CN113579640B - 一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种高温合金材料半封闭内型腔的加工方法。一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法，把加工部位划分为中间方槽A、左侧凹槽B、右侧凹槽C三个区域，其中型腔的中段径向内壁为中间方槽A，中间方槽A的左右两侧轴向侧壁分别为左侧凹槽B、右侧凹槽C。换切槽刀采用横向分层递进法；左、右切刀采用纵向层切法加工左侧凹槽B、右侧凹槽C。本发明采用横向分层递进法加工出中间方槽，实现了切完一层再切下一层、每一层都比上一层切削宽度缩进一定的间隙，既避免了夹刀又避免了切下一层时刀具与上一层的侧壁摩擦造成刀具磨损或打刀的情况。

Description

一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法

技术领域

本发明属于机械加工领域，具体涉及一种高温合金材料半封闭内型腔的加工方法。

背景技术

高温合金材料在高于1000℃的高温下仍然具有良好的力学性能和综合强度、良好的抗氧化和耐腐蚀性、良好的抗疲劳性等综合性能，被广泛应用于航空、航天领域，而这种材料在机械加工领域属于典型的难加工材料，切削抗力大，切削温度高，刀具磨损严重，如果是封闭类内型腔加工难度更大，型腔狭窄又深而且口部小里面大，传统切削方法容易夹刀，切削抗力大，数控机床自带的固定循环指令编程（即切削方法）不利于散热和分散切削抗力，刀具磨损快且容易打刀；常规使用的刀具会与工件发生干涉根本无法加工。

目前高温合金材料半封闭内型腔加工存在以下不足：

1）切削过程容易夹刀，切削抗力大，刀具磨损严重；

2）常规刀具无法实现半封闭内型腔加工；

3）机床系统使用的加工方法不利于散热和分散切削抗力，刀具磨损快且容易打刀。

发明内容

本发明为解决上述现有技术存在的不足，提供一种适用于加工高温合金材料半封闭内型腔的切削方法。

本发明是采用以下技术方案实现的：一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法，把加工部位划分为中间方槽A、左侧凹槽B、右侧凹槽C三个区域，其中型腔的中段径向内壁为中间方槽A，中间方槽A的左右两侧轴向侧壁分别为左侧凹槽B、右侧凹槽C；所述加工方法包括如下步骤：①将加工好内孔的工件装在数控车床三爪卡盘上，找正并紧固；将切槽刀、左切刀、右切刀分别与转接杆的一端连接；将装好切槽刀、左切刀、右切刀的转接杆另一端分别装在机床刀架上,确保刀具刀尖处在主轴回转中心线上然后紧固；②开始切削封闭型腔的中间方槽A区域，换切槽刀采用横向分层递进法，第一层先径向切入a深度，轴向切削宽度为型腔口部宽度并留有余量，接着再切第二层，第二层径向在第一层的基础上再切入a深度，轴向切削宽度两边比上一层各缩进b深度,然后再切第三层，径向在上一层的基础上再切入a深度，轴向切削宽度再比上一层两边各缩进b，依次类推，直至径向深度切到图纸尺寸并留有余量为止； ③中间方槽A区域粗加工完后进行型腔左侧凹槽B区域加工，换左切刀采用纵向层切法，从右至左沿型腔左侧轮廓形状走刀每次轴向切入c深度，直至切到图纸尺寸并留有余量为止；④左侧凹槽B区域加工完以后进行型腔右侧凹槽C区域加工，换右切刀同样采用纵向层切法，从左至右沿型腔右侧轮廓形状走刀每次轴向切入c深度，直至切到图纸尺寸并留有余量为止；⑤整个型腔粗加工完以后再分别用切槽刀、左切刀、右切刀先后沿型腔轮廓中段底部、左侧面、右侧面精走一刀保证最终尺寸，加工完成。

本发明采用横向分层递进法加工出中间方槽，实现了切完一层再切下一层、每一层都比上一层切削宽度缩进一定的间隙，既避免了夹刀又避免了切下一层时刀具与上一层的侧壁摩擦造成刀具磨损或打刀的情况。

进一步的，切槽刀选用刀体高度为12mm、切宽为5mm、切削刃长度大于型腔深度的外圆槽刀；根据零件内孔尺寸和型腔径向尺寸截取切槽刀总长，保证切槽刀能进入工件预加工好的内孔且与内孔壁不干涉。

左切刀选用主偏角为140°、刀尖角为35°、刀体高12mm的外圆车刀,根据型腔的径向深度尺寸把刀杆长度截短保证刀具能进入内孔并且够加工型腔径向深度，根据型腔开口宽度尺寸把刀杆沿宽度方向铣掉一块儿确保刀具能进入型腔内部切削而不与工件壁干涉，刀头下方棱边磨成圆角防止与工件槽底圆弧面干涉；右切刀选用与左切刀参数一样方向相反的刀具，同理进行改制。

通过对上述刀具进行改进，确保了对狭窄又深而且口部小里面大的半封闭型腔的加工，结合改进后的加工方法，降低了刀具的磨损，有效避免了夹刀、打刀现象的发生；确保了高质量高效率的完成零件的加工。

