一种深孔变径内腔的加工方法
【专利摘要】本发明涉及一种深孔变径内腔的加工方法，通过调转装夹，采用小振幅、小切深、超声频振动进行变截面加工，降低了工件的表面粗糙度，提高了工件的尺寸精度。本发明改变了传统对复杂深孔变径内腔零件加工需要进行多次进退刀处理的步骤，有效地缩短了加工时间，提高了复杂深孔变径内腔零件的加工质量。
【专利说明】—种深孔变径内腔的加工方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种加工方法，尤其是一种深孔变径内腔的加工方法。
【背景技术】
[0002]在机械制造领域中，由于复杂深孔变径内腔(长径比大于20，直径变化超过10%，过渡区长度小于总长度的10% )形貌复杂，加工刚性弱，加工时受装夹力、切削力、切削热、机床振动等影响明显，加工过程中易出现让刀过大、颤振等现象，所以一直是加工中的难题之一。例如某航空发动机中央传动杆，其长度为778mm，内部大径为Φ 19mm，小径为Φ 14mm，过度区长度为10mm，并且要求各配合轴颈位置相对顶尖孔跳动小于0.02mm。对于这类产品的加工，可以通过采用多次进刀的方式来保证加工精度，但加工合格率低，加工效率低，还不能实现高效精密的加工。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种深孔变径内腔的加工方法，可以实现长径比大于20，直径变化超过10%，过渡区长度小于总长度的10%复杂深孔变径内腔的加工，并且达到精度高，效率高的特点。
[0004]本发明的具体技术方案为，所述的一种深孔变径内腔的加工方法包括以下步骤:
1.加工前准备:
采用三维绘图软件进行数字化零件构形，并将数据输入数控机床；
调整数控机床，使数控机床的主轴回转精度在0.02mm内；
将超声振动切削装置装夹在数控机床上，调节镗削刀具，使刀具的镗杆中心线与数控机床主轴回转中心同轴度在0.02mm内；
调节刀具加工时的振动参数:振动频率为20KHz，刀尖水平振幅为5 μ m,刀尖竖直振幅为5 μ m,振动状态为面向主轴时的逆时针椭圆振动；
2.加工外径:
将零件的外径加工至规定尺寸；
3.粗加工内径:
加工零件内部的大径、小径和变径部分，加工方式为镗削，加工方式为所有位置一次进刀加工，加工后的轴向尺寸至规定尺寸，径向尺寸的余量为0.8-1.2mm ；
4.精加工内径:
将粗加工后的零件的两端分别定义为左端和右端，将零件的左端通过卡盘安装在数控机床上，中心架安装在零件中心朝向左端10-12mm处，装夹后进行调整，调整后零件上距离卡盘位置600mm的跳动不大于0.05mm,右端的端面的圆跳动不大于0.08mm ；
通过振动切削装置的Il削刀具加工右端的内孔至余量0.05-0.15mm后，开启超声振动装置进行振动切削，超声振动切削吃刀深度不大于0.15_，进给量不大于0.lmm/r，直至加工至规定尺寸； 将零件从机床下拆下，翻转装夹和加工，装夹和加工工序与前面的工步相同；
5.加工过渡面:
装夹已加工到所需余量的零件，零件的大内径位于右侧，夹紧后距离夹盘IOOmm处的跳动不大于0.02mm,右端面处的圆跳动不大于0.05mm,中心架支撑在距离过渡段左端面10-12mm处；根据加工的过渡面的型面编制加工程序，镗刀进至已直径较大深孔的最左侧，通过加工程序控制镗刀，一面继续向内进给，一面进行刀具收缩运动，分三次变径镗削过渡段，每次进给量为余量的1/3，将过渡面加工至合格；
6.最终检验。
[0005]所述的步骤3至5中的加工设备为同一设备。
