CN113857499A - 一种多级转子轮盘u型深槽加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种多级转子轮盘U型深槽加工方法，通过选用刀排和车刀组装刀具、加工方式，完成多级轮盘U型深槽加工，不仅在加工过程有效控制发振、让刀现象，还保证U型深槽的加工质量。这样刀具相比槽刀节约刀具成本和提高生产效率。以此能够完成多级转子轮盘U型深槽加工，且加工结果满足设计技术要求。

Description

一种多级转子轮盘U型深槽加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及一种多级转子轮盘U型深槽加工方法。

背景技术

目前机械加工多级转子轮盘时，需要加工6个U型深槽，转子是一个旋转部件，U型深槽的位置在转子外圆多级轮盘间隔中，U型深槽宽又深，槽底部跳动和外圆直径设计技术要求高，大大增加加工难度，对刀具要求较高，槽一般用槽刀车削，但一般的槽刀设计不能满足U型深槽加工条件，需要设计专用槽刀加工U型深槽。

现有的加工步骤如下：

定制专用槽刀：多级轮盘需要加工6个U型深槽，每个尺寸要求不一致，最窄为66mm，最深为146.2mm，根据这两值定制左右两方向的专用长刀杆槽刀，长170mm,总宽20mm,刀宽8mm。

程序编制方法：车槽现有的编程方式是粗精车分开，先从深槽中间开粗，往两边偏移小于刀宽的距离，这样能保证刀具使用寿命，加工质量，粗车留0.1mm余量，少余量精车可以有效控制让刀现象，精车是从左端面开始车削，一直车削到开粗第一刀位置进行退刀，能看出左槽刀的编程方式，深槽右端面用同样方式车削。

加工：转子长2.197米，加工U型深槽时通过一夹一顶(活顶针)和搭中心架的方式进行车削，即使定制专用长刀杆槽刀，但在加工过程出现明显的让刀、发振现象，甚至出现长时间发振，槽刀无法进行有效切削，这样导致深槽表面质量差，底部尺寸误差大，跳动精度不能满足设计技术要求。

难点分析：槽刀的强度和刚性比车刀差，槽刀的设计只适用于加工浅槽，对于加工U型深槽，槽刀刀杆设计越长，增加车削过程振动、让刀频率越高。现有的槽编程方式并不适用于深槽，必须根据设计技术要求进行调整加工方式，槽刀车深槽外圆，从根本上都是不能满足设计要求，多级轮盘U型深槽中间处于悬空状态，车削过程出现发振现象，挤压刀片，同样增大深槽径向受力，这样很难保证底部跳动为0.02mm。因此，用加长刀杆槽刀车削U型深槽是不合理，必须新的加工方法和新的刀具完成深槽车削，保证车削后的深槽满足设计技术要求。

发明内容

本发明提供一种多级转子轮盘U型深槽加工方法，能够完成多级转子轮盘U型深槽加工，且加工结果必须满足设计技术要求。

本发明提供一种多级转子轮盘U型深槽加工方法，包括如下步骤：

组装刀具；

装夹零件；

利用刀具先集体加工U型深槽左端面和底部，然后加工U型深槽的右端面；

车削完成后，依据设计技术要求检验U型深槽。

其中，组装刀具的具体步骤为：

将刀排和车刀进行组装，其中刀排和车刀各两个螺纹孔，组装过程确保连接刀排和车刀的所述螺纹孔没有错位且无松动情况、刀排和车刀间无缝隙。

其中，刀排和车刀组装后，形成的刀具总长200mm，车刀连接处长155mm，车刀总宽26mm。

其中，装夹零件的具体步骤为：

利用四爪夹夹持转子一端的外圆，在转子的另一端的外圆搭有中心架和顶针，转子通过一夹一顶和搭中心架方式装夹完成。

其中，利用刀具先集体加工U型深槽左端面和底部，然后加工U型深槽的右端面的具体步骤为：

控制刀具的第一刀从槽底部外圆进刀，之后车削顺序按照预设线路进行加工，车削到第一预设点后进行退刀退到最大外圆处；

之后控制刀具的第二刀从最大外圆沿着左侧槽端面位置开始进刀，同样车削到第一预设点进行退刀，退到最大外圆处；

然后利用与左端面相同加工方式对右端面进行加工。

其中，当刀具的第一刀从槽底部外圆进刀时，在第二预设点通过斜线方式进刀，左右两槽斜线有交叉尺寸。

其中，刀具车削过程分粗精车，精车余量为0.2mm。

本发明的一种多级转子轮盘U型深槽加工方法，通过选用刀排和车刀组装刀具、加工方式，圆满完成多级轮盘U型深槽加工，不仅在加工过程有效控制发振、让刀现象，还保证U型深槽的加工质量。这样刀具相比槽刀节约刀具成本和提高生产效率。以此能够完成多级转子轮盘U型深槽加工，且加工结果满足设计技术要求。

