专利名称：一种高精度小尺寸榫槽的拉削方法及其专用刀具的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工技术领域，重点涉及盘类零件高精度、小尺寸榫槽的拉削加工方法；特别提供了一种高精度小尺寸榫槽的拉削方法及其专用刀具。
背景技术：
在机械加工技术中，特别是在航空发动机、燃气轮机盘类零件加工制造中，榫槽拉削加工一直是盘类零件加工的技术关键，此类技术一直备受关注。随着发动机推重比和性能的不断提高，涡轮盘零件的结构也发生了极大地变化，与叶片联结的榫槽，不但数量多、尺寸小，而且精度要求高，加工难度大，特别是榫槽结构尺寸特殊，圆弧盆底部位尺寸宽，颈部槽口尺寸小，对此类榫槽的加工，传统的拉削方案和拉刀结构设计，容易造成拉刀挤屑和崩刃、打刀，严重影响加工质量和拉刀寿命，无法满足零件尺寸精度和技术要求。新一代航空发动机对加工精度和制造技术水平提出了严格的要求，高精度、新结构、小尺寸榫槽拉削加工技术已经成为一个亟待解决的技术难题，急需发明一种针对此类榫槽拉削的新工艺方案和专用刀具，以便满足新一代航空发动机设计要求。人们迫切希望获得一种技术效果优良的高精度小尺寸榫槽的拉削方法及其专用刀具。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果优良的高精度小尺寸榫槽的拉削方法及其专用刀具。本发明提供了一种高精度小尺寸榫槽的拉削方法，其特征在于:使用专用的拉刀对被加工工件进行加工；所述专用的拉刀结构满足下述要求:拉刀的齿顶设置有能够参与拉肖的直倒角或/和圆倒角；所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法满足下述要求:拉削加工余量去除方式是:使用拉刀齿顶主刀刃或/和拉刀的倒角部分进行加工，所述拉刀的倒角部分为齿顶刀刃两侧的直倒角或/和圆倒角；采用整套成型拉刀共11把，依次使用加工完成榫槽全部轮廓形状；其中 第1-3把拉刀粗开槽刀，齿顶与两侧面均带有45°倒角，形成了 45°侧切削刃，与齿顶刃同时参与切削；第4一7把拉刀齿型开槽刀，都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃；第8把拉刀槽底R刀，齿顶及两侧转接圆角Rl.5为主切削，用于完成槽底型面的拉削；第9把拉刀槽口度面粗刀、第10把拉刀槽口度面及直口精刀，均为侧斜式拉削；第11把拉刀为榫槽型面精刀，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求。所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法所使用的专用刀具中 第4一7把拉刀都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃，在尖角部位O和O'(见图14、图15)也带有后角，齿升量为
0.015一0.036mm,保证了拉刀容屑 槽的结构尺寸要求和排屑顺畅。各把拉刀的齿升量满足下述要求:第1-3把粗开槽刀为0.024-0.035mm ;第4把齿型开槽刀为0.02-0.023mm ;第5把齿型开槽刀为:0.015-0.025mm ;第6把齿型开槽刀为:0.019-0.022mm ’第7把齿型开槽刀为:0.034-0.036mm ;第8把拉槽底R刀为:0-0.02mm ;第9把槽口度面粗刀为:0.021mm ;第10把槽口度面及直口精刀为0-0.02mm ;第11把榫槽型面精刀第一段0.02-0.03mm ;第二段0-0.02mm。本发明中拉刀的齿顶倒角参与拉削。传统的拉刀齿顶部多为尖角结构，只是齿顶部位参与拉削，这种拉削方式由于切削刃较宽，拉削时卷屑不好，尖角部位容易磨损，极易产生勒刀、崩齿现象，本发明改进拉刀结构，齿顶处两侧尖角部位增加45°倒角，即增加了45°侧切削刃，与齿顶刃同时参与切削。拉削榫槽槽底时，采用了“重叠式”拉削方案，即在槽底用二把刀转接拉削时，有一段是重复拉削，第二把刀进行“重叠”部位拉削时，拉刀圆弧R尺寸比第一把刀圆弧R尺寸略小，保证拉削后榫槽轮廓的圆滑转接。所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的加工过程满足下述要求:I)第I把粗开槽刀，将在轮盘实体外圆上开出宽4.1mm、深2.28的槽；参见图7 ；2)第2把粗开槽刀，将在第I把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.9，槽深至4.905的槽；参见图10 ；3)第3把粗开槽刀，将在第2把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.7，槽深至7.18，并形成槽底部的圆弧R15的槽；参见图13 ；4)第4把齿型开槽刀，是在第I一3把粗开槽刀的基础上，向宽度方向扩展，形成“<>”形状，上下斜面分别为50°和45°、总宽为5.593的槽形；参见图16 ;5)第5把齿型开槽刀，是在第4把齿型开槽刀的基础上，按同样的形状和角度继续扩宽至6.957mm;参见图19 ；`6)第6把齿型开槽刀，是在第5把齿型开槽刀的基础上，继续扩宽、扩深，两侧的“侧斜刃”为主切削刃，宽度达到7.96mm ;参见图22 ；7)第7把齿型开槽刀，是在第6把齿型开槽刀的基础上，拉削槽底两侧的圆弧R15和Rl.5，使榫槽两侧底部轮廓初成型；参见图25 ；8)第8把槽底R刀，专用于拉削榫槽底部完整的圆弧R15和Rl.5，使槽底成型；参见图28 ；9)第9把槽口度面粗刀，专用于拉削榫槽颈部槽口处两侧10°斜面；参见图30 ；10)第10把槽口度面及直口精刀，是在第9把槽口度面粗刀拉削的基础上，拉削榫槽颈部槽口直面(直口)，形成榫槽的开口处宽度4.35，继续拉削槽口处两侧10°斜面，并使直口与两侧10°斜面形成R1+0.1的转接圆弧；参见图33 ；11)第11把为榫槽型面精拉刀，与零件的榫槽轮廓完全相同，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求；参见图36。本发明还要求保护所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，其特征在于:所述专用刀具为拉刀，其结构满足下述要求:拉刀的齿顶设置有能够参与拉削的直倒角或/和圆倒角。整套成型拉刀共11把；其中:第1-3把拉刀粗开槽刀，齿顶与两侧面均带有45°倒角，形成了 45°侧切削刃，能够与齿顶刃同时参与切削；第4一7把拉刀齿型开槽刀，都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃 ’第8把拉刀槽底R刀，齿顶及两侧转接圆角Rl.5为主切削，用于完成槽底型面的拉削;第9把拉刀槽口度面粗刀、第10把拉刀槽口度面及直口精刀，均为侧斜式拉削结构；第11把拉刀为榫槽型面精刀，为全成型的拉削结构。第4一7把拉刀都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃，在尖角部位O和O'(见图14、图15)也带有后角，齿升量为0.015 — 0.036mm，保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅。各把拉刀的齿升量满足下述要求:第1-3把粗开槽刀为0.024-0.035mm ’第4把齿型开槽刀为:0.02-0.023mm ’第5把齿型开槽刀为:0.015-0.025mm ’第6把齿型开槽刀为:0.019-0.022mm ;第7把齿型开槽刀为:0.034-0.036mm ;第8把拉槽底R刀为:0-0.02mm ;第9把槽口度面粗刀为:0.021mm ；第10把槽口度面及直口精刀为0-0.02mm ;第11把榫槽型面精刀第一段0.02-0.03mm ;第二段 0-0.02mm。所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具满足下述要求:I)第I把粗开槽刀，将在轮盘实体外圆上开出宽4.1mm、深2.28的槽；参见图7 ；2)第2把粗开槽刀，将在第I把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.9，槽深至4.905的槽；参见图10 ；3)第3把粗开槽刀，将在第2把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.7，槽深至7.18，并形成槽底部的圆弧R15的槽；参见图13 ；4)第4把齿型开槽刀，是在第I一3把粗开槽刀的基础上，向宽度方向扩展，形成“<>”形状，上下斜面分别为50°和45°、总宽为5.593的槽形；参见图16 ;5)第5把齿型开槽刀，是在第4把齿型开槽刀的基础上，按同样的形状和角度继续扩宽至6.957mm;参见图19 ；6)第6把齿型开槽刀，是在第5把齿型开槽刀的基础上，继续扩宽、扩深，两侧的“侧斜刃”为主切削刃，宽度达到7.96mm ;参见图22 ；7)第7把齿型开槽刀，是在第6把齿型开槽刀的基础上，拉削槽底两侧的圆弧R15和Rl.5，使榫槽两侧底部轮廓初成型；参见图25 ；8)第8把槽底R刀，专用于拉削榫槽底部完整的圆弧R15和Rl.5，使槽底成型；参见图28 ；9)第9把槽口度面粗刀，专用于拉削榫槽颈部槽口处两侧10°斜面；参见图30 ；10)第10把槽口度面及直口精刀，是在第9把槽口度面粗刀拉削的基础上，拉削榫槽颈部槽口直面(直口)，形成榫槽的开口处宽度4.35，继续拉削槽口处两侧10°斜面，并使直口与两侧10°斜面形成R1+0.1的转接圆弧；参见图33 ；11)第11把为榫槽型面精拉刀，与零件的榫槽轮廓完全相同，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求；参见图36。本发明解决了 新结构涡轮盘高精度、小尺寸榫槽拉削过程中的技术难题，榫槽轮廓为燕尾结构，腔大口小，榫槽底部圆弧腔宽8.06mm，脖颈开口处只有4.30mm，而且榫槽工作面轮廓公差要求为0.025，粗糙度为Ra0.80，因此榫槽型面的加工难度非常大。采用榫槽拉削全新的工艺方案，将传统的“顺拉削”的余量去除方式，调整为“侧斜拉削”方式，保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅；在拉削槽底圆弧时，需要二把刀转接完成拉肖IJ，常规的转接拉削往往造成槽底部台阶、接刀不圆滑，本发明改进了拉刀结构尺寸，在接刀部位设计一段重叠式拉削，重叠部分拉刀圆弧R尺寸要比先前拉削的圆弧尺寸略小，保证接刀部位的圆滑转接。