[0006]本发明通过调转装夹，改善了弱刚度件的刚性状况，保证了超声振动加工工件的精度。在加工过程中，采用小振幅、小切深、超声频振动进行变截面加工，降低了工件的表面粗糙度，提高了工件的尺寸精度。整个加工过程中镗削一次进刀，从而实现了复杂深孔变径内腔高精度工件的一次进刀加工、省去多次进退刀等工序，可提高一倍的加工精度。通过进行普通精密镗削到一定的加工余量后开始进行振动切削，避免了继续用普通切削则其产生的大残余应力和高温，以及大切削力将使得工件的严重变形，从而达不到工件所要求的尺寸精度；同时也避免了刀具磨损导致的让刀严重，需要中途退刀换刀的工序。本发明的提出的是一种适用于加工复杂深孔变径内腔的加工方法，该加工方法仅用镗削一次进刀方式实现整个复杂深孔变径内腔零件的加工，改变了传统对复杂深孔变径内腔零件加工需要进行多次进退刀处理的步骤，有效地缩短了加工时间，提高了复杂深孔变径内腔零件的加工质量。本发明加工方法尤其能够实现对长径比大于40、变径比大于10%，尺寸精度在±0.008mm,圆跳动在0.015mm以内的复杂深孔变径内腔进行加工。
【具体实施方式】
[0007]—种深孔变径内腔的加工方法包括以下步骤:
1.加工前准备:
采用三维绘图软件进行数字化零件构形，并将数据输入数控机床；
调整数控机床，使数控机床的主轴回转精度在0.02mm内；
将超声振动切削装置装夹在数控机床上，调节镗削刀具，使刀具的镗杆中心线与数控机床主轴回转中心同轴度在0.02mm内；
调节刀具加工时的振动参数:振动频率为20KHz，刀尖水平振幅为5 μ m,刀尖竖直振幅为5 μ m,振动状态为面向主轴时的逆时针椭圆振动；
2.加工外径:
将零件的外径加工至规定尺寸；
3.粗加工内径:
加工零件内部的大径、小径和变径部分，加工方式为镗削，加工方式为所有位置一次进刀加工，加工后的轴向尺寸至规定尺寸，径向尺寸的余量为0.8-1.2mm ；
4.精加工内径:
将粗加工后的零件的两端分别定义为左端和右端，将零件的左端通过卡盘安装在数控机床上，中心架安装在零件中心朝向左端10-12mm处，装夹后进行调整，调整后零件上距离卡盘位置600mm的跳动不大于0.05mm,右端的端面的圆跳动不大于0.08mm ；
通过振动切削装置的Il削刀具加工右端的内孔至余量0.05-0.15mm后，开启超声振动装置进行振动切削，超声振动切削吃刀深度不大于0.15_，进给量不大于0.lmm/r，直至加工至规定尺寸；
将零件从机床下拆下，翻转装夹和加工，装夹和加工工序与前面的工步相同；
5.加工过渡面:
装夹已加工到所需余量的零件，零件的大内径位于右侧，夹紧后距离夹盘IOOmm处的跳动不大于0.02mm，右端面处的圆跳动不大于0.05mm,中心架支撑在距离过渡段左端面10-12mm处；根据加工的过渡面的型面编制加工程序，镗刀进至已直径较大深孔的最左侧，通过加工程序控制镗刀，一面继续向内进给，一面进行刀具收缩运动，分三次变径镗削过渡段，每次进给量为余量的1/3，将过渡面加工至合格；
6.最终检验。
[0008]所述的步骤3至5中的加工设备为同一设备。
实施例一
[0009]某型发动机中央传动杆的加工，材料18Cr2Ni4WA，长度778 土0.2mm，内部大径Φ 19mm，小径Φ 14mm，过度区长度为10mm，位于传动杆中部，其具体的加工步骤为:
1、加工前准备
采用三维绘图软件进行数字化零件构形，并将数据输入数控机床；
调整数控机床，调整后数控机床的主轴回转精度为0.015mm ；
将超声振动切削装置装夹在数控机床上，调节镗削刀具，刀具的镗杆中心线与数控机床主轴回转中心同轴度为0.015mm ；
调节刀具加工时的振动参数:振动频率为20KHz，刀尖水平振幅为5 μ m,刀尖竖直振幅为5 μ m,振动状态为面向主轴时的逆时针椭圆振动；
2、加工外径
将零件的外径加工至规定尺寸；
3、粗加工内径:
通过调整好的数控机床加工零件内部的大径、小径和变径部分,加工方式为镗削,加工方式为所有位置一次进刀加工，加工后的轴向尺寸至规定尺寸，径向尺寸的余量为1.0mm;
