM左右，退出钻头，主轴关闭，松开摇臂钻锁紧机构，移动摇臂钻摇臂，使钻头对准第二钻模板引导孔21，摇下摇臂钻摇臂使得钻头穿过第二钻模板引导孔21，微调摇臂，使得钻头能轻松穿过夹具引导孔为止，锁紧摇臂钻摇臂，启动摇臂钻主轴，摇下摇臂钻主轴，使得钻头接触工件，在钻头上浇注冷却为主的切削液，每次钻孔深度3MM退出钻头，用压缩空气吹干净孔内堆积的铁销和钻头上粘连的铁销，再继续往下钻孔，循环往复直至钻孔深度达到要求为止，钻尖深度小于工件上细长深键槽要求深度0.5MM左右，退出钻头，主轴关闭，以此类推，直至第二钻模板上所有的孔钻完为止。

f：安装夹具和铣刀：(如图6)从钻床上卸下夹具，将夹具底部定位键2对准铣床工作台安装槽放下夹具，用平口钳安装组合螺钉将夹具固定在铣床上。将模式刀胎安装在铣床主轴上，将Φ5.7mm立铣刀插入弹性衬套内，弹性衬套插入莫氏锥柄刀胎中安装牢固。

g：安装工件并对刀：将工件(图2)的两个端面(前后方向上的一个端面和左右方向上的一个端面)分别支靠在夹具上定位块7、13上，用压板螺钉将工件压紧在夹具底板上，移动机床工作台，使得立铣刀大约处于对刀块凹槽正中心，用塞尺塞入对刀块上凹槽与立铣刀间隙处，微调工作台，使得塞尺在两间隙处的阻力大约一致为止。

h：粗铣细长深键槽：启动机床主轴，转速控制在960转每分钟，移动工作台，使得立铣刀对准工件上左右方向上靠边的第一孔，机床主轴沿着Z-方向(A向)移动，离键槽深度要求0.15MM时停止进刀，机床主轴沿着Z+方向(B向)退刀，待立铣刀离开工件表面后机床工作台沿着X+方向移动0.5MM，机床主轴沿着Z-方向(A向)移动，离键槽深度要求0.15MM时停止进刀，机床主轴沿着Z+方向(B向)退刀，如此循环往复，直到键槽粗加工完毕为止，键槽长度留有0.5MM余量精铣(如图7)。也就是说，在粗铣细长深键槽的工序中，铣刀的铣削方向(去除材料的进刀方向)仅为槽深方向(Z方向)。

i:精铣细长深键槽：(如图8)更换立铣刀后，启动机床主轴，移动工作台，使得立铣刀左端面对准键槽粗铣后左端面，机床主轴沿着Z-方向(A向)移动，直至键槽要求深度为止，机床主轴沿着Z+方向移动退刀，待立铣刀离开工件表面后机床工作台沿着X+方向移动至键槽要求长度位置，机床主轴沿着Z-方向进刀直到工件要求深度为止，机床工作台沿着X-方向移动精加工键槽底部。另外，加工底部时由于刀具过长而容易崩刀，为此，在本实施方式中，每次进给深度0.05MM，0.15MM余量分三次进行。

本实施方式提供了一种深键槽的加工方法以及在进行该方法时使用的钻铣一体夹具，采用本实施方式，由于钻孔时孔距是钻头直径的0.75倍，相比传统加工方法1倍孔距时最大程度去除了加工余量，这对于难加工材料高温合金与钛合金来说将会大大改善后续加工难度。另外，由于铣削力由原来的X向而改为朝向立铣刀强度最高的Z轴向部位，因此能更加稳定的加工深键槽，有效降低刀具的磨损，极大程度提高了加工效率，提高一次校检合格率，减少了废品的产生。

在上述实施方式中，以深长键槽的加工为例进行了说明，然而本发明也可以适用于其他槽的加工。

另外，在上述实施方式中，使用了两个钻模板，二者的钻头引导孔的位置不同，用两个钻模板分别对钻头引导从而形成孔距小于1倍孔直径的孔群，但是本发明并不限于此，例如，还可以设置使钻模板移动的机构，使用一个钻模板首先固定在某一位置(第一位置)，执行钻孔作业，之后使钻模板在左右方向上移动一段距离，移动至另一位置(第二位置)，两个位置之间的距离小于1倍孔直径，之后再执行一次钻孔作业，如此，也能够容易地在工件8上形成孔间距小于1倍孔直径的孔群(多个孔)。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种槽加工方法，包括钻孔工序与铣削工序，其特征在于，

在所述钻孔工序中，使用钻模板对钻头进行导向而在工件上钻出多个圆孔，所述多个圆孔中相邻的圆孔的间距小于1倍孔直径，

其中，所述钻模板上设有多个作为通孔的钻头引导孔，钻头穿过所述钻头引导孔而在所述工件上钻孔。

2.根据权利要求1所述的槽加工方法，其特征在于，所述钻模板包括形状尺寸相同的第一钻模板与第二钻模板，所述第一钻模板上设有第一钻头引导孔，所述第二钻模板上形成有第二钻头引导孔，所述第一钻头引导孔在所述第一钻模板上的位置与所述第二钻模板在所述第二钻模板上的位置不同；

所述多个圆孔包括作为相邻的圆孔的第一圆孔与第二圆孔，所述第一圆孔与所述第二圆孔间的孔距小于1倍孔直径；

使用所述第一钻模板钻出所述第一圆孔，使用所述第二钻模板钻出所述第二圆孔。

3.根据权利要求1或2所述的槽加工方法，其特征在于，所述孔距等于0.75倍孔直径。

4.根据权利要求1或2所述的槽加工方法，其特征在于，所述铣削工序包括粗铣工序与精铣工序，在所述粗铣工序中，铣刀的铣削方向仅为槽深方向。

5.根据权利要求1或2所述的槽加工方法，其特征在于，为键槽的加工方法。

6.根据权利要求1或2所述的槽加工方法，其特征在于，所述工件为高温合金与钛合金制件。

7.根据权利要求1或2所述的槽加工方法，其特征在于，加工的槽的槽深度≥五倍槽宽度。

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