传统的齿顶拉削方式，顶部与两侧面侧隙角间形成尖角，拉削时极易造成勒刀、尖角磨损、卷屑不好，造成刀齿崩刃和打刀，将尖角部位改为45°倒角，增加了45°侧切削刃，有效解决了该问题的发生。改进了常规拉削中齿升量值，保证了拉刀寿命和耐用度。本项目拉刀结构和拉削方案的优化设计，突破了小尺寸、新结构榫槽拉削效率低、拉刀耐用度低、寿命短，榫槽尺寸精度不易保证的技术瓶颈问题，具有国内领先水平，对保证加工零件的尺寸精度、技术要求的一致性和稳定产品质量起到了重要作用，可有效减少人为因素的影响，本发明对全面提升盘鼓类零件拉削加工制造技术水平有很大的借鉴的作用，可推广应用到各类盘、鼓筒类零件燕尾榫槽的拉削加工中。在新一代航空发动机、燃气轮机领域具有广阔的应用前景和转化前景。本发明主要应用于航空发动机及燃汽轮机核心部件如涡轮盘、压气机盘零件榫槽拉削加工，解决了特殊结构高精度小尺寸榫槽拉削的技术瓶颈，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。
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为本发明的拉削方案示意图；图2为拉刀排列图；图3为本发明被加工零件结构示意图；图4为本发明所述被加工零件被加工部位的榫槽结构尺寸示意图；图5为第I把拉刀结构示意简图；图6为与图5对应的拉刀局部放大图；图7为与图5对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图8为第2把拉刀结构示意简图；图9为与图8对应的拉刀局部放大图；图10为与图8对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图11为第3把拉刀结构示意简图；图12为与图11对应的拉刀局部放大图；图13为与图11对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图14为第4把拉刀结构示意简图；图15为与图14对应的拉刀局部放大图；图16为与图14对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图17为第5把拉刀结构示意简图；图18为与图17对应的拉刀局部放大图；图19为与图17对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图20为第6把拉刀结构示意简图；图21为与图20对应的拉刀局部放大图；图22为与图20对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图23为第7把拉刀结构示意简图24为与图23对应的拉刀局部放大图；图25为与图23对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图26为第8把拉刀结构示意简图；图27为与图26对应的拉刀局部放大图；图28为与图26对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图29为第9把拉刀结构示意简图；图30为与图29对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图31为第10把拉刀结构示意简图；图32为与图31对应的拉刀局部放大图；图33为与图31对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图；图34为第11把拉刀结构示意简图；图35为与图34对应的拉刀局部放大图；图36为与图34对应的拉刀加工被加工零件后被加工部位局部放大图。
具体实施例方式实施例1高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，所述专用刀具为拉刀，其结构满足下述要求:拉刀的齿顶设置有能够参与拉削的直倒角或/和圆倒角。整套成型拉刀共11把；其中:第1-3把拉刀粗开槽刀，齿顶与两侧面均带有45°倒角，形成了 45°侧切削刃，能够与齿顶刃同时参与切削；第4一7把拉刀齿型开槽刀，都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃 ’第8把拉刀槽底R刀，齿顶及两侧转接圆角Rl.5为主切削，用于完成槽底型面的拉削；第9把拉刀槽口度面粗刀、第10把拉刀槽口度面及直口精刀，均为侧斜式拉削结构；第11把拉刀为榫槽型面精刀，为全成型的拉削结构。第4一7把拉刀都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃，在尖角部位O和O'(见图14、图15)也带有后角，齿升量为0.015 — 0.036mm，保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅。各把拉刀的齿升量满足下述要求:第1-3把粗开槽刀为0.024-0.035mm ’第4把齿型开槽刀为:0.02-0.023mm ’第5把齿型开槽刀为:0.015-0.025mm ’第6把齿型开槽刀为:0.019-0.022mm ;第7把齿型开槽刀为:0.034-0.036mm ;第8把拉槽底R刀为:0-0.02mm ;第9把槽口度面粗刀为:0.021mm ；第10把槽口度面及直口精刀为0-0.02mm ;第11把榫槽型面精刀第一段0.02-0.03mm ;第二段 0-0.02mm。所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具满足下述要求:I)第I把粗开槽刀，将在轮盘实体外圆上开出宽4.1mm、深2.28的槽；参见图7 ；2)第2把粗开槽刀，将在第I把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.9，槽深至4.905的槽；参见图10 ；
