一种弹性轴承座端面深窄环槽加工用刀具及加工方法与流程

本方法适用于燃气轮机发动机制造领域，具体涉及一种弹性轴承座端面深窄环槽加工用刀具及加工方法。

背景技术：

弹性轴承座自身具有弹性，其作用可以改变转子支承刚性，使转子变为柔轴，并可改变和控制转子的临界转速值，使发动机工作在超临界转速下，工作平稳，振动小。大功率燃气轮机弹性轴承座材料为18cr2ni4wa，调质处理，hb＝311-388，为了使其具有良好的弹性和较轻的重量，轴向设计有较深的深窄端面环槽，外圆上有多个径向槽。其中轴向深窄环槽宽8.5，深102，直径φ255，深宽比大约为12，在加工过存在让刀、打刀、排屑困难和加工效率低等问题，加工难度大。无法满足弹性轴承座端面深窄环槽的加工要求。而目前采用一个刀具进行多次进刀退刀、留加工余量，对加工余量进行去除，得到最终需要的加工结果，其过程复杂，加工效率低，对加工刀具要求高。而且在回转件端面深窄环槽车削加工中存在让刀、打刀、排屑困难和加工效率低等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种弹性轴承座端面深窄环槽加工用刀具及加工方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种弹性轴承座端面深窄环槽加工用刀具，包括刀片和刀杆；刀杆上设有刀片夹持孔，刀片夹持孔高度与刀片夹持高度一致，刀片通过刀片夹持孔高度自锁夹持；刀杆前端夹持刀片部分为伸出量，伸出量宽度小于待加工深窄环槽宽度，伸出量前段设有圆弧后角。

进一步的，刀杆前端刀片夹持孔高度两侧分别设有一个夹持开孔，还包括开孔扳手，开孔扳手包括扳手本体和扳手杆，扳手本体前端设有两个与刀片夹持孔配合的柱头，扳手杆与其中一个柱头连接，扳手杆位于扳手本体内部分为偏心圆。

进一步的，刀片包括精加工刀片和粗加工刀片，精加工刀片长度为18mm，刀片宽度为5mm，刀尖圆弧为r3mm；粗加工刀片长度为18mm，刀片宽度为5mm。

进一步的，刀杆长度为150-250mm，伸出量长度为40-58mm，刀杆的圆弧后角为r110-r170mm。

进一步的，刀杆长度为150mm为短刀杆，短刀杆伸出量长度为40；刀杆长度为250mm为长刀杆，长刀杆伸出量长度为58mm。

一种弹性轴承座端面深窄环槽加工方法，包括以下步骤：

步骤1)、采用刀刃宽度小于待加工深窄环槽槽宽的刀具进行第一次加工以完成粗加工深齿槽，第一次加工的粗加工深齿槽的两个槽壁均留有加工余量；

步骤2)、然后进行第二次加工，对第一次加工的粗加工深齿槽的两个槽壁进行去余量加工，即可形成需要加工的深窄环槽。

进一步的，槽壁单边余量留0.2-0.3mm。

进一步的，采用刀刃宽度小于待加工深窄环槽槽宽的刀具进行第一次加工以完成粗加工深齿槽，首先采用短刀杆刀具进行第一深度加工，加工深度为槽深的30％-40％，然后采用长刀杆刀具进行第二深度加工，完成其余槽深加工。

进一步的，在第一次加工以完成粗加工深齿槽过程中包括多次进刀加工，每次进刀后进行退刀；第一次加工以完成粗加工深齿槽过程中分别采用短刀杆粗加工刀具进刀、长刀杆粗加工刀具进刀和长刀杆精加工刀具进刀；短刀杆粗加工刀具进刀为槽深的30％-40％。

进一步的，在进行第二次加工过程中，采用长刀杆精加工刀具对第一次加工完成粗加工深齿槽的槽壁进行去余量加工，首先对其中一个槽壁进行去余量加工，再对另一个槽壁进行去余量加工，两次均采用长刀杆精加工刀具进行加工，采用至少一次进刀加工。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明一种弹性轴承座端面深窄环槽加工用刀具，包括刀片和刀杆；刀杆上设有刀片夹持孔，刀片夹持孔高度与刀片夹持高度一致，刀片通过刀片夹持孔高度自锁夹持；刀杆前端夹持刀片部分为伸出量，伸出量宽度小于待加工深窄环槽宽度，伸出量前段设有圆弧后角，通过设置刀具与刀杆分离结构，通过刀杆自身弹性对刀片压紧，保证刀具结构紧凑和刚性，刀头尺寸小、刚性足，使深窄环槽加工质量可靠、稳定，能够提高深窄环槽的加工效率。

进一步的，刀片包括精加工刀片和粗加工刀片，精加工刀片长度为18mm，刀片宽度为5mm，刀尖圆弧为r3mm；粗加工刀片长度为18mm，刀片宽度为5mm。刀杆长度为150-250mm，伸出量长度为40-58mm，刀杆的圆弧后角为r110-r170mm，采用不同刀杆长度和刀具进行组合，特别是长度为250的刀杆与精刀具和粗刀具组合，能够实现深宽比为13的深窄槽的加工。

一种弹性轴承座端面深窄环槽加工方法，采用刀刃宽度小于待加工深窄环槽槽宽的刀具进行第一次加工以完成粗加工深齿槽，第一次加工的粗加工深齿槽的两个槽壁均留有加工余量；然后进行第二次加工，对第一次加工的粗加工深齿槽的两个槽壁进行去余量加工，即可形成需要加工的深窄环槽，减少了长刀杆刀具的加工时间，长刀杆刀具更容易沿预定轨迹进行进刀，降低了偏移量，并且降低了长刀杆刀具的热变形和弯曲变形，对长刀杆刀具进行了一定的保护；采用两次加工工序进行深加工，第一次加工在两个槽壁均留有加工余量，保证第二次直接采用长刀杆刀具进行余量去除加工，减少第二次加工长刀杆刀具所遇到的加工阻力。

