一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 103157843 A (43)申请公布日 2013.06.19 CN 103157843 A *CN103157843A* (21)申请号 201110423932.3 (22)申请日 2011.12.18 B23C 3/18(2006.01) B23C 5/10(2006.01) (71)申请人 沈阳黎明航空发动机 （集团） 有限责 任公司 地址 110043 辽宁省沈阳市大东区东塔街 6 号 (72)发明人 岳召启 李丹 张积瑜 陈亚莉 (74)专利代理机构 沈阳晨创科技专利代理有限 责任公司 21001 代理人 樊南星 (54) 发明名称 一种小切深大进给整体。

2、叶轮粗开槽加工方法 (57) 摘要 一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工 方法， 其特征在于 ： 使用专用的飞碟铣刀， 加工 深度为 3-5 倍刀具半径的深腔槽， 每次切深为 1-4.5mm， 每齿进给量为 0.5-1mm ； 所述专用的飞 碟铣刀满足下述要求 ： 其由刀杆 （1） 、 刀片 （2） 、 固 定螺钉 （3） 构成， 刀片 （2） 位于刀杆 （1） 的前端并 由固定螺钉 （3） 固定在刀杆 （1） 上 ； 所述专用的飞 碟铣刀为三头， 刀片 （2） 为三片， 刀片 （2） 为三角 形。所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法 中， 刀具寿命更长， 对于直径在 40mm 左右的刀具， 。

3、切削体积应该保持在 400cm2左右较为合适。本发 明每齿进给量明显较大， 刀片承受的切削力在轴 向的分力达到 90% 以上 ； 刀具寿命长。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103157843 A CN 103157843 A *CN103157843A* 1/1 页 2 1. 一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法， 其特征在于 ： 使用专用的飞碟铣刀， 加工深度为 3-5 倍刀具半径的深腔槽， 每次切深为 1-4.5mm， 。

4、每齿进给量为 0.5-1mm ； 所述专用的飞碟铣刀满足下述要求 ： 其由刀杆 （1） 、 刀片 （2） 、 固定螺钉 （3） 构成， 刀片 （2） 位于刀杆 （1） 的前端并由固定螺钉 （3） 固定在刀杆 （1） 上 ； 所述专用的飞碟铣刀为三头， 刀片 （2） 为三片， 刀片 （2） 为三角形。 2. 按照权利要求 1 所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法， 其特征在于 ： 每次切 深为 1.5-4mm， 每齿进给量为 0.55-0.8mm。 3. 按照权利要求 1 或 2 所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法， 其特征在于 ： 所 述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中， 使用冷却液。

5、强力冷却辅助加工。 权 利 要 求 书 CN 103157843 A 2 1/3 页 3 一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法 0001 技术领域 0002 本发明涉及机械制造技术领域， 特别提供了一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加 工方法。 背景技术 0003 整体叶轮加工技术是先进航空发动机的关键技术， 受特种加工技术对材料性能影 响及加工精度等要求的限制， 机械加工仍是应用范围广泛的加工方法。 0004 整体叶轮加工中叶片型面为复杂自由曲面， 叶片部分无法直接锻造成型， 因此， 整 体叶轮的毛坯多为整体锻件， 这就造成整体叶轮在加工过程中材料的去除率大增， 最大去 除率可达 93% 以上。

6、。 0005 目前， 整体叶轮的加工方法多采用钻铣、 端 R 铣刀层切、 变位插铣进行粗开糟加 工， 由于钴铣、 变位插铣属于大切深多轴常速加工， 而自由曲面形状较为复杂， 这就造成了 欠切部位及欠切量不一致。为了减小精铣加工变形量， 必须采用球头铣刀或端 R 铣刀点位 铣加工的方法以使余量均匀化。由于常规加工方法需至少两次加工， 延长了加工时间。同 时， 钻铣、 端 R 铣刀层切、 插铣切削线速度及进给量一般都很小。因此， 整体叶轮的粗开槽加 工过程中， 使用何种加工方法以提高加工表面余量均匀性， 同时提高加工效率、 降低加工成 本， 是整体叶轮粗开槽加工技术的大键。 发明内容 0006 本。

