CN108406233B - 不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法，包括以下步骤：第一步，根据不规则壳体构件的内腔底部需要加工环形槽的尺寸、精度要求定制用于粗加工环形槽的铣刀、用于半精加工环形槽和精加工环形槽的车铣刀；第二步，车铣刀试切与调整；第三步，将不规则壳体构件装夹在数控加工中心的工作台上，并且固定不动；第四步，粗加工环形槽；第五步，半精加工环形槽；第六步，精加工环形槽。本发明加工稳定性好，加工的环形槽表面质量好、尺寸精度高，切削效率高，大批量生产，一致性好。

Description

不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机附件，涉及不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法。

背景技术

机械零件加工中，特别是一些带有型腔的壳体构件中，经常会有一些深、窄环形槽结构。常见于航空发动机附件机匣的腔体中。这种环形槽结构设计为零件配合使用，不仅位置特殊，而且尺寸精度和粗糙度要求较高，同时还有同轴度、圆柱度和圆度等形位公差要求。带有型腔的壳体构件的材质一般为铝镁合金，材料粘度大，不易加工。对于此类环形槽，传统的加工方法是定制专用夹具，使用普通车床或数控车床来完成。但是，对于结构特殊、环形槽尺寸要求较高的壳体构件，使用车床加工较难实现，存在的问题如下：

（1）加工刚性较差；通常表现为工件的装夹刚性较差和加工刀具的刚性差。装夹刚性差是由于工件的不规则和夹具的特殊结构所造成的；加工刀具刚性差是由于深、窄槽的位置决定刀具的悬伸较长所造成的。

（2）工件加工不稳定；由于被加工的壳体构件并非环形结构，在车削加工时，工件回转过程为偏心运动，工件的加工状态不稳定。

（3）加工质量差；由于工件装夹刚性差、加工状态不稳定以及加工刀具的刚性差，导致加工过程中容易产生振动，最终结果表现为环形槽的表面质量和尺寸精度都达不到要求。

（4）加工效率低；工件的装夹状态限制了工件的回转速度，且需要反复车削方能达到精度要求，造成加工效率低下，不利于批量化生产。

因此，如何提供一种新的、适合于不规则壳体类零件高精度环形槽加工方法，以满足生产需要，提高生产效率，是本领域技术人员面临的课题。

CN104475843A公开的“一种环形类机匣径向窄槽的加工方法”，在考虑工件整体刚性的情况下，采用分层渐进螺旋线轨迹一次性铣削方式，实现小切深、高进给，充分发挥刀具的切削性能，提高加工效率，保证加工尺寸，成功地解决了环形类机匣径向窄槽效率低、质量不高的数控铣加工难题；同时该方法可以应用在任意形状的窄槽加工；随着该技术在环形类机匣构件上的应用，此技术所确定的加工方法具有指导意义，为新型航空发动机的加快研制进度和降低研制成本奠定了良好的基础；从另一个角度看，为今后航空发动机提效降本及提高质量，应用于大批量生产，创造的价值更大。

CN106312158A公开了“一种用于航空发动机的机匣内壁面的斜槽加工方法”，包括以下步骤：a、加工设备选取五轴数控机床；b、改进刀具装配方式，通过转接角度头转接机床主轴上的刀具，形成沿机匣轴向伸入机匣内的机床主轴以及沿机匣的径向对机匣内壁面进行加工的刀具；c、刀具选择，刀具柄部直径为φ6~φ10，刃部直径为φ4~φ7，刀具长径比为1：7~1：10，以减少加工过程中刀具转接带来的刀具颤动；d、选择斜槽加工工艺路线，采用迂回加工方式，以保证斜槽表面的粗糙度和提高加工效率；e、对机匣内壁面的各个斜槽设计位置进行加工，得到成型机匣。保证了斜槽尺寸和粗糙度要求；降低了大量的刀具消耗，节约了加工成本。

但是，前一种加工方法适用于环形类机匣构件上加工径向窄槽（非环形槽），后一种加工方法适用于航空发动机的机匣内壁面的斜槽加工，两种加工方法都不适用于不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工。

