CN203636051U - 一种单叶片加工用球头铣刀及带球头铣刀的五轴数控机床 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种单叶片加工用球头铣刀及包括球头铣刀的五轴数控机床，球头铣刀包括刀身(1)和刀头(2)，刀头(2)的轴向长度≤15mm，刀头(2)挑出直径的公差为±0.005mm，刀头(2)的球头公差为±0.003mm。本单叶片加工用球头铣刀提高了刀具整体的刚性，减少了加工过程中自身的让刀和颤动现象，使得粗加工以及精加工时间明显减少，使得叶片粗加工以及精加工的效率明显提高，使得粗加工的效率提高50％以上，精加工的效率提高20％以上；能够保证每批叶片加工状态的一致性。
Description
技术领域
本实用新型涉及航空发动机加工技术领域，特别地，涉及一种单叶片加工用球头铣刀，具体涉及一种单叶片五轴无余量加工用球头铣刀。此外，本实用新型还涉及一种带上述球头铣刀的五轴数控机床。
背景技术
随着航空技术的发展，航空发动机零件结构和型面越来越复杂，而为提高航空发动机高速旋转下所产生的推力，必须采用高硬的材料，以提高叶片的强度及刚性，减薄叶片的厚度，以增大气流通道的面积，这就使得发动机叶片逐步向高硬、超薄、高精方向发展。
而传统的五轴数控机床数铣后抛光的加工方法，叶片精加工由五轴数控机床直接加工到尺寸，由于五轴数控机床加工不能进行空间角度的半径补偿，所以要求数控刀具的几何精度很高，否则直接影响叶片的厚度尺寸和轮廓度。由于存在零件及数控刀具两方面的让刀，为保证叶片轮廓尺寸和表面粗糙度只有降低刀具进给速度以降低铣削力，进给量控制在90mm/min以下，来减少零件的变形，一个叶片粗加工25分钟，精加工70分钟，共需要95分钟时间。传统加工方法已无法满足新一代发动机的技术要求。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种单叶片加工用球头铣刀，以解决数控刀具的几何精度不高直接影响叶片的厚度尺寸和轮廓度，存在零件及数控刀具两方面让刀造成加工时间长的技术问题。本实用新型采用了改进数控刀具的方式，使叶片在五轴数控机床上直接加工到尺寸，保证了叶片的型面轮廓度及粗糙度要求。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种单叶片加工用球头铣刀，包括刀身和刀头，刀头的轴向长度≤15mm，刀头挑出直径的公差为±0.005mm，刀头的球头公差为±0.003mm。
进一步地，刀头的轴向长度为12mm或者15mm。
进一步地，刀头上的刀刃为螺旋刀刃，刀刃的螺旋角为15°-25°。
进一步地，刀头上刀刃的螺旋角为20°。
进一步地，刀头表面喷涂有至少一层耐磨涂层。
进一步地，刀头的刀刃的前刀面露出耐磨涂层的外表面。
进一步地，刀身的长度为70mm-85mm。
进一步地，刀身的长度为75mm或者80mm。
进一步地，刀身上设有用以缓冲和固定定位的定位槽，定位槽为环向布置或者螺旋状布置。
根据本实用新型的另一方面，还提供了一种五轴数控机床，其包括有上述球头铣刀。
本实用新型具有以下有益效果：
本单叶片加工用球头铣刀将刀头抽象长度尺寸限定在15mm以内，明显提高了刀具整体的刚性，减少了加工过程中自身的让刀和颤动现象，避免在加工后的叶片表面产生震纹，从而保证了零件的叶型精度及表面粗糙度，减少了切削过程中断刀现象，同时在使用时可以将进给量由原来的90mm/min提高至150mm/min-200mm/min，使得粗加工以及精加工时间明显减少，使得叶片粗加工以及精加工的效率明显提高，使得粗加工的效率提高50％以上，精加工的效率提高20％以上；由于叶片是自由曲面，精加工过程是球头铣刀与叶片点接触加工的过程，根据加工过程中刀具与叶片所形成的夹角，刀具参与切削的部位是刀具球头与直径的交点处，零件叶型的理论精度取决于合金铣刀的直径精度及球头精度，而零件表面粗糙度的好坏主要取决与铣刀绕叶片加工的疏密程度，刀头挑出直径的公差控制为±0.005mm，刀头的球头公差控制为±0.003mm，能够保证每批叶片加工状态的一致性。突破了几十年来传统的单叶片最终精加工必须靠钳工抛光保证的现象，实现了薄单叶片五轴无余量的加工过程，控制了单叶片的加工精度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例的单叶片加工用牛鼻铣刀的结构示意图之一；
图2是本实用新型优选实施例的单叶片加工用球头铣刀的结构示意图之一；
