本發(fā)明涉及航空發(fā)動機加工技術領域，特別地，涉及一種用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法。

背景技術：

隨著航空航天技術的發(fā)展，新一代航空發(fā)動機性能要求越來越高，零件結構和型面越來越復雜，機匣內(nèi)腔型面的加工一直是科研生產(chǎn)的一大難點，因為普通機床和數(shù)控機床的主軸及刀具無法直接深入零件內(nèi)腔進行加工，零件內(nèi)腔型面加工只能采用電火花方式進行加工，電極制造難度大，加工時間長，且尺寸不易控制。某航空發(fā)動機的第一級靜子外環(huán)，內(nèi)圈有114個斜槽，電火花加工一個零件時間為76小時，加工效率極其低下，嚴重影響到科研生產(chǎn)的進度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法，以解決現(xiàn)有普通機床和數(shù)控機床無法對機匣內(nèi)壁面進行加工；電火花方式加工，電極制造難度大，加工時間長，加工尺寸難以控制的技術問題。

本發(fā)明提供一種用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法，包括以下步驟：a、加工設備選取五軸數(shù)控機床；b、改進刀具裝配方式，通過轉接角度頭轉接機床主軸上的刀具，形成沿機匣軸向伸入機匣內(nèi)的機床主軸以及沿機匣的徑向?qū)C匣內(nèi)壁面進行加工的刀具；c、刀具選擇，刀具柄部直徑為φ6～φ10，刃部直徑為φ4～φ7，刀具長徑比為1：7～1：10，以減少加工過程中刀具轉接帶來的刀具顫動；d、選擇斜槽加工工藝路線，采用迂回加工方式，以保證斜槽表面的粗糙度和提高加工效率；e、對機匣內(nèi)壁面的各個斜槽設計位置進行加工，得到成型機匣。

進一步地，步驟b中的轉接角度頭采用90度角度頭，90度角度頭的內(nèi)部由一對齒數(shù)相同且輪齒布設角度為45度的兩個斜齒輪相互嚙合構成。

進一步地，90度角度頭的第一端通過外錐柄與機床主軸的內(nèi)錐孔配合，外錐柄以及內(nèi)錐孔的錐度比均為7：24；90度角度頭的第二端通過內(nèi)錐孔與刀具刀柄的外錐配合，內(nèi)錐孔以及外錐的錐度比均為7：24。

進一步地，步驟c中刀具選擇，刀具直徑選擇：0.5mm＜槽寬尺寸-刀具直徑＜1mm，以保證斜槽粗加工后具有內(nèi)槽切削余量。

進一步地，內(nèi)槽切削余量為0.25mm-0.5mm。

進一步地，刀具刀柄直徑大于刀具刃部直徑，以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。

進一步地，刀具刀柄直徑為8mm，長度為50mm；刃部直徑為5mm，長度為10mm，以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。

進一步地，步驟d中迂回加工方式具體為：在斜槽槽深方向分為兩層銑削，第一層銑完斜槽全長時，斜槽深度方向僅向下銑進設計槽深的一半；第二層往回銑削全長，斜槽深度方向向下銑進至設計深度；然后精銑斜槽槽寬和槽深到設計尺寸，完成單個斜槽的加工。

進一步地，刀具進行斜槽銑削時，深度方向向下傾斜的角度小于5度，以保證切削平穩(wěn)及減少刀具打刀現(xiàn)象。

進一步地，待加工機匣材料為不銹鋼1Gr13Ni，機匣內(nèi)圓設有均布的114個斜槽，斜槽的槽長為52.3mm，槽寬為5.6mm，槽深為5mm，斜槽表面粗糙度要求為1.6μm。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法，解決了機匣內(nèi)腔斜槽加工尺寸控制及頻繁斷刀的現(xiàn)象，消除了槽壁的挖刀現(xiàn)象，保證了斜槽尺寸和粗糙度要求，從而保證了新機研制的順利進行，縮短了研制周期；避免了因槽型尺寸超差造成的零件報廢的現(xiàn)象，降低了大量的刀具消耗，節(jié)約了加工成本。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法的結構框圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以由下述所限定和覆蓋的多種不同方式實施。