7、发明的目的是提供一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法。 0007 本发明提供了一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法， 其特征在于 ： 使用专 用的飞碟铣刀， 加工深度为 3-5 倍刀具半径的深腔槽， 每次切深为 1-4.5mm， 每齿进给量为 0.5-1mm ； 所述专用的飞碟铣刀满足下述要求 ： 其由刀杆 1、 刀片 2、 固定螺钉 3 构成， 刀片 2 位于 刀杆 1 的前端并由固定螺钉 3 固定在刀杆 1 上 ； 所述专用的飞碟铣刀为三头， 刀片 2 为三 片， 刀片 2 为三角形。 0008 所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法， 其特征在于 ： 每次切深为 1.5-4mm， 每。

8、齿进给量优选为 0.55-0.8mm。 0009 所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中， 优选使用冷却液强力冷却辅助加 工。加工过程中发热量很大， 为保证刀具寿命和使用效果， 设备必须配备强力冷却液系统， 切削过程中必须用内冷系统充分冷却刀具切削刃前端。 0010 根据本发明所涉及的刀具的结构和切削特性， 该刀具不能用于曲率变化较大的部 位的切削， 而待加工的部位又属于空间自由曲面而形成的大区率变化的腔体， 该腔体也按 照叶片积叠轴方向曲率变化较大， 而沿叶片弦宽方向曲率变化相对平缓， 因此， 主切削方向 说 明 书 CN 103157843 A 3 2/3 页 4 沿叶片弦宽方向比较符合。

9、刀具结构特性。通过粗略计算， 在刀具寿命周期内， 对于直径在 40mm 左右的刀具， 切削体积应该保持在 400cm2左右较为合适。 0011 本发明所述的专用的飞碟铣刀 （以端面加工为主的大进给面铣刀） 的主切削刃为 端刃， 对径向力的耐受程度较小， 根据刀具实际尺寸以及切削过程种主运动的方向建立切 削模型， 全面分析切削全过程以及微观受力状态。 该刀具每齿进给量都较大， 明显大于现有 技术中解决统一技术问题所有的以侧刃为主切削刃的铣刀。 在切削过程中， 3个刀片2沿圆 周均布， 当一个刀片 2 切削过后， 在下一个刀片 2 旋转至前进方向位置之前， 刀具已经移动 了一段距离。在刀片 2 到。

10、位后， 残余的未去除材料已经到达了刀具顶部小 R 的后方， 因此在 切削的过程中刀片 2 前部大圆弧并不能将待切削部位材料完全去除， 位于刀片 2 后部的较 短的大圆弧也参与了切削， 当然其切削量远小于前部的大圆弧。 在加工过程中， 刀具所承受 的切削力指向圆弧中心。由于刀片 2 切削部位圆弧半径较大， 圆弧中心坐标在刀具主轴方 向的值也比较大 ； 因此， 在切削过程中， 刀片 2 承受的切削力在轴向的分力达到 90% 以上。 0012 针对本发明等的应用背景， 被切削腔体深度一般较大， 属于典型的深孔加工。 当刀 具由浅入深加工时， 随着切削深度的增加， 刀具所受的轴向力逐渐增大， 刀具振动。

11、会明显加 强， 当由浅入深加工时， 刀具受力会逐渐减小， 振动会逐渐减弱， 这有利于刀具寿命， 尤其当 长径比大于 3 时， 效果会更加明显。 0013 附图说明 0014 下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明 ： 图 1 为加工区域示意图 ； 图 2 为专用的飞碟铣刀结构示意简图 ； 图 3 为专用的飞碟铣刀的刀片 2 的示意简图 ； 图 4 为刀具的刀片 2 在切削过程中的原理示意图 ； 图 5 为与图 4 对应的刀具的刀片 2 在切削过程中的受力分析原理图 ； 图 6 为刀具典型切削方式示意图 ； 图 7 为加工效果较理想的刀具轨迹示意图 ； 图 8 为不锈钢 4 倍刀径深腔。

12、加工示意图。 0015 具体实施方式 0016 实施例 1 一种小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法 ： 使用专用的飞碟铣刀， 加工深度为 3-5 倍刀具半径的深腔槽， 每次切深为 1-4.5mm， 每齿进给量为 0.5-1mm ； 所述专用的飞碟铣刀满足下述要求 ： 其由刀杆 1、 刀片 2、 固定螺钉 3 构成， 刀片 2 位于 刀杆 1 的前端并由固定螺钉 3 固定在刀杆 1 上 ； 所述专用的飞碟铣刀为三头， 刀片 2 为三 片， 刀片 2 为三角形。具体地说是刀片 2 的主体轮廓为三角形， 如图 3 所示。 0017 所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中， 每次切深为 1.5-4m。

