专利名称：叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀的制作方法
技术领域：
本发明涉及叶轮加工技术领域，特别提供了一种叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀。
背景技术：
整体叶轮加工技术是先进航空发动机的关键技术之一，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，机械加工仍是应用最广泛的加工方法。整体叶轮中叶片型面为复杂自由曲面，叶片部分尺寸及线轮廓度、叶片波纹度、表面粗糙度等要求较高，这就造成了整体叶盘加共周期的延长，影响了产品的研发进度。目前，整体叶轮叶片部分精铣加工多采用标准的四刃整体硬质合金直柄球头铣刀，叶片型面为空间自由曲面，形状较为复杂，而对于这类复杂型面的机械加工，大多采用点位铣加工方法进行，在针对某种材料切削线速度不变的前提下，为保证加工表面质量，刀具的每齿进给量一般不宜过大(Fz=0.05、.1mm),而精铣加工用通用刀具多为四个切削刃，加工效率较难提升，即传统刀具结构限制F加工效率，且在磨损后的返磨过程中刀具球头部分的半径R难以保证，造成返磨成本的提高。人们期望获得一种技术效果更好的叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果更好的叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀。本发明提供了一种叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，由同轴且连接为一个整体的刀柄1、刀杆2以及设置在刀杆2前端的切削刃3构成；其特征在于:满足下述要求:
①所述刀具直径在8 16mm范围内，刀具的切削刃数为6;在保证刀具容屑能力及切削刃3刃宽的前提下，由原来的4刃增加到6个切削刃；
②切削刃3长度为15— 80mm，刀具磨损后，可以进行多次返磨使用，对应地刀头有效长度为20_60mm ；
③刀具的刀柄I直柄结构改为锥柄结构，锥度在1.5° 6.5°之间，增大夹持部分刀具直径，进一步减小刀具长径比；
④刀具切削线速度V。为60-200m/min，保证切削点线速度不降低，以提高加工效率。
所述叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，还包含有下述优选的内容要求:
①刀具直径为IOmm或16mm；
②切削刃3长度为20—40mm，对应地刀头有效长度为25_50mm ；
③刀具的刀柄I锥度在1.5° 4.5°之间；④在加工钛合金时刀具切削线速度V。为110-150m/min，在加工高温合金时刀具切削线速度V。为65-90m/min，在加工不锈钢时刀具切削线速度V。为130_180m/min。
所述叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，进一步优选内容是:
当刀具直径为IOmm时，刀柄I尺寸为16mm ;当刀具直径为16mm时，刀柄I尺寸为20mm ； 刀具的刀柄I锥度为4° ；
刀具前角为5°，后角为2°，螺旋角为20°，刃宽0.2mm，刀头有效长度为35mm。
本发明的优点:
以典型大型钛合金材料轴流式整体叶轮为例，在不降低刀具每齿进给量的前提下，增加两个切削刃，提高加工进给量，加工效率提高50%。
·
切削相同部位时，锥柄铣刀比直柄铣刀长径比减小209^40%，有效地降低了由于刀具长径比增大造成地刀具振动，在同长径比的情况下，改进后的刀具加工深度比原直柄球刀深209^40%，提高了深槽加工的效率和质量。随着加工效率及加工质量的提高，减少了设备占用时间，降低了设备折旧，减少了人工成本。刀具结构的改进，减小了刀具的返磨量，每次返磨量可控制在0.3mm以内，可返磨次数增加10%以上，同时将返磨合格率提高到100%，极大地降低了刀具成本。在不降低加工表面质量的前提下，能有效地继续提高加工效率，同时保证每把刀具都能够百分之百返磨合格，降低刀具成本，在常规刀具结构的基础上创造性地提出了增加切削刃的方法来提高切削效率，刀体的直柄改为锥形结构以减小刀具长径比，降低由于刀具长径比过大造成的耦合振动，提高表面加工质量，同时降低了刀具成本及设各折旧成本。
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为叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀结构示意简图之一；
图2为叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀结构示意简图之二；
图3为叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀切削状态示意 图4为叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀加工刀具轨迹图。
具体实施例方式实施例1
一种叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，由同轴且连接为一个整体的刀柄1、刀杆2以及设置在刀杆2前端的切削刃3构成；满足下述要求:
所述叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，要求的内容是:
当刀具直径为IOmm时，刀柄I尺寸为16mm ;当刀具直径为16mm时，刀柄I尺寸为20mm ； 刀具的刀柄I锥度为4° ；
刀具前角为5°，后角为2°，螺旋角为20°，刃宽0.2mm，刀头有效长度为35mm。