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法的結構框圖。如圖1所示，本實施例的用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法，包括以下步驟：a、加工設備選取五軸數(shù)控機床；b、改進刀具裝配方式，通過轉接角度頭轉接機床主軸上的刀具，形成沿機匣軸向伸入機匣內(nèi)的機床主軸以及沿機匣的徑向?qū)C匣內(nèi)壁面進行加工的刀具；c、刀具選擇，刀具柄部直徑為φ6～φ10，刃部直徑為φ4～φ7，刀具長徑比為1：7～1：10，以減少加工過程中刀具轉接帶來的刀具顫動；d、選擇斜槽加工工藝路線，采用迂回加工方式，以保證斜槽表面的粗糙度和提高加工效率；e、對機匣內(nèi)壁面的各個斜槽設計位置進行加工，得到成型機匣。本發(fā)明用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法，解決了機匣內(nèi)腔斜槽加工尺寸控制及頻繁斷刀的現(xiàn)象，消除了槽壁的挖刀現(xiàn)象，保證了斜槽尺寸和粗糙度要求，從而保證了新機研制的順利進行，縮短了研制周期；避免了因槽型尺寸超差造成的零件報廢的現(xiàn)象，降低了大量的刀具消耗，節(jié)約了加工成本。原來一個零件需要加工40小時，20把銑刀，現(xiàn)在一個零件加工8小時，一把銑刀可以加工一個零件(114個斜槽)。

五軸數(shù)控機床，機床結構為三加二結構，三個移動分別為X軸、Y軸、Z軸，兩個轉動分別為A轉臺和C轉臺，A轉臺圍繞X軸旋轉，C轉臺圍繞Z軸旋轉，內(nèi)腔斜槽加工方法在2013年試驗成功，目前已經(jīng)在該設備上加工內(nèi)腔型面及斜槽類零件1萬多個，均能合格保證產(chǎn)品質(zhì)量。主軸軸線為Z軸，與數(shù)控刀具的旋轉軸線平行，機床主軸內(nèi)錐孔的錐度比為7:24，銑刀刀柄的外椎為7:24，與機床主軸的內(nèi)錐孔進行配合定位，通過壓縮空氣進行吸緊固定。機床主軸帶動數(shù)控刀柄進行加工，銑刀在銑削時，根據(jù)難加工材料最低每分鐘20米的線速度要求，刀具的旋轉速度大于400轉/分鐘。由于這種機床結構數(shù)控刀具不能垂直于圓桶形零件的內(nèi)壁進行加工，所以對于機匣內(nèi)腔斜槽加工需要改變加工方式。在數(shù)控機床主軸上安裝一個90度轉接頭，轉接頭內(nèi)部由一對齒數(shù)相同、角度為45度的兩個斜齒輪構成，兩個45度齒輪相互嚙合后，形成一個90度的夾角，既形成了加工角度的轉換，使數(shù)控刀具的旋轉軸線由平行于主軸軸線。加工平面為X、Y平面變?yōu)榇怪庇跈C床主軸軸線，平行于Y軸，加工平面為X、Z平面，這就實現(xiàn)了加工平面的轉換，且由于兩個斜齒輪齒數(shù)相等，所以輸出的轉速與機床主軸也是完全相同的，但由于是兩個齒輪相互嚙合，使得主軸輸出的轉向相反。在編制數(shù)控程序時，需要將轉速有正轉改為反轉，轉換后數(shù)控即可伸入機匣內(nèi)腔，垂直于內(nèi)壁進行銑削。90度轉接頭與機床主軸的連接方式：90度轉接頭與機床主軸的連接，一端依靠一個7:24的外椎柄與主軸的內(nèi)錐相配合定位固定，以輸出機床主軸的轉速，另一端轉換90度后輸出平行于Y軸的刀具夾口。但是由于機床主軸旋轉是帶動角度頭的內(nèi)部齒輪旋轉，而不是帶動角度頭旋轉，角度頭的本體部位是不發(fā)生旋轉的，角度頭的加工軸線是平行于Y軸固定不動的，所以為避免機床主軸旋轉時帶動角度頭整體一起發(fā)生旋轉。在角度頭端面正上方(Y正方向)加工一個精密定位孔，在機床主軸端面正上方(Y正方向)安裝一個精密定位銷，安裝角度頭時，將定位銷插入定位孔內(nèi)，定位固定角度頭不動，保證角度頭整體不發(fā)生左右偏擺，且輸出口與Y軸平行。