3)第3把粗开槽刀，将在第2把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.7，槽深至7.18，并形成槽底部的圆弧R15的槽；参见图13 ；4)第4把齿型开槽刀，是在第I一3把粗开槽刀的基础上，向宽度方向扩展，形成“<>”形状，上下斜面分别为50°和45°、总宽为5.593的槽形；参见图16;5)第5把齿型开槽刀，是在第4把齿型开槽刀的基础上，按同样的形状和角度继续扩宽至6. 957mm;参见图19 ；6)第6把齿型开槽刀，是在第5把齿型开槽刀的基础上，继续扩宽、扩深，两侧的“侧斜刃”为主切削刃，宽度达到7. 96mm ;参见图22 ；7)第7把齿型开槽刀，是在第6把齿型开槽刀的基础上，拉削槽底两侧的圆弧R15和Rl. 5，使榫槽两侧底部轮廓初成型；参见图25 ；8)第8把槽底R刀，专用于拉削榫槽底部完整的圆弧R15和Rl. 5，使槽底成型；参见图28 ；9)第9把槽口度面粗刀，专用于拉削榫槽颈部槽口处两侧10°斜面；参见图30 ；10)第10把槽口度面及直口精刀，是在第9把槽口度面粗刀拉削的基础上，拉削榫槽颈部槽口直面(直口)，形成榫槽的开口处宽度4. 35，继续拉削槽口处两侧10°斜面，并使直口与两侧10°斜面形成R1+0.1的转接圆弧；参见图33 ；11)第11把为榫槽型面精拉刀，与零件的榫槽轮廓完全相同，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求；参见图36。本实施例所述的专用拉刀解决了新结构涡轮盘高精度、小尺寸榫槽拉削过程中的技术难题，榫槽轮廓为燕尾结构，腔大口小，榫槽底部圆弧腔宽8. 06mm,脖颈开口处只有
4.30mm，而且榫槽工作面轮廓公差要求为O. 025，粗糙度为RaO. 80，因此榫槽型面的加工难度非常大。采用榫槽拉削全新的工艺方案，将传统的“顺拉削”的余量去除方式，调整为“侧斜拉削”方式，保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅；在拉削槽底圆弧时，需要二把刀转接完成拉削，常规的转接拉削往往造成槽底部台阶、接刀不圆滑，本实施例改进了拉刀结构尺寸，在接刀部位设计一段重叠式拉削，重叠部分拉刀圆弧R尺寸要比先前拉削的圆弧尺寸略小，保证接刀部位的圆滑转接。传统的齿顶拉削方式，顶部与两侧面侧隙角间形成尖角，拉削时极易造成勒刀、尖角磨损、卷屑不好，造成刀齿崩刃和打刀，将尖角部位改为45°倒角，增加了 45°侧切削刃，有效解决了该问题的发生。改进了常规拉削中齿升量值，保证了拉刀寿命和耐用度。本实施例所述拉刀结构和拉削方案的优化设计，突破了小尺寸、新结构榫槽拉削效率低、拉刀耐用度低、寿命短，榫槽尺寸精度不易保证的技术瓶颈问题，具有国内领先水平，对保证加工零件的尺寸精度、技术要求的一致性和稳定产品质量起到了重要作用，可有效减少人为因素的影响，本实施例对全面提升盘鼓类零件拉削加工制造技术水平有很大的借鉴的作用，可推广应用到各类盘、鼓筒类零件燕尾榫槽的拉削加工中。在新一代航空发动机、燃气轮机领域具有广阔的应用前景和转化前景。本实施例所述专用拉刀主要应用于航空发动机及燃汽轮机核心部件如涡轮盘、压气机盘零件榫槽拉削加工，解决了特殊结构高精度小尺寸榫槽拉削的技术瓶颈，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。实施例2一种高精度小尺寸榫槽的拉削方法使用专用的拉刀对被加工工件进行加工；所述专用的拉刀结构满足下述要求拉刀的齿顶设置有能够参与拉削的直倒角或/和圆倒角；所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法满足下述要求
拉削加工余量去除方式是:使用拉刀齿顶主刀刃或/和拉刀的倒角部分进行加工，所述拉刀的倒角部分为齿顶刀刃两侧的直倒角或/和圆倒角；采用整套成型拉刀共11把，依次使用加工完成榫槽全部轮廓形状；其中 第1-3把拉刀粗开槽刀，齿顶与两侧面均带有45°倒角，形成了 45°侧切削刃，与齿顶刃同时参与切削;第4一7把拉刀齿型开槽刀，都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃；第8把拉刀槽底R刀，齿顶及两侧转接圆角Rl.5为主切削，用于完成槽底型面的拉削；第9把拉刀槽口度面粗刀、第10把拉刀槽口度面及直口精刀，均为侧斜式拉削 ’第11把拉刀为榫槽型面精刀，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求。所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法所使用的专用刀具中 第4一7把拉刀都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃，在尖角部位O和O'(见图14、图15)也带有后角，齿升量为