以典型大型钛合金材料轴流式整体叶轮为例，在不降低刀具每齿进给量的前提下，增加两个切削刃，提高加工进给量，加工效率提高50%。切削相同部位时，锥柄铣刀比直柄铣刀长径比减小209^40%，有效地降低了由于刀具长径比增大造成地刀具振动，在同长径比的情况下，改进后的刀具加工深度比原直柄球刀深209^40%，提高了深槽加工的效率和质量。随着加工效率及加工质量的提高，减少了设备占用时间，降低了设备折旧，减少了人工成本。刀具结构的改进，减小了刀具的返磨量，每次返磨量可控制在0.3mm以内，可返磨次数增加10%以上，同时将返磨合格率提高到100%，极大地降低了刀具成本。在不降低加工表面质量的前提下，能有效地继续提高加工效率，同时保证每把刀具都能够百分之百返磨合格，降低刀具成本，在常规刀具结构的基础上创造性地提出了增加切削刃的方法来提高切削效率，刀体的直柄改为锥形结构以减小刀具长径比，降低由于刀具长径比过大造成的耦合振动，提高表面加工质量，同时降低了刀具成本及设各折旧成本。
本实施例用于航空用钛合金轴流式整体叶轮的精铣加工，粗铣加工给精铣加工均匀留
1.5mm余量，之后热处理。在精铣加工中，采用常规的私人球头铣刀去除1.2mm余量，残余高度为0.05mm，之后再采用本实施例提及的六刃铣刀去除剩余的0.3mm余量，精铣加工参与高度为0.005mm,以便于提高表面铣加工质量，为后续的叶片精抛光提供便利。精铣加工过程参数要求:
刀具直径16mm ;刃数Z=6 ;最大长径比7.5XD，D为刀具直径；切深Ap=0.3mm，切削线速度 Vc=I^OmAiin ;每齿进给量 Fz=0.05mm ;转速 n=2400RPM ;进给量 F=720mm/min。
本实施例的实施过程按以下步骤进行:
(1)计箅叶片型面加I可用的刀具直径及允许的锥度范围
(2)分析刀具I扛径，确定最合理的刀具直径及锥度大小
(3)选择使用量最大的刀具
(4)计算该刀具直径可增加的刃数
(5)编制数控程序及数控程序仿真
(6)零件加工试验
(7)刀具返磨试验
步骤(1)，根据计算，可用的刀具直径可以在20mm以内，锥度容许范围在3.5°以内。步骤(2)，通过简单的数控程序仿真，20mm直径的刀具虽然其刚性较好，刀具长径比可进一步减小，但由于待加工的产品种类较多，为了最大可能减少刀具种类，综合考虑所需加工的产品种类、加工部位、刀具刚性以及长径比的变化，选择直径为16mm及IOmm的刀具进行结构改进最为合适。步骤(3)，通过计算刀具轨迹，使用量最大的刀具是直径为16mm的整体硬质合金刀具，另外O IOmm的刀 具使用量仅次于O 16mm的刀具，可以作为各选方案。设计完成的刀具结构见图1。步骤(4)，通用的O 16mm刀具为4个切削刃，其刃带宽度、刃间容屑槽较深，在增加两刃后，其刃间容屑能力变化较小。步骤(5)，利用整体叶轮专用CAM软件MAX-PAC的多轴编程功能，在选定的切削区域中建立并生成刀具轨迹。由于本案例是加工轴流式整体叶轮，使用的是叶轮专用MAX—PAC软件的MAX-AB (开式叶轮)CAM功能模块，其优点是在加工整体叶轮叶片自由曲面的加工区域可以参数化，利用VERICUT软件仿真功能检查程序的正确性，加工仿真效果见图2。本案例被 加工材料为钛合金，加工线速度12(Tl50m/min。生成的刀具轨迹见图3，生成的数控程序如下:
权利要求
1.叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，由同轴且连接为一个整体的刀柄(I)、刀杆(2)以及设置在刀杆(2)前端的切削刃(3)构成；其特征在于:满足下述要求: ①所述刀具直径在8 16mm范围内，刀具的切削刃数为6； ②切削刃(3)长度为15— 80mm，对应地刀头有效长度为20_60mm ； ③刀具的刀柄(I)为锥柄结构，锥度在1.5° 6.5°之间； ④刀具切削线速度V。为60-200m/min。
2.按照权利要求1所述叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，其特征在于: ①刀具直径为IOmm或16mm； ②切削刃(3)长度为20—40mm，对应地刀头有效长度为25_50mm ； ③刀具的刀柄(I)锥度在1.5° 4.5°之间； ④在加工钛合金时刀具切削线速度V。为110-150m/min，在加工高温合金时刀具切削线速度V。为65-90m/min，在加工不锈钢时刀具切削线速度V。为130_180m/min。
3.按照权利要求2所述叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，其特征在于: 当刀具直径为IOmm时，刀柄(I)尺寸为16mm;当刀具直径为16mm时，刀柄(I)尺寸为20mm ； 刀具的刀柄(I)锥度为4° ； 刀具前角为5°，后角为2°，螺旋角为20°，刃宽0.2mm，刀头有效长度为35mm。
全文摘要
叶轮深孔加工用六刃锥形球铣刀，由刀柄(1)、刀杆(2)和设置在刀杆(2)前端的切削刃(3)构成；其满足下述要求①所述刀具直径在8~16mm范围内，刀具的切削刃数为6；②切削刃(3)长度为15—80mm，对应地刀头有效长度为20-60mm；③刀具的刀柄(1)为锥柄结构，锥度在1.5°~6.5°之间；④刀具切削线速度Vc为60-200m/min。本发明提高了深槽加工的效率和质量。随着加工效率及加工质量的提高,减少了设备占用时间,降低了设备折旧,减少了人工成本。
文档编号B23C5/10GK103157844SQ20111042393
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月18日 优先权日2011年12月18日
发明者张积瑜, 师俊东, 张春华, 李丹 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司