附图说明

图1为转子结构图。

图2为U型深槽结构图。

图3为定制槽刀结构图。

图4为槽刀加工示意图。

图5为3D刀排结构图。

图6为车刀结构图。

图7为左右车刀组装结构图。

图8为装夹示意图。

图9为外圆车刀加工示意图。

图10为U型深槽加工示意图。

图11为部分检验尺寸示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

请参阅图1至图11，本发明提供一种多级转子轮盘U型深槽加工方法，包括如下步骤：

组装刀具；

装夹零件；

利用刀具先集体加工U型深槽左端面和底部，然后加工U型深槽的右端面；

车削完成后，依据设计技术要求检验U型深槽。

组装刀具的具体步骤为：

将刀排和车刀进行组装，其中刀排和车刀各两个螺纹孔，组装过程确保连接刀排和车刀的所述螺纹孔没有错位且无松动情况、刀排和车刀间无缝隙。

刀排和车刀组装后，形成的刀具总长200mm，车刀连接处长155mm，车刀总宽26mm。

装夹零件的具体步骤为：

利用四爪夹夹持转子一端的外圆，在转子的另一端的外圆搭有中心架和顶针，转子通过一夹一顶和搭中心架方式装夹完成。

利用刀具先集体加工U型深槽左端面和底部，然后加工U型深槽的右端面的具体步骤为：

控制刀具的第一刀从槽底部外圆进刀，之后车削顺序按照预设线路进行加工，车削到第一预设点后进行退刀退到最大外圆处；

之后控制刀具的第二刀从最大外圆沿着左侧槽端面位置开始进刀，同样车削到第一预设点进行退刀，退到最大外圆处；

然后利用与左端面相同加工方式对右端面进行加工。

当刀具的第一刀从槽底部外圆进刀时，在第二预设点通过斜线方式进刀，左右两槽斜线有交叉尺寸。

刀具车削过程分粗精车，精车余量为0.2mm。

在刀具车削前，需要编制大型零件车削程序，其转速设置为S40r/min；

顶针选择锥度75°的圆锥型油石棒；

顶针的顶尖头材料为硬质合金

装夹过程不断调整保证转子的外圆两基准面跳动为0.02mm。

机械加工多级转子轮盘时，需要加工6个U型深槽，如图1所示，转子是一个旋转部件，U型深槽的位置在转子外圆多级轮盘间隔中，如图2所示，U型深槽宽又深，槽底部跳动和外圆直径设计技术要求高，大大增加加工难度，对刀具要求较高，槽一般用槽刀车削，但一般的槽刀设计不能满足U型深槽加工条件，需要设计专用槽刀加工U型深槽。

现有技术的加工步骤如下：

定制专用槽刀：

多级轮盘需要加工6个U型深槽，每个尺寸要求不一致，最窄为66mm，最深为146.2mm，根据这两值定制左右两方向的专用长刀杆槽刀，长170mm,总宽20mm,刀宽8mm,如图3所示。

程序编制方法：

车槽现有的编程方式是粗精车分开，先从深槽中间开粗，往两边偏移小于刀宽的距离，这样能保证刀具使用寿命，加工质量，粗车留0.1mm余量，少余量精车可以有效控制让刀现象，精车是从左端面开始车削，一直车削到开粗第一刀位置进行退刀，如图4所示，能看出左槽刀的编程方式，深槽右端面用同样方式车削。

加工：

转子长2.197米，加工U型深槽时通过一夹一顶(活顶针)和搭中心架的方式进行车削，即使定制专用长刀杆槽刀，但在加工过程出现明显的让刀、发振现象，甚至出现长时间发振，槽刀无法进行有效切削，这样导致深槽表面质量差，底部尺寸误差大，跳动精度不能满足设计技术要求。

难点分析：

槽刀的强度和刚性比车刀差，槽刀的设计只适用于加工浅槽，对于加工U型深槽，槽刀刀杆设计越长，增加车削过程振动、让刀频率越高。现有的槽编程方式并不适用于深槽，必须根据设计技术要求进行调整加工方式，槽刀车深槽外圆，从根本上都是不能满足设计要求，多级轮盘U型深槽中间处于悬空状态，车削过程出现发振现象，挤压刀片，同样增大深槽径向受力，这样很难保证底部跳动为0.02mm。因此，用加长刀杆槽刀车削U型深槽是不合理，必须新的加工方法和新的刀具完成深槽车削，保证车削后的深槽满足设计技术要求。