4、精加工内径:
将粗加工后的零件的两端分别定义为左端和右端，将零件的左端通过卡盘安装在数控机床上，中心架安装在零件中心朝向左端IOmm处，装夹后进行调整，调整后零件上距离卡盘位置600mm的跳动为0.03mm,右端的端面的圆跳动为0.05mm ；
通过振动切削装置的镗削刀具加工右端的内孔至余量为0.1Omm后，开启超声振动装置进行振动切削，超声振动切削吃刀深度为0.05_，进给量为0.lmm/r，直至加工至规定尺寸；
将零件从机床下拆下，翻转装夹和加工，装夹和加工工序与前面的工步相同；
5、加工过渡面:
装夹已加工到所需余量的零件，零件的大内径位于右侧，夹紧后距离夹盘IOOmm处的跳动为0.01mm，右端面处的圆跳动为0.04mm,中心架支撑在距离过渡段左端面约IOmm处；根据加工的过渡面的型面编制加工程序，镗刀进至已直径较大深孔的最左侧，通过加工程序控制镗刀，一面继续向内进给，一面进行刀具收缩运动，分三次变径镗削过渡段，每次进给量为余量的1/3，将过渡面加工至合格；
6.最终检验。
[0010]加工后内孔各尺寸满足图纸要求，壁厚差0.03mm，与常规加工方法相比，此方法加工过程平稳，刀具磨损正常。结论，零件合格。
【权利要求】
1.一种深孔变径内腔的加工方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤: 1)加工前准备: 采用三维绘图软件进行数字化零件构形，并将数据输入数控机床； 调整数控机床，使数控机床的主轴回转精度在0.02mm内； 将超声振动切削装置装夹在数控机床上，调节镗削刀具，使刀具的镗杆中心线与数控机床主轴回转中心同轴度在0.02mm内； 调节刀具加工时的振动参数:振动频率为20KHz，刀尖水平振幅为5 μ m,刀尖竖直振幅为5 μ m,振动状态为面向主轴时的逆时针椭圆振动； 2)加工外径: 将零件的外径加工至规定尺寸； 3)粗加工内径: 加工零件内部的大径、小径和变径部分，加工方式为镗削，加工方式为所有位置一次进刀加工，加工后的轴向尺寸至规定尺寸，径向尺寸的余量为0.8-1.2mm ； 4)精加工内径: 将粗加工后的零件的两端分别定义为左端和右端，将零件的左端通过卡盘安装在数控机床上，中心架安装在零件中心朝向左端10-12mm处，装夹后进行调整，调整后零件上距离卡盘位置600mm的跳动不大于0.05mm,右端的端面的圆跳动不大于0.08mm ； 通过振动切削装置的Il削刀具加工右端的内孔至余量0.05-0.15mm后，开启超声振动装置进行振动切削，超声振动切削吃刀深度不大于0.15_，进给量不大于0.lmm/r，直至加工至规定尺寸； 将零件从机床下拆下，翻转装夹和加工，装夹和加工工序与前面的工步相同； 5)加工过渡面: 装夹已加工到所需余量的零件，零件的大内径位于右侧，夹紧后距离夹盘IOOmm处的跳动不大于0.02mm,右端面处的圆跳动不大于0.05mm,中心架支撑在距离过渡段左端面10-12mm处；根据加工的过渡面的型面编制加工程序，镗刀进至已直径较大深孔的最左侧，通过加工程序控制镗刀，一面继续向内进给，一面进行刀具收缩运动，分三次变径镗削过渡段，每次进给量为余量的1/3，将过渡面加工至合格； 6)最终检验。
2.如权利要求1所述的一种深孔变径内腔的加工方法，其特征是，所述的步骤3)至5)中的加工设备为同一设备。
【文档编号】B23B41/02GK104001958SQ201410200799
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月13日 优先权日:2014年5月13日
【发明者】吴瑞彪, 孙旭东, 黄鹏跃, 张德远, 陈华伟, 隋翯 申请人:哈尔滨东安发动机（集团）有限公司