图3是本实用新型优选实施例的单叶片加工用牛鼻铣刀的结构示意图之二；
图4是本实用新型优选实施例的单叶片加工用球头铣刀的结构示意图之二。
图例说明：
1、刀身；2、刀头；3、刀刃；4、定位槽。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本实用新型优选实施例的单叶片加工用牛鼻铣刀的结构示意图之一；图2是本实用新型优选实施例的单叶片加工用球头铣刀的结构示意图之一；图3是本实用新型优选实施例的单叶片加工用牛鼻铣刀的结构示意图之二；图4是本实用新型优选实施例的单叶片加工用球头铣刀的结构示意图之二。
如图2和图4所示，本实施例的单叶片无余量加工用球头铣刀，包括刀身1和刀头2，刀头2的轴向长度≤15mm，刀头2挑出直径的公差为±0.005mm，刀头2的球头公差为±0.003mm。本单叶片加工用球头铣刀将刀头2抽象长度尺寸限定在15mm以内，明显提高了刀具整体的刚性，减少了加工过程中自身的让刀和颤动现象，避免在加工后的叶片表面产生震纹，从而保证了零件的叶型精度及表面粗糙度，减少了切削过程中断刀现象，同时在使用时可以将进给量由原来的90mm/min提高至150mm/min-200mm/min，使得粗加工以及精加工时间明显减少，使得叶片粗加工以及精加工的效率明显提高，使得粗加工的效率提高50％以上，精加工的效率提高20％以上；由于叶片是自由曲面，精加工过程是球头铣刀与叶片点接触加工的过程，根据加工过程中刀具与叶片所形成的夹角，刀具参与切削的部位是刀具球头与直径的交点处，零件叶型的理论精度取决于合金铣刀的直径精度及球头精度，而零件表面粗糙度的好坏主要取决与铣刀绕叶片加工的疏密程度，刀头2挑出直径的公差控制为±0.005mm，刀头2的球头公差控制为±0.003mm，能够保证每批叶片加工状态的一致性。突破了几十年来传统的单叶片最终精加工必须靠钳工抛光保证的现象，实现了薄单叶片五轴无余量的加工过程，控制了单叶片的加工精度。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，刀头2的轴向长度为12mm或者15mm。图1、图3所示的刀头2的轴向长度为15mm，用于叶片粗加工，提高了刀具整体的刚度，减少了切削过程中断刀的现象，同时进给量可以由原来的90mm/min提高至150mm/min，粗加工时间可以明显减少，使叶片粗加工的效率提高52％。图2、图4所示的刀头2的轴向长度为12mm，用于叶片的精加工，增强了铣刀的刚性，减少了精加工刀具加工中自身让刀与发弹的现象，避免了叶片表面的震纹，从而保证了零件的叶型精度及表面粗糙度，进给量可以由90mm/min提高到200mm/min，加工效率提高了1.2倍。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，刀头2上的刀刃3为螺旋刀刃，刀刃3的螺旋角为15°-25°。能够增大加工过程中的排屑空间。
如图1所示，本实施例中，刀头2上刀刃3的螺旋角为20°。能够增大加工过程中的排屑空间。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，刀头2表面喷涂有至少一层耐磨涂层。使铣刀表层有很高的耐磨性，使得一把铣刀可加工叶片的数量由1片增加到3-4片，刀具的寿命能够延长3-4倍。
如图2、和图4所示，本实施例中，刀头2的刀刃3的前刀面露出耐磨涂层的外表面。在提高铣刀表层耐磨性的同时又不阻碍到刀刃，未涂层的刀尖部位更加锋利，加工的叶片更接近理论尺寸，更适合与进行叶身薄、易变叶片的精加工。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，刀身1的长度为70mm-85mm。
如图1、图2、图3和图4所示，本实施例中，刀身1的长度为75mm或者80mm。
如图3和图4所示，本实施例中，刀身1上设有用以缓冲和固定定位的定位槽4，定位槽4为环向布置或者螺旋状布置。可以提高铣刀与机床之间的相对稳定性，提高加工的精度；可以减少使用过程中的相互作用力，提高铣刀的使用寿命。
本实施例的五轴数控机床，包括有上述球头铣刀。
实施时，刀具结构上做了以下改进。
如图1、3所示，标准的φ10XR1合金铣刀总长80mm，刃长30mm，根据粗加工数控刀具与叶片形成5度的侧倾角，深度每层2mm’的螺旋式进刀方式，刀具的实际刃长12mm即可满足要求，而30mm的标准刃长降低了刀具整体的刚性，改进后刀具刃长由30mm减至13mm，刃长缩短后提高了刀具整体的刚性，减少了切削过程中断刀现象，同时进给量由原来的90mm/min提高至150mm/min，粗加工时间由原来的36分钟降至20分钟，使叶片粗加工的效率提高了52％。