13、m， 每齿进给量 优选为 0.55-0.8mm。 说 明 书 CN 103157843 A 4 3/3 页 5 0018 所述小切深大进给整体叶轮粗开槽加工方法中， 还使用冷却液强力冷却辅助加 工。加工过程中发热量很大， 为保证刀具寿命和使用效果， 设备必须配备强力冷却液系统， 切削过程中必须用内冷系统充分冷却刀具切削刃前端。 0019 根据本实施例所涉及的刀具的结构和切削特性， 该刀具不能用于曲率变化较大的 部位的切削， 而待加工的部位又属于空间自由曲面而形成的大区率变化的腔体， 该腔体也 按照叶片积叠轴方向曲率变化较大， 而沿叶片弦宽方向曲率变化相对平缓， 因此， 主切削方 向沿叶片弦宽方。

14、向比较符合刀具结构特性。 通过粗略计算， 在刀具寿命周期内， 对于直径在 40mm 左右的刀具， 切削体积应该保持在 400cm2左右较为合适。 0020 本实施例所述的专用的飞碟铣刀 （以端面加工为主的大进给面铣刀） 的主切削刃 为端刃， 对径向力的耐受程度较小， 根据刀具实际尺寸以及切削过程种主运动的方向建立 切削模型， 全面分析切削全过程以及微观受力状态。 该刀具每齿进给量都较大， 明显大于现 有技术中解决统一技术问题所有的以侧刃为主切削刃的铣刀。在切削过程中， 3 个刀片 2 沿圆周均布， 当一个刀片 2 切削过后， 在下一个刀片 2 旋转至前进方向位置之前， 刀具已经 移动了一段距离。

15、。在刀片 2 到位后， 残余的未去除材料已经到达了刀具顶部小 R 的后方， 因 此在切削的过程中刀片 2 前部大圆弧并不能将待切削部位材料完全去除， 位于刀片 2 后部 的较短的大圆弧也参与了切削， 当然其切削量远小于前部的大圆弧。 在加工过程中， 刀具所 承受的切削力指向圆弧中心。由于刀片 2 切削部位圆弧半径较大， 圆弧中心坐标在刀具主 轴方向的值也比较大 ； 因此， 在切削过程中， 刀片 2 承受的切削力在轴向的分力达到 90% 以 上。 0021 针对本实施例等的应用背景， 被切削腔体深度一般较大， 属于典型的深孔加工。 当 刀具由浅入深加工时， 随着切削深度的增加， 刀具所受的轴向力。

16、逐渐增大， 刀具振动会明显 加强， 当由浅入深加工时， 刀具受力会逐渐减小， 振动会逐渐减弱， 这有利于刀具寿命， 尤其 当长径比大于 3 时， 效果会更加明显。 0022 实施例 2 本实施例是在实施例 1 的基础上具体实施的， 不同于实施例 1 的具体要求如下 ： 钛合金深腔加工 ： 被加工件为轴流式整体叶轮， 加工部位是叶片间型腔， 加工深度为 170mm， 采用刀具的直径为 40mm 的专用铣刀加工。加工参数如下 ： 切削线速度为 63m/min， 每齿进给量为 0.5mm/ 齿， 计算后刀具转速为 500 转 / 分钟， 进给速度为 750mm/min， 每层切 深为 1.2mm， 。

17、计算的刀具轨迹参见附图 7。由于每齿进给量较大， 加工冷却方式对刀具寿命 影响极大。为了延长刀具寿命， 必须配套使用内部强力冷却系统。 0023 实施例 3 本实施例是在实施例 1 的基础上具体实施的， 不同于实施例 1 的具体要求如下 ： 模具钢深腔加工 ： 被加工件为挤压模具， 加工部位为型腔， 加工深度为 130mm， 采用刀 具的直径为 40mm 的专用铣刀加工。加工示例参见附图 8。 0024 加工参数如下 ： 切削线速度为 80m/min， 每齿进给量为 0.7mm/ 齿， 计算后刀具转速 为 700 转 / 分钟， 进给速度为 140mm/min， 每层切深为 1.0mm。由于每齿进给量较大， 加工冷 却方式对刀具寿命影响极大。为了延长刀具寿命， 必须配套使用内部强力冷却系统。 说 明 书 CN 103157843 A 5 1/4 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103157843 A 6 2/4 页 7 图 3 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103157843 A 7 3/4 页 8 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103157843 A 8 4/4 页 9 图 8 说 明 书 附 图 CN 103157843 A 9 。