发明内容

本发明的目的是提供不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法，其加工稳定性好，加工的环形槽表面质量好、尺寸精度高，切削效率高，一致性好，利于大批量生产。

为解决上述不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工，本发明提供一种在加工中心上以铣代车的环形槽加工方法。

本发明所述的不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步，定制刀具；

1）根据不规则壳体构件的内腔底部需要加工环形槽的尺寸、精度要求，定制用于粗加工环形槽的去余量铣刀，保证铣削后的环形槽的单边余量为0.5mm；

2）根据不规则壳体构件的内腔底部需要加工环形槽的尺寸、精度要求，定制结构相同的用于环形槽半精加工和精加工的车铣刀，所述车铣刀的刀片能够伸出的切削长度大于所加工环形槽深度1～2mm，用于半精加工的车铣刀的刀片宽度比环形槽的宽度小0.4mm，用于精加工的车铣刀的刀片宽度与环形槽的宽度一致；

第二步，车铣刀试切与调整；

选择相同材料、具有相同结构特征的试件，先后采用去余量铣刀、车铣刀在数控加工中心的工作台上进行环形槽试切，测量切削形成的环形槽的直径、宽度是否符合要求；通过旋转车铣刀的径向调整螺钉调整车铣刀夹，固定车铣刀的加工尺寸，满足环形槽的尺寸特性的要求；

第三步，固定不规则壳体构件；

将不规则壳体构件装夹在数控加工中心的工作台上，并且固定不动；

第四步，粗加工环形槽；

用去余量铣刀螺旋铣完成环形槽的粗加工；加工完成的环形槽在深度方向上应达到最终要求，环形槽直径方向的两侧各留0.5mm余量；

第五步，半精加工环形槽；

用半精加工的车铣刀，采用啄钻的程式进行加工，采用强力风吹冷却、排屑，在加工到底面时减小进给速度，以防止冲击力过大使零件产生变形；

初次加工过程中要及时检查刀片，避免粘刀和刀片磨损带来加工误差；刀片的轴向加工尺寸要比铣削深度大0.01～0.02mm，以保证环形槽底面与铣刀加工后的底面接平；

第六步，精加工环形槽；

用精加工的车铣刀，采用钻削程式一次加工到位，采用强力风吹冷却、排屑，在加工到底面时减小进给速度，以防止冲击力过大导致不规则壳体构件产生变形。

进一步，所述去余量铣刀由刀柄、刀体和切削刃连接构成；所述去余量铣刀的切削刃长度大于环形槽的深度1～2mm，所述切削刃的直径小于环形槽的宽度。

进一步，所述的车铣刀包括车铣刀柄、连接在车铣刀柄下端的车铣刀体、通过刀夹紧固螺钉连接在所述车铣刀体下端的车铣刀夹；所述车铣刀夹由平直部分和连接在平直部分右部下面的竖直部分构成，整体呈“┓”形，还包括通过刀片紧固螺钉固定连接在车铣刀夹竖直部分下端的刀片、设在所述车铣刀夹平直部分左侧的径向调整螺钉。