0.015一0.036mm,保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅。各把拉刀的齿升量满足下述要求:第1-3把粗开槽刀为0.024-0.035mm ;第4把齿型开槽刀为0.02-0.023mm ;第5把齿型开槽刀为:0.015-0.025mm ;第6把齿型开槽刀为:0.019-0.022mm ’第7把齿型开槽刀为:0.034-0.036mm ;第8把拉槽底R刀为:0-0.02mm ;第9把槽口度面粗刀为:0.021mm ;第10把槽口度面及直口精刀为0-0.02mm ;第11把榫槽型面精刀第一段0.02-0.03mm ;第二段0-0.02mm。本实施例中拉刀的齿顶倒角参与拉削。传统的拉刀齿顶部多为尖角结构，只是齿顶部位参与拉削，这种拉削方式由于切削刃较宽，拉削时卷屑不好，尖角部位容易磨损，极易产生勒刀、崩齿现象，本实施例改进拉刀结构，齿顶处两侧尖角部位增加45°倒角，即增加了 45°侧切削刃，与齿顶刃 同时参与切削。拉削榫槽槽底时，采用了“重叠式”拉削方案，即在槽底用二把刀转接拉削时，有一段是重复拉削，第二把刀进行“重叠”部位拉削时，拉刀圆弧R尺寸比第一把刀圆弧R尺寸略小，保证拉削后榫槽轮廓的圆滑转接。所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的加工过程满足下述要求:I)第I把粗开槽刀，将在轮盘实体外圆上开出宽4.1mm、深2.28的槽；参见图7 ；2)第2把粗开槽刀，将在第I把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.9，槽深至4.905的槽；参见图10 ；3)第3把粗开槽刀，将在第2把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.7，槽深至7.18，并形成槽底部的圆弧R15的槽；参见图13 ；4)第4把齿型开槽刀，是在第I一3把粗开槽刀的基础上，向宽度方向扩展，形成“<>”形状，上下斜面分别为50°和45°、总宽为5.593的槽形；参见图16;5)第5把齿型开槽刀，是在第4把齿型开槽刀的基础上，按同样的形状和角度继续扩宽至6.957mm;参见图19 ；6)第6把齿型开槽刀，是在第5把齿型开槽刀的基础上，继续扩宽、扩深，两侧的“侧斜刃”为主切削刃，宽度达到7.96mm ;参见图22 ；7)第7把齿型开槽刀，是在第6把齿型开槽刀的基础上，拉削槽底两侧的圆弧R15和Rl.5，使榫槽两侧底部轮廓初成型；参见图25 ；8)第8把槽底R刀，专用于拉削榫槽底部完整的圆弧Rl5和Rl.5，使槽底成型；参见图28 ；9)第9把槽口度面粗刀，专用于拉削榫槽颈部槽口处两侧10°斜面；参见图30;10)第10把槽口度面及直口精刀，是在第9把槽口度面粗刀拉削的基础上，拉削榫槽颈部槽口直面(直口)，形成榫槽的开口处宽度4.35，继续拉削槽口处两侧10°斜面，并使直口与两侧10°斜面形成R1+0.1的转接圆弧；参见图33 ；11)第11把为榫槽型面精拉刀，与零件的榫槽轮廓完全相同，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求；参见图36。本实施例还要求保护所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，其特征在于:所述专用刀具为拉刀，其结构满足下述要求:拉刀的齿顶设置有能够参与拉削的直倒角或/和圆倒角。整套成型拉刀共11把；其中:第1-3把拉刀粗开槽刀，齿顶与两侧面均带有45°倒角，形成了 45°侧切削刃，能够与齿顶刃同时参与切削；第4一7把拉刀齿型开槽刀，都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃；第8把拉刀槽底R刀，齿顶及两侧转接圆角Rl.5为主切削，用于完成槽底型面的拉削；第9把拉刀槽口度面粗刀、第10把拉刀槽口度面及直口精刀，均为侧斜式拉削结构；第11把拉刀为榫槽型面精刀，为全成型的拉削结构。第4一7把拉刀都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃，在尖角部位O和O'(见图14、图15)也带有后角，齿升量为0.015 — 0.036mm，保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅。 各把拉刀的齿升量满足下述要求:第1-3把粗开槽刀为0.024-0.035mm ;第4把齿型开槽刀为:0.02-0.023mm ;第5把齿型开槽刀为:0.015-0.025mm ’第6把齿型开槽刀为:0.019-0.022mm ;第7把齿型开槽刀为:0.034-0.036mm ;第8把拉槽底R刀为:0-0.02mm ;第9把槽口度面粗刀为:0.021mm ；第10把槽口度面及直口精刀为0-0.02mm ;第11把榫槽型面精刀第一段0.02-0.03mm ;第二段 0-0.02mm。