[發明專利]一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑加工方法

有效

• 申請號: 201410246583.6
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN104002110A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 魏兆成;王敏杰;魏國家;劉向東;畢海波;裴立群
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: B23P15/02
• 分類號: B23P15/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李寶元;梅洪玉

技術領域

本發明屬于金屬切削加工技術領域，涉及到鉆削和插銑加工，特別涉及到一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑加工方法。

背景技術

整體葉輪在航空航天、能源動力等重大裝備制造領域有廣泛應用，數控銑削是整體葉輪制造的主流方法之一。整體葉輪加工中，輪轂和葉片直接從毛坯中切削成型，工件材料的去除量極大，尤其是在粗加工階段，材料去除量占到了總去除量的60％～90％，加工時間約占80％。粗加工工藝方法的優劣是影響葉輪加工效率和生產成本的關鍵因素。目前，整體葉輪通道粗加工一般采用棒銑刀分層側銑的方法，加工效率不高，已經漸漸無法滿足裝備制造業對整體葉輪高效加工的需求。

插銑加工是近年來新出現的一種加工方法，插銑加工中刀具沿軸向做進給運動，利用底部切削刃進行材料切除。由于加工過程中刀具的徑向力較小，適合應用細長刀具加工深型腔或窄通道類工件，比如深腔模具、整體葉輪等。然而，插銑加工仍舊歸屬銑削加工范疇，雖然其進給運動方向為刀具軸向，但其主要受力方向仍是刀具徑向，切削系統的剛性并沒有因為進給方向的變化而增大。通常的插銑加工方法，未能克服斷續切削穩定性不好的局限性，與大進給的層切加工方法相比，其材料去除率并沒有顯著增加，因而在工件開粗時直接應用插銑加工效率提高有限。

發明內容

本發明要解決的技術問題：為克服整體葉輪插銑粗加工時切削穩定性方面的局限性，提高加工過程的材料去除效率，本發明提出了一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑粗加工方法。

本發明的技術方案：選用能夠連續切削的鉆削刀具和有中心刃的插銑刀具，應用插值方法在葉輪通道內均勻規劃鉆削和插銑加工的刀具軌跡；先執行鉆削程序在通道內加工出密集的整孔序列；再針對鉆削后蜂窩狀的葉輪通道，應用插銑加工清除殘余工件材料。

本發明的具體實施步驟如下：

步驟1.選擇刀具

鉆削加工選擇有切削液內冷孔、可自動斷屑、能夠進行整孔連續鉆削加工的刀具；插銑加工選擇有切削液內冷孔、有中心刃的刀具；刀具直徑根據具體工件尺寸選定，插銑刀具直徑是鉆削刀具直徑的兩倍左右。

步驟2.刀具軌跡規劃

構建葉輪加工的通道橫斷面和粗加工可行域，在通道橫斷面內根據刀具尺寸確定切削層數；在每一切削層內，根據刀具尺寸應用插值方法將粗加工可行域均勻分割，構建圓錐截面族，形成鉆削加工和插銑加工的各切削行，鉆削加工行距大于刀具直徑，插銑加工行距為刀具直徑的50％～80％；考慮碰撞干涉，確定各切削行邊界刀軸矢量和刀心點位置，再應用插值方法確定其余刀心點位置和刀軸矢量，鉆削加工步距大于刀具直徑，插銑加工步距為刀具直徑的40％～80％；鉆削加工深度大于插銑加工深度2mm，以避免切削頂刀；根據各刀心點位置和刀軸矢量，形成鉆削加工和插銑加工的刀具軌跡。

步驟3，加工

應用五軸聯動數控加工中心，首先執行鉆削加工程序，然后執行插銑加工程序，完成葉輪通道粗加工。

本發明與傳統插銑加工方法相比，綜合利用了鉆削加工的連續切削優點和插銑加工的軸向進刀優點，能夠有效提高切削過程的穩定性，顯著提高材料去除率；適用小直徑刀具的高效加工，應用范圍寬廣。

附圖說明

圖1通道橫斷面及切削層。

圖2圓錐截面族。

圖3加工過程示意。

1.通道橫斷面，2.切削層，3.粗加工可行域，4.圓錐截面族

具體實施方案

下面結合技術方案和附圖，詳細敘述本發明的具體實施例，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。

本實施例選用葉輪為半開式離心葉輪，最大外徑1070mm，高度372mm，工件材料為45鋼。具體實施步驟如下：

步驟1.選擇刀具

本實施例選用的鉆削刀具為山特公司的CoroDrill880U鉆，直徑20mm，最大切削深度100mm。選用的插銑刀具為三菱公司的AQXR-404SA32L多功能立銑刀，直徑40mm，最大切削深度200mm。

步驟2.刀具軌跡規劃