本发明的目的是完成多级转子轮盘U型深槽加工，且加工结果必须满足设计技术要求。通过将原始的长刀杆左右槽刀改为高强度的刀排与常规外圆车刀组装进行车削，从根本上增加刀具的强度，设计一种为强度高、承重好，一端直接用于刀架装夹，一端用螺纹连接左右车刀的刀排，刀排选择现有的不锈钢材料进行加工成型，如图5所示，车刀选用常规的左右车刀，如图6所示，组装刀具不需要定制，可以有效控制刀具成本；另外将原始槽刀加工方法换成适用于车刀加工方式，先用车刀车削深槽左端面，车削到与端面交点处退刀，然后从槽中间位置斜线进刀，车削到与端面交点处退刀，这种加工方式完全适用于外圆车刀，本身车刀车削端面和外圆强度好，能有效保证零件的表面质量和加工精度。这样组装的刀具在加工U型深槽过程中让振动和让刀现象得到控制，其振动的降低更是进一步确保了U型深槽的加工质量。

具体的，包括下列详细步骤：

组装刀具：原始槽刀是一体成型，不需要组装过程，但槽刀的强度和刚性较差，这种槽刀的设计只适用于加工浅槽，不能完成深槽加工。新设计刀具如图7所示，将刀排和车刀进行组装，组装后刀具总长200mm，车刀连接处长155mm,车刀总宽26mm，其中刀排和车刀各两孔是两者之间螺纹连接孔，组装顺序按照图5、图6、图7进行。组装过程必须先后确保连接刀排和车刀的螺纹孔没有错位且无松动情况、刀排和车刀间无缝隙，这样从根本上保证了组合刀具配合好，避免刀具本身在加工过程产生振动。

装夹零件：转子通过一夹一顶和搭中心架方式装夹，如图8所示，四爪夹G-G这段外圆，在H-H这段外圆搭有中心架和顶针，编制大型零件车削程序时，转速设置S40r/min,在这种转速下，选择用死顶针比活顶针更好，死顶针在低转速时对零件径向精度要求更好，且死顶针不会随转子旋转而旋转，可以增加转子轴向受力，这样能有效避免在车削出现发振影响零件受力问题。死顶针选择锥度75°的圆锥型油石棒，顶尖头材料为硬质合金，这样车削过程给死顶针位置冲冷却液，可以快速降低加工过程顶针和零件因摩擦升高的温度，能有效避将温度传递给零件的影响。装夹过程不断调整保证外圆两基准面跳动为0.02mm，这样可以确保在加工U型深槽前，转子本身装夹条件是满足设计要求，为后续提供良好的加工条件。

加工：准备工作完成后，进入正式加工，先集体加工U型深槽左端面和底部，再集体加工右端面和底部，所有尺寸都是以中间公差完成编程，刀排和车刀总宽度为26mm，编程在进退刀时注意两侧端面距离，避免刀具和零件干涉碰撞，编程线路如图10中的三条线，第一条虚线为原始毛坯线,余量为2mm、第二条为精车余量线，余量为0.2mm、第三条为U型深槽实物线，以第一个U型深槽为例，槽总宽65.98，具体加工流程和注意事项如下：

左端面粗车，沿着如图10中U型深槽左端面第二条精车余量线从上往下进刀，车到端面与R的交点处进行斜线退刀，交点如图10标识中b点，用进给0.15mm/min、转速80r/min、吃刀量1.8mm的加工参数完成所有U型深槽左端面粗车；

左端面精车，沿着如图10第三条槽实物线完成精车，精车方法与粗车方法一致，加工的进给和转速参数不变，吃刀量为0.2mm；

槽底部左外圆粗车，从槽底部外圆中间如图10中标识a点斜线进刀，由于第一个U型槽总宽65.98，组装刀具总宽为26mm，进刀位置距离右端面毛坯线2mm，可以直接避刀具与槽右端面的干涉，沿着第二条精车余量线往左端面方向车削，车到左端面与R的交点处进行斜线退刀，用进给0.15mm/min、转速120r/min、吃刀量1.8mm的加工参数完成所有U型深槽左端面粗车；

槽底部左外圆精车，沿着如图10第三条槽实物线完成精车，精车方法与粗车方法一致，加工的进给和转速参数不变，吃刀量为0.2mm；

初步检验，在车削过程出现轻微发振现象，观察槽表面质量，没有明显振纹和刀痕，说明加工方法能有效控制刀具发振现象，由于只完成车削一部分，只能进行初步检验，左端面检验只能以如图11中C-C尺寸为准，用游标卡尺测量C-C为49.02mm，设计要求公差为0到+0.05mm，检测尺寸合格，槽底部左外圆尺寸，用外径千分尺测量直径184.5mm，同样满足设计要求；