所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具满足下述要求:I)第I把粗开槽刀，将在轮盘实体外圆上开出宽4.1mm、深2.28的槽；参见图7 ；2)第2把粗开槽刀，将在第I把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.9，槽深至4.905的槽；参见图10 ；3)第3把粗开槽刀，将在第2把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.7，槽深至7.18，并形成槽底部的圆弧R15的槽；参见图13 ；4)第4把齿型开槽刀，是在第I一3把粗开槽刀的基础上，向宽度方向扩展，形成“<>”形状，上下斜面分别为50°和45°、总宽为5.593的槽形；参见图16 ;5)第5把齿型开槽刀，是在第4把齿型开槽刀的基础上，按同样的形状和角度继续扩宽至6.957mm;参见图19 ；6)第6把齿型开槽刀，是在第5把齿型开槽刀的基础上，继续扩宽、扩深，两侧的“侧斜刃”为主切削刃，宽度达到7.96mm ;参见图22 ；7)第7把齿型开槽刀，是在第6把齿型开槽刀的基础上，拉削槽底两侧的圆弧R15和Rl.5，使榫槽两侧底部轮廓初成型；参见图25 ；8)第8把槽底R刀，专用于拉削榫槽底部完整的圆弧Rl5和Rl.5，使槽底成型；参见图28 ；9)第9把槽口度面粗刀，专用于拉削榫槽颈部槽口处两侧10°斜面；参见图30 ；10)第10把槽口度面及直口精刀，是在第9把槽口度面粗刀拉削的基础上，拉削榫槽颈部槽口直面(直口)，形成榫槽的开口处宽度4.35，继续拉削槽口处两侧10°斜面，并使直口与两侧10°斜面形成R1+0.1的转接圆弧；参见图33 ；11)第11把为榫槽型面精拉刀，与零件的榫槽轮廓完全相同，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求；参见图36。关于拉刀的结构特征还说明如下:①传统的燕尾榫槽拉削方式为“顺拉削”的余量去除方式，由于所述燕尾榫槽“腔大、口小”，整体尺寸小，传统的拉削方式会造成拉刀容屑槽过小，拉刀无法排屑，造成崩刃、打刀，本实施例采用了全新的“侧斜拉削”方式，保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅。②拉削榫槽槽底时，一把刀无法完成拉削，需要二把刀“对接”完成榫槽底部圆弧和两侧圆弧的拉削，这样实际拉削时，接刀部位槽底圆弧转接不圆滑，局部有突起，影响拉削质量。本实施例采用了“重叠式”拉削方案，即在槽底分别用第7把、第8把拉刀转接拉削时，有一段是重复拉削，第8把刀进行“重叠”部位拉削时，拉刀圆弧R尺寸比榫槽槽底圆弧R尺寸(也就是第一把刀圆弧R尺寸)略小，保证了拉削后榫槽轮廓的圆滑转接。③各把拉刀的齿顶倒角参与拉削。传统的拉刀齿顶部多为尖角结构，只是齿顶部位参与拉削，这种拉削方式由于切削刃较宽，拉削时卷屑不好，极易产生勒刀、崩齿现象，不仅造成了拉刀损坏，甚至可造成零件报废。改进拉刀结构，齿顶处两侧尖角部位增加45°倒角，即增加了 45°侧切削刃，并控制该切削刃的齿升量为0.015—0.024mm，杜绝了该问题的发生。
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④第4一7把、9一 10把拉刀都是侧斜拉削方式，其中4一7把拉刀侧刃为主切削刃，在尖角部位O和…(见图4.4a)也带有后角，齿升量为0.015 — 0.036mm。本实施例解决了新结构涡轮盘高精度、小尺寸榫槽拉削过程中的技术难题，榫槽轮廓为燕尾结构，腔大口小，榫槽底部圆弧腔宽8.06mm,脖颈开口处只有4.30mm,而且榫槽工作面轮廓公差要求为0.025，粗糙度为Ra0.80，因此榫槽型面的加工难度非常大。采用榫槽拉削全新的工艺方案，将传统的“顺拉削”的余量去除方式，调整为“侧斜拉削”方式，保证了拉刀容屑槽的结构尺寸要求和排屑顺畅；在拉削槽底圆弧时，需要二把刀转接完成拉肖IJ，常规的转接拉削往往造成槽底部台阶、接刀不圆滑，本实施例改进了拉刀结构尺寸，在接刀部位设计一段重叠式拉削，重叠部分拉刀圆弧R尺寸要比先前拉削的圆弧尺寸略小，保证接刀部位的圆滑转接。传统的齿顶拉削方式，顶部与两侧面侧隙角间形成尖角，拉削时极易造成勒刀、尖角磨损、卷屑不好，造成刀齿崩刃和打刀，将尖角部位改为45°倒角，增加了 45°侧切削刃，有效解决了该问题的发生。改进了常规拉削中齿升量值，保证了拉刀寿命和耐用度。本实施例拉刀结构和拉削方案的优化设计，突破了小尺寸、新结构榫槽拉削效率低、拉刀耐用度低、寿命短，榫槽尺寸精度不易保证的技术瓶颈问题，具有国内领先水平，对保证加工零件的尺寸精度、技术要求的一致性和稳定产品质量起到了重要作用，可有效减少人为因素的影响，本实施例对全面提升盘鼓类零件拉削加工制造技术水平有很大的借鉴的作用，可推广应用到各类盘、鼓筒类零件燕尾榫槽的拉削加工中。在新一代航空发动机、燃气轮机领域具有广阔的应用前景和转化前景。本实施例主要应用于航空发动机及燃汽轮机核心部件如涡轮盘、压气机盘零件榫槽拉削加工，解决了特殊结构高精度小尺寸榫槽拉削的技术瓶颈，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。本实施例采用进口数控高速侧拉床，主驱动功率135KW，额定拉力25吨，最大行程7500_。