附图说明

图1利用本加工方法加工的工件结构示意图。

图2切槽刀结构示意图。

图3左切刀改制前后的结构示意图。

图4右切刀改制前后的结构示意图。

图5转接杆结构示意图。

图6加工区域划分示意图。

图7 横向分层递进示意图。

图8 每一层切削走刀顺序示意图。

图9左切刀纵向分层示意图。

图10右切刀纵向分层示意图。

图11切中间方槽示意图。

图12切左侧凹槽示意图。

图13切右侧凹槽示意图。

具体实施方式

下面结合实际例子下面结合实际例子对本发明作进一步阐述。

某科研产品如图1，材质为高温合金，最大外形尺寸为∅200×110mm，零件内部结构有一半封闭型腔如图1加工区域，该型腔狭窄又深而且口部小里面大，传统加工方法切削抗力大刀具磨损快，且容易夹刀、打刀；数控机床自带的固定循环指令编程不利于散热和分散切削抗力；常规使用的刀具会与工件发生干涉根本无法加工。使用本加工方法高质量高效率完成零件加工。步骤如下：

（1）刀具设计：根据零件形状选用通用类刀具进行改制，刀具分为切槽刀、左切刀、右切刀和转接杆。切槽刀选用刀体高度为12mm切宽为5mm切削刃长度大于型腔深度的外圆槽刀，根据零件内孔尺寸和型腔径向尺寸截取总长，保证能进入工件预加工好的内孔且与内孔壁不干涉（如图2）；左切刀选用主偏角为140°刀尖角为35°刀体高12mm的外圆车刀（具体根据零件形状大小选用，以改动较少为原则）,根据型腔的径向深度尺寸把刀杆长度截短保证刀具能进入内孔并且够加工型腔径向深度，根据型腔开口宽度尺寸把刀杆沿宽度方向铣掉一块儿确保刀具能进入型腔内部切削而不与工件壁干涉，刀头下方棱边磨成圆角防止与工件槽底圆弧面干涉（如图3所示；图3左侧为改进前的左切刀，右侧两个部件为改进后的左切刀）；右切刀选用与左切刀参数一样方向相反的刀具，同理进行改制（如图4所示，图4左侧为改进前的右切刀，右侧两个部件为改进后的右切刀）；自制转接杆，一端开口12×12mm的方槽，方槽其中一个面通过转接杆的中心，径向制两个螺纹孔（如图5），把改制好的切槽刀、左切刀、右切刀分别装在转接杆上并用螺钉通过两个螺纹孔压紧形成加工内型腔刀具（如图11、图12、图13），转接杆另一端装入机床刀架并固定。

（2）加工方法：把加工部位划分为中间方槽A、左侧凹槽B、右侧凹槽C三个区域（如图6），考虑到材料难加工和型腔比较深且形状的特殊性，加工时采用了横向分层递进法（如图7、图8）和纵向层切法（如图9、图10），先用切槽刀采用横向分层递进法加工出中间方槽，加工中间方槽的数控程序采用了FANUC系统宏指令和固定循环相结合的特殊编程方式（编程方式如下），实现了切完一层再切下一层、每一层都比上一层切削宽度缩进一定的间隙，既避免了夹刀又避免了切下一层时刀具与上一层的侧壁摩擦造成刀具磨损或打刀的情况，同时还简化了编程；中间方槽A加工完后用左切刀、右切刀分别采用纵向层切法加工出左侧凹槽B、右侧凹槽C，加工左侧凹槽和右侧凹槽时数控编程采用了FANUC系统G72固定循环指令，实现了纵向的轮廓分层切削，由于是常规用法，在这里不做赘述。