本實施例中，步驟b中的轉接角度頭采用90度角度頭。90度角度頭的內(nèi)部由一對齒數(shù)相同且輪齒布設角度為45度的兩個斜齒輪相互嚙合構成。

本實施例中，90度角度頭的第一端通過外錐柄與機床主軸的內(nèi)錐孔配合，外錐柄以及內(nèi)錐孔的錐度比均為7：24。90度角度頭的第二端通過內(nèi)錐孔與刀具刀柄的外錐配合，內(nèi)錐孔以及外錐的錐度比均為7：24。

本實施例中，步驟c中刀具選擇，刀具直徑選擇：0.5mm＜槽寬尺寸-刀具直徑＜1mm，以保證斜槽粗加工后具有內(nèi)槽切削余量。原標準φ5合金銑刀，整體長60mm，長涇比達到12倍，對于難加工材料的銑削極易發(fā)生加工震動及斷刀現(xiàn)象，加工一個零件需要消耗20把銑刀，且斜槽內(nèi)表面有很明顯的振紋，為提高刀具剛性，難加工材料的銑削刀具長徑比必須控制在7倍以內(nèi)，才能保證加工質(zhì)量和效率，改進后，銑刀柄部直徑為8mm，長度為50mm，加工部位φ5的長度只留10mm，這樣加工部位長徑比縮小為2倍，刀具剛性得到了大幅提高，現(xiàn)在加工一個114斜槽的零件加工時間由40小時縮短為8小時，數(shù)控銑刀由20把減少為1把。加工質(zhì)量好效率得到大幅提高。

本實施例中，內(nèi)槽切削余量為0.25mm-0.5mm。

本實施例中，刀具刀柄直徑大于刀具刃部直徑，以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。

本實施例中，刀具刀柄直徑為8mm，長度為50mm。刃部直徑為5mm，長度為10mm。以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。

本實施例中，步驟d中迂回加工方式具體為：在斜槽槽深方向分為兩層銑削，第一層銑完斜槽全長時，斜槽深度方向僅向下銑進設計槽深的一半；第二層往回銑削全長，斜槽深度方向向下銑進至設計深度；然后精銑斜槽槽寬和槽深到設計尺寸，完成單個斜槽的加工。槽深是采用迂回加工，斜槽加工時，數(shù)控刀具同時受到X、Y、Z三個方向的切削力，這時，向下Z方向的速度必須遠小于XY平面上的加工速度，否則刀具底齒很容易打斷，因為數(shù)控銑刀底齒中心切削時，幾乎沒有回轉半徑，以致切削速度幾乎為0，切削性能很差，為減小銑刀深度方向的進刀量，必須控制斜槽銑削向下的傾斜角小于10度，所以在槽深方向分為兩層銑削，第一層銑完斜槽全長時，深度方向只向下銑了槽深的一半。第二層銑回來才把深度進到位。斜槽深度采用傾斜式逐步加工到位，使銑刀軸向進刀時的銑削力大幅下降，提高了切削的平穩(wěn)性，減少了刀具因瞬時銑削力過大而造成的打刀現(xiàn)象，槽型輪廓精加工時，由于槽深已經(jīng)加工到尺寸，槽寬的加工余量為5.6-5＝0.3，大大降低了輪廓的銑削力，加工過程中平穩(wěn)性得到大幅提高，消除了型面的表面振紋，保證了斜槽的表面粗糙度，現(xiàn)在一把φ5合金銑刀可以加工一個零件114個槽，節(jié)約刀具14把，加工時間為12小時，調(diào)高6倍的加工效率。

本實施例中，刀具進行斜槽銑削時，深度方向向下傾斜的角度小于5度，以保證切削平穩(wěn)及減少刀具打刀現(xiàn)象。

本實施例中，待加工機匣材料為不銹鋼1Gr13Ni，機匣內(nèi)圓設有均布的114個斜槽。斜槽的槽長為52.3mm，槽寬為5.6mm，槽深為5mm。斜槽表面粗糙度要求為1.6μm。

實施時，提供一種用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法，采用五軸數(shù)控機床通過主軸轉接角度頭取代電火花進行機匣內(nèi)腔斜槽加工。