如图2、4所示，单叶片精加工刀具为球头合金铣刀，标准的φ8XR4球头合金铣刀刃长为33mm，较长的刃长会影响铣刀的整体刚性，因为刀具与叶片之间存在5度的夹角，所以刀具的实际刃长有10mm即可，改进后实际刃长为12mm，增强了刀具的刚性，减少了精加工刀具加工中自身的让刀与发弹，避免了叶片表面的震纹，从而保证了零件的叶型精度及表面粗糙度，进给量由90mm/min提高到200mm/min，加工效率提高了1.2倍。
为减少叶片的加工变形及让刀现象，减少精加工的铣削力，经半精加工后叶尖部分精加工余量仅留0.07mm，叶尖部分两端R处厚度为0.3mm，中间叶身处厚度为1.13mm，而叶片伸长为35mm，叶尖部分非常薄弱，刀具越锋利叶片让刀量越少，对刀具前刀面涂层合金铣刀与未涂层合金铣刀进行加工比较，未涂层合金铣刀更加锋利，加工的叶片更接近理论尺寸，0.99mm的叶身厚度为1.01mm，涂层合金铣刀加工厚度为1.05mm，超出了
轮廓度的要求，通过叶片加工的试验也证明未涂层刀具更适合进行叶身薄、易变性叶片的精加工。
严格控制精加工铣刀的直径和R4的球头半径公差。
由于叶片是自由曲面，精加工过程是球头铣刀与叶片点接触加工的过程，根据加工过程中刀具与叶片所形成的夹角，刀具参与切削的部位是刀具球头与直径的交点处。零件叶型的理论精度取决于合金铣刀的直径精度及球头精度，而零件表面粗糙度的好坏主要取决与铣刀绕叶片加工的疏密程度，通过精密对刀仪对每把球头铣刀的几何尺寸进行测量筛选，如图2、4所示，挑出直径公差为φ8±0.005mm，球头公差为R4±0.003mm的刀具，保证了每批叶片加工状态的一致性。
五轴无余量加工技术通过对单叶片粗精加工数控刀具的改进，合并了数控粗铣和钳工精抛光两个加工过程，节约了大量的人力物力，最大限度地降低了零件的变形和叶尖啃刀现象，同时保证叶片
的轮廓度和的表面粗糙度要求，加工合格率由原来10％提高至100％，加工时间由6小时缩短为0.5小时，使零件质量及加工效率大幅提高。
同时，本球头铣刀也能够用于四轴机床。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种单叶片加工用球头铣刀，包括刀身(1)和刀头(2)，
其特征在于，
所述刀头(2)的轴向长度≤15mm，
所述刀头(2)挑出直径的公差为±0.005mm，
所述刀头(2)的球头公差为±0.003mm。
2.根据权利要求1所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，所述刀头(2)的轴向长度为12mm或者15mm。
3.根据权利要求1所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，
所述刀头(2)上的刀刃(3)为螺旋刀刃，
所述刀刃(3)的螺旋角为15°-25°。
4.根据权利要求3所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，所述刀头(2)上所述刀刃(3)的螺旋角为20°。
5.根据权利要求3所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，所述刀头(2)表面喷涂有至少一层耐磨涂层。
6.根据权利要求5所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，所述刀头(2)的所述刀刃(3)的前刀面露出耐磨涂层的外表面。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，所述刀身(1)的长度为70mm-85mm。
8.根据权利要求7所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，所述刀身(1)的长度为75mm或者80mm。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的单叶片加工用球头铣刀，其特征在于，
所述刀身(1)上设有用以缓冲和固定定位的定位槽(4)，
所述定位槽(4)为环向布置或者螺旋状布置。
10.一种五轴数控机床，其特征在于，包括有权利要求1至9中任一项所述的球头铣刀。
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