O0001 程序名

T0101 换刀

S1000M03 开转速

G0 X80. Z10. 初始定位

#1=84. 槽顶X坐标值

#2=-30. 槽右侧Z坐标值

#3=140. 槽底X坐标值

#4=-47. 槽左侧Z坐标值

#5=5. 刀宽

#9=2. 每层深度（这里是直径值）

#10=0.1 每一层的轴向间隙赋值（这里设为0.1mm）

#11=#1-2. X向第一层切削起点赋值

#12=#2-#5-#10 Z向第一层切削起点赋值

#13=#1+#9 X向第一层切削终点赋值

#14=#4+#10 Z向第一层切削终点赋值

N100

G0Z#12 Z向定位到第一层切削起点

X#11 X向定位到第一层切削起点

G75R0.5 切槽循环指令，退刀量为0.5mm

G75X#13Z#14P1000Q4000F0.1 切槽循环指令，指定第一层槽底、槽宽及参数

P1000表示径向每次进刀1mm，Q4000表示轴向进刀4mm

#11=#11+#9 X向第n层切削起点

#12=#12-#10 Z向第n层切削起点

#13=#13+#9 X向第n层切削终点

#14=#14+#10 Z向第n层切削终点

IF [#13 LE #3] GOTO 100 槽深比较，条件转移

G0 X#1-2. 切槽完毕X向退刀

G0 Z10. 切槽完毕Z向退刀

G28 U0 X向返回参考点

G28 W0 Z向返回参考点

M30 程序结束

（3）加工步骤：①将加工好内孔的工件装在数控车床三爪卡盘上，找正并紧固；将改制好的切槽刀、左切刀、右切刀分别装入转接杆的方槽上并用螺钉压紧；将装好切槽刀、左切刀、右切刀的转接杆另一端分别装在机床刀架上,确保刀具刀尖处在主轴回转中心线上然后紧固；②开始切削封闭型腔的中间方槽A区域，换切槽刀采用横向分层递进法，第一层先径向切入1mm深度，轴向切削宽度为型腔口部宽度略留有余量，接着进行第二层径向在第一层的基础上再切入1mm深度，轴向切削宽度两边比上一层各缩进0.1mm,然后再切第三层，径向在上一层的基础上再切入1mm，轴向切削宽度再比上一层两边各缩进0.1mm，依次类推（如图7、图8），直至径向深度切到图纸尺寸略留有余量为止；③中间方槽A区域粗加工完后进行型腔左侧凹槽B区域加工，换左切刀采用纵向层切法（如图9），从右至左沿型腔左侧轮廓形状走刀每次轴向切入0.5mm，直至切到图纸尺寸略留有余量为止；④左侧凹槽B区域加工完以后进行型腔右侧凹槽C区域加工，换右切刀同样采用纵向层切法（如图10），从左至右沿型腔右侧轮廓形状走刀每次轴向切入0.5mm，直至切到图纸尺寸略留有余量为止；⑤整个型腔粗加工完以后再分别用切槽刀、左切刀、右切刀先后沿型腔轮廓中段底部、左侧面、右侧面精走一刀保证最终尺寸，加工完成。

Claims (4)

1.一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法，把加工部位划分为中间方槽A、左侧凹槽B、右侧凹槽C三个区域，其中型腔的中段径向内壁为中间方槽A，中间方槽A的左右两侧轴向侧壁分别为左侧凹槽B、右侧凹槽C；其特征在于，所述加工方法包括如下步骤：①将加工好内孔的工件装在数控车床三爪卡盘上，找正并紧固；将切槽刀、左切刀、右切刀分别与转接杆的一端连接；将装好切槽刀、左切刀、右切刀的转接杆另一端分别装在机床刀架上,确保刀具刀尖处在主轴回转中心线上然后紧固；②开始切削封闭型腔的中间方槽A区域，换切槽刀采用横向分层递进法，第一层先径向切入a深度，轴向切削宽度为型腔口部宽度并留有余量，接着再切第二层，第二层径向在第一层的基础上再切入a深度，轴向切削宽度两边比上一层各缩进b,然后再切第三层，径向在上一层的基础上再切入a深度，轴向切削宽度再比上一层两边各缩进b深度，依次类推，直至径向深度切到图纸尺寸并留有余量为止；③中间方槽A区域粗加工完后进行型腔左侧凹槽B区域加工，换左切刀采用纵向层切法，从右至左沿型腔左侧轮廓形状走刀每次轴向切入c深度，直至切到图纸尺寸并留有余量为止；④左侧凹槽B区域加工完以后进行型腔右侧凹槽C区域加工，换右切刀同样采用纵向层切法，从左至右沿型腔右侧轮廓形状走刀每次轴向切入c深度，直至切到图纸尺寸并留有余量为止；⑤整个型腔粗加工完以后再分别用切槽刀、左切刀、右切刀先后沿型腔轮廓中段底部、左侧面、右侧面精走一刀保证最终尺寸，加工完成；

根据零件内孔尺寸和型腔径向尺寸截取切槽刀总长，保证切槽刀能进入工件预加工好的内孔且与内孔壁不干涉；左切刀选用主偏角为140°、刀尖角为35°、刀体高12mm的外圆车刀,根据型腔的径向深度尺寸把刀杆长度截短保证刀具能进入内孔并且够加工型腔径向深度，根据型腔开口宽度尺寸把刀杆沿宽度方向铣掉一块儿确保刀具能进入型腔内部切削而不与工件壁干涉，刀头下方棱边磨成圆角防止与工件槽底圆弧面干涉；右切刀选用与左切刀参数一样方向相反的刀具，同理进行改制。

2.如权利要求1所述的一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法，其特征在于，切槽刀选用刀体高度为12mm、切宽为5mm、切削刃长度大于型腔深度的外圆槽刀。

3.如权利要求1所述的一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法，其特征在于，转接杆一端开口12×12mm方槽，方槽其中一个面通过转接杆的中心，该面径向制两个螺纹孔，把切槽刀、左切刀、右切刀分别装在转接杆上并用螺钉通过两个螺纹孔压紧形成加工内型腔刀具，转接杆另一端装入机床刀架并固定。

4.如权利要求1~3任一项所述的一种高温合金材料半封闭内型腔加工方法，其特征在于，步骤②中，所述a=1mm，b=0.1mm；步骤③中，c=0.5mm；步骤④中，c=0.5mm。

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