U型深槽右面车削，右端面、底部右外圆的车削方式方法与左面步骤完全一致，但在车削右端面精车时，由于每个U型深槽间隙值不一致，让刀尺寸也会存在细微差别，需要在加工过程用游标卡尺测量间隙值，差多少就用端面补刀方式补偿多少值，比如第一个U型深槽右端面车削，精车完成后，需测量如图11的D-D尺寸，第一次测量值为52.085mm，实际编程值为52.025mm，两者相差0.06mm,就需要补偿0.06mm完成右端面车削，再次测量值为52.03，设计要求公差为0到+0.05mm，检测尺寸合格，这样的加工方式让刀现象也能有效控制，接着进行下一个深槽右端面车削；

最终检验，完成所有U型深槽车削，用游标卡尺测量每个槽间距值，用外径千分尺测量底部左、中、右三个位置尺寸，所有尺寸均是满足设计要求，测量尺寸后，再复测外圆AB两基准面跳动，复测值为0.025mm，设计要求是0.03mm，复测值在设计要求范围内，U型深槽加工合格，进行下一道工序。

效益分析：用刀排和车刀组合方式加工U型深槽直接沿用车刀车削外圆和端面的特点，这样组合增加刀具强度和刚性，可以大幅度提高车削精度，有效控制车端面、外圆时发振现象，区别于槽刀，槽刀是通过不断插退方式，一刀一刀车削，如图4所示，槽刀本身强度不如车刀好，槽刀加工深槽时让刀、发振会很严重，其加工精度并不能满足设计要求。车刀在车削过程进给为0.15mm/min,槽刀进给为0.05mm/min,车刀只需要4刀就可以完成第一个U型深孔加工，但槽刀至少需要16刀完成第一个深孔加工，通过这样加工参数，直接体现出新设计刀排和车刀的刀具更能提高效率。

通过选用刀排和车刀组装刀具、加工方式，圆满完成多级轮盘U型深槽加工，不仅在加工过程有效控制发振、让刀现象，还保证U型深槽的加工质量。这样刀具相比槽刀节约刀具成本和提高生产效率，为后续加工U型深槽打下坚实基础。最后总结以上加工经验，将组装刀具和加工方法进行归档，为后续U型深槽做好技术储备。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种多级转子轮盘U型深槽加工方法，其特征在于：包括如下步骤：

组装刀具；

装夹零件；

利用刀具先集体加工U型深槽左端面和底部，然后加工U型深槽的右端面；

车削完成后，依据设计技术要求检验U型深槽。

2.根据权利要求1所述的多级转子轮盘U型深槽加工方法，其特征在于：组装刀具的具体步骤为：

将刀排和车刀进行组装，其中刀排和车刀各两个螺纹孔，组装过程确保连接刀排和车刀的所述螺纹孔没有错位且无松动情况、刀排和车刀间无缝隙。

3.根据权利要求1所述的多级转子轮盘U型深槽加工方法，其特征在于：

刀排和车刀组装后，形成的刀具总长200mm，车刀连接处长155mm，车刀总宽26mm。

4.根据权利要求1所述的多级转子轮盘U型深槽加工方法，其特征在于：装夹零件的具体步骤为：

利用四爪夹夹持转子一端的外圆，在转子的另一端的外圆搭有中心架和顶针，转子通过一夹一顶和搭中心架方式装夹完成。

5.根据权利要求1所述的多级转子轮盘U型深槽加工方法，其特征在于：利用刀具先集体加工U型深槽左端面和底部，然后加工U型深槽的右端面的具体步骤为：

控制刀具的第一刀从最大外圆沿着左侧槽端面位置开始进刀，车削到第一预设点进行退刀，退到最大外圆处；

之后控制刀具的第二刀从槽底部外圆中间位置进刀，之后车削顺序按照预设线路进行加工，车削到第一预设点后进行退刀退到最大外圆处；

然后利用与左端面相同加工方式对右端面进行加工。

6.根据权利要求5所述的多级转子轮盘U型深槽加工方法，其特征在于：

当刀具的第一刀从槽底部外圆进刀时，在第二预设点通过斜线方式进刀，与端面留一定进刀距离，左右两槽斜线有交叉尺寸。

7.根据权利要求6所述的多级转子轮盘U型深槽加工方法，其特征在于：

刀具车削过程分粗精车，精车余量为0.2mm。

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