本发明和传统的车削相比较具有以下优点：

（1）加工稳定性好。加工时，刀具旋转工件固定，加工状态稳定、可靠。

（2）加工精度高。车铣刀刀体的设计参照镗刀的结构，刚性好，加工的环形槽表面质量好、尺寸精度高。

（3）专用车铣刀转速高，切削效率高。

（4）一致性好。由于环形槽尺寸的形成由精加工刀片的宽度来控制，每次切削只需检查刀片的磨损状态即可，对于大批量的生产，一致性好。

附图说明

图1为不规则壳体构件的局部结构示意图；

图2为专用的去余量铣刀结构示意图；

图3为专用的车铣刀结构示意图；

图4为图3的A向示意图；

图5为专用的车铣刀的刀片轴测图；

图6为专用的车铣刀的刀片截面图；

图7为用去余量铣刀进行粗加工环形槽的示意图；

图8为用车铣刀进行半精加工或精加工的示意图。

图中：1—去余量铣刀，10—刀柄，11—刀体，12—切削刃；

2—车铣刀，20—车铣刀柄，21—车铣刀体，22—车铣刀夹，23—刀夹紧固螺钉，24—刀片，25—刀片紧固螺钉，26—径向调整螺钉；

3—不规则壳体构件，30—内腔，31—环形槽。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。

本发明所述的不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步，定制刀具；

1）根据不规则壳体构件3的内腔30底部需要加工环形槽31的尺寸、精度要求，定制用于粗加工环形槽的去余量铣刀1，参见图1和图2；所述去余量铣刀1由刀柄10、刀体11和切削刃12连接构成；所述去余量铣刀1的切削刃12长度大于环形槽的深度1～2mm（毫米），所述切削刃12的直径小于环形槽的宽度，并保证铣削后的环形槽的单边余量为0.5mm（毫米）；

2）根据不规则壳体构件3的内腔30底部需要加工环形槽31的尺寸、精度要求，定制结构相同的用于环形槽半精加工和精加工的车铣刀2，所述车铣刀2的刀片24能够伸出的切削长度大于所环形槽深度1～2mm（毫米），用于半精加工的车铣刀的刀片宽度比环形槽的宽度小0.4mm（毫米），用于精加工的车铣刀的刀片宽度与环形槽的宽度一致；

参见图3、图4、图5和图6，所述车铣刀2包括车铣刀柄20、连接在车铣刀柄下端的车铣刀体21、通过第一紧固螺钉23连接在所述车铣刀体下端的车铣刀夹22，所述车铣刀夹22由平直部分和连接在平直部分右部下面的竖直部分构成，整体呈“┓”形，还包括通过第二紧固螺钉25固定连接在车铣刀夹竖直部分下端的刀片24、设在所述车铣刀夹平直部分左侧的径向调整螺钉26；所述车铣刀2的刀片24能够伸出的切削长度大于环形槽深度1～2mm（毫米），用于半精加工的车铣刀的刀片宽度比环形槽的宽度小0.4mm（毫米），用于精加工的车铣刀的刀片宽度与环形槽的宽度一致；

车铣刀体设有排屑通道，车铣刀的刀片设计参考端面车槽刀刀片的结构形式，切削直径范围应包含所加工环形槽的尺寸；车铣刀夹为可调式，以满足可加工直径的调整要求。

第二步，车铣刀试切与调整；

选择相同材料、具有相同结构特征的试刀件，先后采用去余量铣刀1、车铣刀2在数控加工中心的工作台上进行环形槽试切，测量切削形成的环形槽的直径、宽度是否符合要求；通过旋转车铣刀2的径向调整螺钉26调整车铣刀夹22，从而调整和固定车铣刀的加工尺寸，满足环形槽的尺寸特性的要求。

第三步，固定不规则壳体构件；

将不规则壳体构件3装夹在数控加工中心的工作台上，并且固定不动；

第四步，粗加工环形槽，参见图7；

用去余量铣刀1螺旋铣完成环形槽31的粗加工；具体切削参数可按照不同的加工材料以及环形槽的结构来确定，总的原则是在保证刀具寿命的前提下最大程度提高加工效率；加工完成的环形槽在深度方向上应达到最终要求（考虑到工件的装夹刚性，避免工件在后续加工中轴向受力过大产生变形），环形槽直径方向的两侧各留0.5mm（毫米）余量；

第五步，半精加工环形槽，参见图8；

用半精加工的车铣刀2，采用啄钻的程式进行加工，采用强力风吹冷却、排屑（不浇冷却液）,在加工到底面时减小进给速度，以防止冲击力过大使零件产生变形；

初次加工过程中要及时检查刀片，避免粘刀和刀片磨损带来加工误差；刀片的轴向加工尺寸要比铣削深度大0.01～0.02mm（毫米），以保证环形槽底面与铣刀加工后的底面接平；（啄钻：英文PECK DRLLING，一种递进式的钻孔方式，就是在钻孔时，并非一次钻到底，钻到一定深度，提刀排屑，然后继续钻，直到钻到规定的深度为止。）

