一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑加工方法
【專利摘要】一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑加工方法，屬于金屬切削加工【技術(shù)領(lǐng)域】。其特征是選用能夠連續(xù)切削的鉆削刀具和有中心刃的插銑刀具，應(yīng)用插值方法在葉輪通道內(nèi)均勻規(guī)劃鉆削和插銑加工的刀具軌跡；先執(zhí)行鉆削程序在通道內(nèi)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(yīng)用插銑加工清除殘余工件材料。與傳統(tǒng)插銑加工方法相比，本發(fā)明綜合利用了鉆削加工的連續(xù)切削優(yōu)點(diǎn)和插銑加工的軸向進(jìn)刀優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高切削過程的穩(wěn)定性，顯著提高材料去除率；本發(fā)明方法能夠適合小直徑刀具的高效加工，適用范圍寬廣；可以針對特殊形狀零件模塊化實(shí)現(xiàn)，易于形成軟件產(chǎn)品。
【專利說明】一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬切削加工【技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]整體葉輪在航空航天、能源動力等重大裝備制造領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，數(shù)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?cè)コ康?0%?90%，加工時(shí)間約占80%。粗加工工藝方法的優(yōu)劣是影響葉輪加工效率和生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素。目前，整體葉輪通道粗加工一般采用棒銑刀分層側(cè)銑的方法，加工效率不高，已經(jīng)漸漸無法滿足裝備制造業(yè)對整體葉輪高效加工的需求。
[0003]插銑加工是近年來新出現(xiàn)的一種加工方法，插銑加工中刀具沿軸向做進(jìn)給運(yùn)動，利用底部切削刃進(jìn)行材料切除。由于加工過程中刀具的徑向力較小，適合應(yīng)用細(xì)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(jìn)給運(yùn)動方向?yàn)榈毒咻S向，但其主要受力方向仍是刀具徑向，切削系統(tǒng)的剛性并沒有因?yàn)檫M(jìn)給方向的變化而增大。通常的插銑加工方法，未能克服斷續(xù)切削穩(wěn)定性不好的局限性，與大進(jìn)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(shí)直接應(yīng)用插銑加工效率提高有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題:為克服整體葉輪插銑粗加工時(shí)切削穩(wěn)定性方面的局限性，提高加工過程的材料去除效率，本發(fā)明提出了一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑粗加工方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案:選用能夠連續(xù)切削的鉆削刀具和有中心刃的插銑刀具，應(yīng)用插值方法在葉輪通道內(nèi)均勻規(guī)劃鉆削和插銑加工的刀具軌跡；先執(zhí)行鉆削程序在通道內(nèi)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(yīng)用插銑加工清除殘余工件材料。
[0006]本發(fā)明的具體實(shí)施步驟如下:
[0007]步驟1.選擇刀具
[0008]鉆削加工選擇有切削液內(nèi)冷孔、可自動斷屑、能夠進(jìn)行整孔連續(xù)鉆削加工的刀具；插銑加工選擇有切削液內(nèi)冷孔、有中心刃的刀具；刀具直徑根據(jù)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。
[0009]步驟2.刀具軌跡規(guī)劃
[0010]構(gòu)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(nèi)根據(jù)刀具尺寸確定切削層數(shù)；在每一切削層內(nèi)，根據(jù)刀具尺寸應(yīng)用插值方法將粗加工可行域均勻分割，構(gòu)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(diǎn)位置，再應(yīng)用插值方法確定其余刀心點(diǎn)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?shù)叮桓鶕?jù)各刀心點(diǎn)位置和刀軸矢量，形成鉆削加工和插銑加工的刀具軌跡。
[0011]步驟3，加工
[0012]應(yīng)用五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心，首先執(zhí)行鉆削加工程序，然后執(zhí)行插銑加工程序，完成葉輪通道粗加工。
[0013]本發(fā)明與傳統(tǒng)插銑加工方法相比，綜合利用了鉆削加工的連續(xù)切削優(yōu)點(diǎn)和插銑加工的軸向進(jìn)刀優(yōu)點(diǎn)，能夠有效提高切削過程的穩(wěn)定性，顯著提高材料去除率；適用小直徑刀具的高效加工，應(yīng)用范圍寬廣。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1通道橫斷面及切削層。
[0015]圖2圓錐截面族。
[0016]圖3加工過程示意。
[0017]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(shí)施方案
[0018]下面結(jié)合技術(shù)方案和附圖，詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0019]本實(shí)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(shí)施步驟如下:
[0020]步驟1.選擇刀具
[0021]本實(shí)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。
[0022]步驟2.刀具軌跡規(guī)劃
[0023]構(gòu)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(nèi)根據(jù)刀具尺寸確定切削層數(shù)，如附圖1所示；在每一切削層內(nèi)，根據(jù)刀具尺寸應(yīng)用插值方法將粗加工可行域均勻分割以構(gòu)建圓錐截面族，形成鉆削加工和插銑加工的各切削行，如附圖2所示，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%之間；考慮碰撞干涉，確定各切削行邊界刀軸矢量和刀心點(diǎn)位置，再應(yīng)用插值方法確定其余刀心點(diǎn)位置，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%之間；鉆削加工深度大于插銑加工深度2mm左右，以避免切削頂?shù)叮桓鶕?jù)各刀心點(diǎn)位置和刀軸矢量，形成鉆削加工和插銑加工的刀具軌跡。
[0024]步驟3，加工
[0025]應(yīng)用五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心，首先做鉆削加工程序，然后做插銑加工程序，完成葉輪通道粗加工。加工過程示意如附圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于鉆銑組合的整體葉輪插銑加工方法，其特征在于以下步驟: 步驟1.選擇刀具 鉆削加工選擇有切削液內(nèi)冷孔、可自動斷屑、能夠進(jìn)行整孔連續(xù)鉆削加工的刀具；插銑加工選擇有切削液內(nèi)冷孔、有中心刃的刀具；插銑刀具直徑是鉆削刀具直徑的兩倍； 步驟2.刀具軌跡規(guī)劃 根據(jù)刀具尺寸，應(yīng)用插值方法將葉輪的粗加工可行域均勻分割，構(gòu)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%;再應(yīng)用插值方法確定刀心點(diǎn)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 ;根據(jù)各刀心點(diǎn)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(yīng)用五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心，首先做鉆削加工，然后做插銑加工，完成葉輪通道粗加工。
【文檔編號】B23P15/02GK104002110SQ201410246583
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月5日
【發(fā)明者】魏兆成, 王敏杰, 魏國家, 劉向東, 畢海波, 裴立群 申請人:大連理工大學(xué)