航空發(fā)動機第一級靜子外環(huán)零件的材料為不銹鋼1Gr13Ni，在零件內(nèi)圓上均布著114個斜槽。現(xiàn)在所有數(shù)控機床的主軸軸線和刀具軸線都是重合的，因為內(nèi)孔對面發(fā)生干涉，機床主軸不能深入零件內(nèi)腔，為使數(shù)控刀具能垂直于零件內(nèi)壁進行銑削加工，必須改變刀具軸線與機床主軸軸線的方向。安裝90度角度頭后可使數(shù)控銑刀的軸線與機床主軸軸線垂直，加工機匣內(nèi)腔時不會發(fā)生干涉。在五軸數(shù)控機床主軸上裝一個90度角度頭，使數(shù)控刀具軸線與機床主軸軸線由平行變成相互垂直，機床主軸與零件軸線依然保持平行，這樣機床主軸可以深入零件內(nèi)腔，而數(shù)控刀具卻可以垂直于零件內(nèi)壁進行加工。

數(shù)控刀具的改進：零件材料為不銹鋼1Gr13Ni，斜槽的槽寬為5.6mm，所以選用φ5合金銑刀，由于刀具直徑小，通過角度頭轉接后刀具力臂加長，造成加工過程振動加大，首件加工共打斷15把合金銑刀，槽壁挖刀現(xiàn)象嚴重。該刀具柄部和刃部直徑相同，刀具長徑比較大，為1：15，剛性很差，加工中產(chǎn)生顫動，使零件斜槽內(nèi)壁產(chǎn)生振紋，無法保證零件1.6μm的表面粗糙度。改進后的刀具柄部直徑為φ8，刃部直徑為φ5，刀具長徑比減小為1：9，剛性較之前提高了一倍，加工中減小了顫動，零件斜槽內(nèi)壁無振紋，能保證零件1.6的表面粗糙度。為保證刀具剛性后內(nèi)槽切削余量，0.5<槽寬尺寸–刀具直徑<1，這樣保證刀具直徑不是太小，零件槽寬粗加工后還有0.25–0.5mm的加工余量。

細化工藝路線，保證斜槽表面粗糙度，提高加工效率。零件第一級靜子外環(huán)內(nèi)壁有114處長52.3寬5.6深5斜槽，由于銑削余量多，造成斜槽表面粗糙度大，加工效率很低，現(xiàn)對加工路線進行優(yōu)化。原槽深加工路線：刀具垂直向下進到深度尺寸——精銑槽寬到尺寸；原輪廓加工路線：刀具直接繞斜槽型面一圈，精銑槽寬到尺寸?，F(xiàn)槽深加工路線：刀具傾斜向下進到深度尺寸的一半——刀具傾斜向下進到深度尺寸——精銑槽寬到尺寸；現(xiàn)輪廓加工路線：刀具傾斜向下，深度加工到尺寸——精銑槽寬到尺寸。沿斜槽的長度方向向下傾斜。第一刀從槽的始端走到終端(52mm)的同時深度進到槽深的一半(2.5mm)，第二刀從槽的終端走到始端(52mm)的同時深度進到槽深底部(5mm)。不銹鋼材料進行斜槽銑削時，深度方向向下傾斜的角度一般小于5度，這樣才能使切削平穩(wěn)，減少數(shù)控刀具打刀現(xiàn)象，提高零件斜槽表面質(zhì)量。

工藝路線細化后的效果：斜槽深度采用傾斜式逐步加工到位，使銑刀軸向進刀時的銑削力大幅下降，提高了切削的平穩(wěn)性，減少了刀具因瞬時銑削力過大而造成的打刀現(xiàn)象，槽型輪廓精加工時，由于槽深已經(jīng)加工到尺寸，槽寬的加工余量為5.6-5＝0.3，大大降低了輪廓的銑削力，加工過程中平穩(wěn)性得到大幅提高，消除了型面的表面振紋，保證了斜槽的表面粗糙度，現(xiàn)在一把φ5合金銑刀可以加工一個零件114個槽，節(jié)約刀具14把，加工時間為12小時，調(diào)高6倍的加工效率。

用于航空發(fā)動機的機匣內(nèi)壁面的斜槽加工方法，解決了機匣內(nèi)腔斜槽加工尺寸控制及頻繁斷刀的現(xiàn)象，消除了槽壁的挖刀現(xiàn)象，保證了斜槽尺寸和粗糙度要求，從而保證了新機研制的順利進行，縮短了研制周期。避免了因槽型尺寸超差造成的零件報廢的現(xiàn)象，降低了大量的刀具消耗，節(jié)約了公司成本。開拓了機匣內(nèi)腔加工的新思路，目前該方法已經(jīng)嘗試應用于在研的兩個機種，在制的一個機種上，同樣取得了很好的效果。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。