第六步，精加工环形槽，参见图8；

用精加工的车铣刀2，采用钻削程式一次加工到位，采用强力风吹冷却、排屑，在加工到底面时减小进给速度，以防止冲击力过大导致带不规则壳体构件产生变形。

本发明与现有技术相比较，提高了内环形槽的表面质量和尺寸精度，提高了产品质量和生产效率，解决了不规则壳体件内腔底部高精度环形槽的加工难题。通过实际验证，本发明对于位置特殊、尺寸精度和位置精度较高的深窄环形槽的加工具有较高价值的应用意义。

以上对本发明具体实施例中的环形槽加工方法及其采用的切削刀具做说明，可使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对本领域的专业技术人员来说，本发明将不会被限制于本文所示的实例，而是符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。

Claims (3)

1.不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法，其特征是，包括以下步骤：

第一步，定制刀具；

1）根据不规则壳体构件（3）的内腔（30）底部需要加工环形槽（31）的尺寸、精度要求，定制用于粗加工环形槽的去余量铣刀（1），保证铣削后的环形槽（31）的单边余量为0.5mm；

2）根据不规则壳体构件（3）的内腔（30）底部需要加工环形槽（31）的尺寸、精度要求，定制结构相同的用于环形槽半精加工和精加工的车铣刀（2），所述车铣刀（2）的刀片（24）能够伸出的切削长度大于所环形槽深度1～2mm，用于半精加工的车铣刀的刀片宽度比环形槽的宽度小0.4mm，用于精加工的车铣刀的刀片宽度与环形槽的宽度一致；

第二步，车铣刀试切与调整；

选择相同材料、具有相同结构特征的不规则壳体构件，先后采用去余量铣刀（1）、车铣刀（2）在数控加工中心的工作台上进行环形槽试切，测量切削形成的环形槽的直径、宽度是否符合要求；通过旋转车铣刀（2）的径向调整螺钉（26）调整车铣刀夹（22），固定车铣刀的加工尺寸，满足环形槽的尺寸特性的要求；

第三步，固定不规则壳体构件；

将不规则壳体构件（3）装夹在数控加工中心的工作台上，并且固定不动；

第四步，粗加工环形槽；

用去余量铣刀（1）螺旋铣完成环形槽（31）的粗加工；加工完成的环形槽在深度方向上应达到最终要求，环形槽直径方向的两侧各留0.5mm余量；

第五步，半精加工环形槽；

用半精加工的车铣刀（2），采用啄钻的程式进行加工，采用强力风吹冷却、排屑，在加工到底面时减小进给速度，以防止冲击力过大使零件产生变形；

初次加工过程中要及时检查刀片，避免粘刀和刀片磨损带来加工误差；刀片的轴向加工尺寸要比铣削深度大0.01～0.02mm，以保证环形槽底面与铣刀加工后的底面接平；

第六步，精加工环形槽；

用精加工的车铣刀（2），采用钻削程式一次加工到位，采用强力风吹冷却、排屑，在加工到底面时减小进给速度，以防止冲击力过大导致不规则壳体构件产生变形。

2.根据权利要求1所述的不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法，其特征是：所述去余量铣刀（1）由刀柄（10）、刀体（11）和切削刃（12）连接构成；所述去余量铣刀（1）的切削刃（12）长度大于环形槽的深度1～2mm，所述切削刃（12）的直径小于环形槽的宽度。

3.根据权利要求1所述的不规则壳体构件内腔底部环形槽的加工方法，其特征是：所述的车铣刀（2）包括车铣刀柄（20）、连接在车铣刀柄下端的车铣刀体（21）、通过刀夹紧固螺钉（23）连接在所述车铣刀体下端的车铣刀夹（22）；所述车铣刀夹（22）由平直部分和连接在平直部分右部下面的竖直部分构成，整体呈“┓”形，还包括通过刀片紧固螺钉（25）固定连接在车铣刀夹竖直部分下端的刀片（24）、设在所述车铣刀夹平直部分左侧的径向调整螺钉（26）。