根据所编制的数控加工程序、采用拉削速度为1.5m/min，按照加工步骤逐项进行，既按图5—图36所示拉削步骤示意图和所述加工步骤，完成整个加工过程。既一次拉削成型，分别完成了榫槽数量为149、146、136的三种涡轮盘燕尾榫槽的拉削，并已推广应用到同类产品的榫槽加工中。按照所述步骤和内容要求，进行燕尾榫槽拉削加工，加工后的榫槽尺寸经检测证明，其轮廓公差与尺寸精度完全满足设计要求，加工质量稳定，拉刀耐用度高，拉削效率提高30%，取得了明显有益的技术效果和经济效益。本实施例所涉及的拉削工艺方案、拉刀结构和尺寸参数的实施例与应用，改变了传统的拉削工艺，突破了新一代航空发动机新结构高精度小尺寸榫槽拉削技术关键，保证了新结构高精度榫槽严格的轮廓度、尺寸公差和表面粗糙度等各项技术要求，达到了国内领先水平。本实施例所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法及其专用刀具的相关技术可广泛应用于盘鼓类零件的加工，在原刀具结构、尺寸参数设计原理的基础上，根据实际加工需要适当调整改进刀具参数尺寸，完全可适用于系列产品上，扩大使用需求，会创造出巨大的经济效益。
权利要求
1.一种高精度小尺寸榫槽的拉削方法，其特征在于:使用专用的拉刀对被加工工件进行加工；所述专用的拉刀结构满足下述要求:拉刀的齿顶设置有能够参与拉削的直倒角或/和圆倒角； 所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法满足下述要求: 拉削加工余量去除方式是:使用拉刀齿顶主刀刃或/和拉刀的倒角部分进行加工，所述拉刀的倒角部分为齿顶刀刃两侧的直倒角或/和圆倒角； 采用整套成型拉刀共11把，依次使用加工完成榫槽全部轮廓形状；其中:第1-3把拉刀粗开槽刀，齿顶与两侧面均带有45°倒角，形成了 45°侧切削刃，与齿顶刃同时参与切削；第4一7把拉刀齿型开槽刀，都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃；第8把拉刀槽底R刀，齿顶及两侧转接圆角Rl.5为主切削，用于完成槽底型面的拉削；第9把拉刀槽口度面粗刀、第10把拉刀槽口度面及直口精刀，均为侧斜式拉削；第11把拉刀为榫槽型面精刀，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求。
2.按照权利要求1所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法，其特征在于 第4一7把拉刀都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃，在尖角部位O和O'也带有后角，齿升量为0.015—0.036mmo
3.按照权利要求2所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法，其特征在于:各把拉刀的齿升量满足下述要求:第1-3把粗开槽刀为0.024-0.035mm;第4把齿型开槽刀为:0.02-0.023mm ;第5把齿型开槽刀为:0.015-0.025mm ;第6把齿型开槽刀为:0.019-0.022mm ;第7把齿型开槽刀为:0.034-0.036mm ;第8把拉槽底R刀为:0-0.02mm ;第9把槽口度面粗刀为:0.021mm;第10把槽口度面及直口精刀为0-0.02mm ;第11把榫槽型面精刀第一段 0.02-0.03mm ;第二段 0-0.02mm。
4.按照权利要求1-3其中之一所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法，其特征在于:所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的加工过程满足下述要求: 1)第I把粗开槽刀，将在轮盘实体外圆上开出宽4.1mm、深2.28的槽； 2)第2把粗开槽刀，将在第I把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.9，槽深至4.905的槽； 3)第3把粗开槽刀，将在第2把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.7，槽深至7.18，并形成槽底部的圆弧R15的槽； 4 )第4把齿型开槽刀，是在第I一3把粗开槽刀的基础上，向宽度方向扩展，形成“ < > ”形状，上下斜面分别为50°和45°、总宽为5.593的槽形； 5)第5把齿型开槽刀，是在第4把齿型开槽刀的基础上，按同样的形状和角度继续扩宽至 6.957mm ； 6)第6把齿型开槽刀，是在第5把齿型开槽刀的基础上，继续扩宽、扩深，两侧的“侧斜刃”为主切削刃，宽度达到7.96mm ； 7)第7把齿型开槽刀，是在第6把齿型开槽刀的基础上，拉削槽底两侧的圆弧R15和Rl.5，使榫槽两侧底部轮廓初成型； 8)第8把槽底R刀，专用于拉削榫槽底部完整的圆弧R15和Rl.5，使槽底成型； 9)第9把槽口度面粗刀，专用于拉削榫槽颈部槽口处两侧10°斜面； 10)第10把槽口度面及直口精刀，是在第9把槽口度面粗刀拉削的基础上，拉削榫槽颈部槽口直面，形成榫槽的开口处宽度4.35，继续拉削槽口处两侧10°斜面，并使直口与两侧10°斜面形成R1+0.1的转接圆弧； .11)第11把为榫槽型面精拉刀，与零件的榫槽轮廓完全相同，为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求。
5.权利要求1所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，其特征在于:所述专用刀具为拉刀，其结构满足下述要求:拉刀的齿顶设置有能够参与拉削的直倒角或/和圆倒角。
6.按照权利要求5所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，其特征在于:整套成型拉刀共11把；其中 第1-3把拉刀粗开槽刀，齿顶与两侧面均带有45°倒角，形成了.45°侧切削刃，能够与齿顶刃同时参与切削；第4一7把拉刀齿型开槽刀，都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃；第8把拉刀槽底R刀，齿顶及两侧转接圆角Rl.5为主切削，用于完成槽底型面的拉削 ’第9把拉刀槽口度面粗刀、第10把拉刀槽口度面及直口精刀，均为侧斜式拉削结构；第11把拉刀为榫槽型面精刀，为全成型的拉削结构。
7.按照权利要求6所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，其特征在于:第4一7把拉刀都是侧斜拉削方式，侧刃为主切削刃，在尖角部位O和O'也带有后角，齿升量为.0.015一0.036mm。
8.按照权利要求7所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，其特征在于:各把拉刀的齿升量满足下述要求 第1-3把粗开槽刀为0.024-0.035mm ;第4把齿型开槽刀为:0.02-0.023_ ;第5把齿型开槽刀为:0.015-0.025_ ;第6把齿型开槽刀为:.0.019-0.022mm ;第7把齿型开槽刀为:0.034-0.036mm ;第8把拉槽底R刀为:0-0.02mm ;第.9把槽口度面粗刀为:0.021mm;第10把槽口度面及直口精刀为0-0.02mm ;第11把榫槽型面精刀第一段 0.02-0.03mm ;第二段 0-0.02mm。
9.按照权利要求5-8其中之一所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具，其特征在于:所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法的专用刀具满足下述要求: .1)第I把粗开槽刀，将在轮盘实体外圆上开出宽4.1mm、深2.28的槽； .2)第2把粗开槽刀，将在第I把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.9，槽深至4.905的槽； .3)第3把粗开槽刀，将在第2把开槽的基础上，继续开槽，槽宽3.7，槽深至7.18，并形成槽底部的圆弧R15的槽； .4 )第4把齿型开槽刀，是在第I一3把粗开槽刀的基础上，向宽度方向扩展，形成“ < > ”形状，上下斜面分别为50°和45°、总宽为5.593的槽形； .5)第5把齿型开槽刀，是在第4把齿型开槽刀的基础上，按同样的形状和角度继续扩宽至 6.957mm ； .6)第6把齿型开槽刀，是在第5把齿型开槽刀的基础上，继续扩宽、扩深，两侧的“侧斜刃”为主切削刃，宽度达到7.96mm ； .7)第7把齿型开槽刀，是在第6把齿型开槽刀的基础上，拉削槽底两侧的圆弧R15和Rl.5，使榫槽两侧底部轮廓初成型； .8)第8把槽底R刀，专用于拉削榫槽底部完整的圆弧Rl5和Rl.5，使槽底成型； .9)第9把槽口度面粗刀，专用于拉削榫槽颈部槽口处两侧10°斜面；10)第10把槽口度面及直口精刀，是在第9把槽口度面粗刀拉削的基础上，拉削榫槽颈部槽口直面，形成榫槽的开口处宽度4.35，继续拉削槽口处两侧10°斜面，并使直口与两侧10°斜面形成R1+0.1的转接圆弧； 11)第11把为榫槽型面精拉刀，与零件的榫槽轮廓完全相同， 为全成型的拉削方式，完成榫槽型面的最终拉削，达到设计图纸要求。
全文摘要
一种高精度小尺寸榫槽的拉削方法及其专用刀具使用专用的拉刀对被加工工件进行加工；所述专用的拉刀结构满足下述要求拉刀的齿顶设置有能够参与拉削的直倒角或/和圆倒角；所述高精度小尺寸榫槽的拉削方法满足下述要求拉削加工余量去除方式是使用拉刀齿顶主刀刃或/和拉刀的倒角部分进行加工，所述拉刀的倒角部分为齿顶刀刃两侧的直倒角或/和圆倒角；采用整套成型拉刀共11把，依次使用加工完成榫槽全部轮廓形状。本发明主要应用于航空发动机及燃汽轮机核心部件如涡轮盘、压气机盘零件榫槽拉削加工，解决了特殊结构高精度小尺寸榫槽拉削的技术瓶颈，可在同类零件中推广使用，在新一代航空发动机、动力燃机系列中具有广阔的应用前景。
文档编号B23D43/00GK103071853SQ20121036381
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月26日 优先权日2012年9月26日
发明者姜雪梅, 徐新发, 刘红伟, 谭薇, 李成武 申请人:沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司