进一步的，采用长刀杆和短刀杆交替进行加工，先利用短刀杆进行粗槽孔加工，降低刀具损坏的风险，提高加工速度，然后利用长刀杆去余量加工，保证了深宽比为13的深窄槽槽壁的加工精度，采用长刀杆和短刀杆交替进行加工，提高了加工速度，并且避免了长刀杆刀具的损坏。

进一步的，采用长刀杆精加工刀具对第一次加工完成粗加工深齿槽的槽壁进行去余量加工，首先对其中一个槽壁进行去余量加工，再对另一个槽壁进行去余量加工，两次均采用长刀杆精加工刀具进行加工，采用至少一次进刀加工，如果余量大且第一次加工槽宽窄，可选择多次进刀退刀，有利于切屑的排出；采用不同刀具进行加工，避免了采用一个刀具加工对刀具造成损伤，提高了刀具的使用寿命。

附图说明

图1为弹性轴承座端面深窄环槽示意图。

图2为车床夹具示意图。

图3为本发明刀具整体结构示意图。

图4为图3俯视图。

图5为开孔扳手结构示意图。

图6为粗加工刀片结构示意图。

图7为精加工刀片结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

一种弹性轴承座端面深窄环槽加工用刀具及加工方法，根据零件结构特点和材料特性，制造具有结构小，刚性好的车加工刀具，制订合理的加工工步，选择合理的切削参数，解决回转件端面深窄环槽车削加工中存在让刀、打刀、排屑困难和加工效率低等问题，满足大功率燃气轮机弹性轴承座端面深窄环槽的加工要求。

如图3、图4所示，一种弹性轴承座端面深窄环槽加工用刀具，包括刀片1和刀杆2；刀杆2上设有刀片夹持孔，刀片夹持孔高度与刀片夹持高度一致，刀片通过刀片夹持孔高度自锁夹持；刀杆前端夹持刀片部分为伸出量7，伸出量宽度小于待加工深窄环槽宽度，伸出量前段设有圆弧后角；

刀杆2前端刀片夹持孔高度两侧分别设有一个夹持开孔3，如图5所示开孔扳手，开孔扳手包括扳手本体4和扳手杆5，扳手本体4前端设有两个与刀片夹持孔配合的柱头6，扳手杆5与其中一个柱头6连接，扳手杆5位于扳手本体4内部分为偏心圆，使用时，通过将两个柱头6分别放入刀杆2上的两个夹持开孔3内，然后转动扳手杆5，利用偏心原理，使两个柱头6分开，从而使刀片夹持孔轻微张开，插入完成刀片的放入，松开两个柱头6，利用刀杆自身弹力对刀片进行夹持；

如图6、图7所示，刀片包括精加工刀片和粗加工刀片，精加工刀片长度为18mm，刀片宽度为5mm，刀尖圆弧为r3mm，粗加工刀片长度为18mm，刀片宽度为5mm，没有刀尖圆弧，

刀杆后段为夹具夹持端，夹持端的宽高尺寸为32*25mm；

刀杆长度为150-250mm，伸出量长度为40-58mm，刀杆的圆弧后角为r110-r170mm；

优选的刀杆长度为150mm称为短刀杆，短刀杆伸出量长度为40，刀杆长度为250mm为长刀杆，长刀杆伸出量长度为58mm；

根据刀杆长度和刀片精度，可组成为短刀杆刀具和长刀杆刀具；短刀杆刀具包括短刀杆粗刀具和短刀杆精刀具，长刀杆刀具包括长刀杆粗刀具和长刀杆精刀具；

如图1、图2所示，本发明实施例针对材料为18cr2ni4wa的弹性轴承座，调质处理,hb＝311-388，端面深窄环槽宽8-9mm，深95-105mm，深宽比大约为10.5-13.1，直径φ255，在采用常规加工方法加工过程中，容易造成让刀、打刀、排屑困难，且加工效率低；零件材料硬度比较硬，槽窄，槽深宽比大，加工槽的刀具相应较窄，由于加工时产生比较大的切削力，要求端面槽刀能够承受较大切削力的，采用刀杆和刀片构成的机夹车刀，通过刀杆自身弹性对刀片压紧，保证刀具结构紧凑和刚性；

一种弹性轴承座端面深窄环槽加工方法，包括以下步骤：

步骤1)、采用刀刃宽度小于待加工深窄环槽槽宽的刀具进行第一次加工以完成粗加工深齿槽，第一次加工的粗加工深齿槽的两个槽壁均留有加工余量；

步骤2)、然后进行第二次加工，对第一次加工的粗加工深齿槽的两个槽壁进行去余量加工，即可形成需要加工的深窄环槽。

采用刀刃宽度小于待加工深窄环槽槽宽的刀具进行第一次加工以完成粗加工深齿槽，首先采用短刀杆刀具进行第一深度加工，加工深度为槽深的30％-40％，因此在第一次加工过程中，能够保证粗加工刀具的强度，提高加工速度，提高加工效率，然后采用长刀杆刀具进行第二深度加工，完成其余槽深加工，减少了长刀杆刀具的加工时间，长刀杆刀具更容易沿预定轨迹进行进刀，降低了偏移量，并且降低了长刀杆刀具的热变形和弯曲变形，对长刀杆刀具进行了一定的保护；采用两次加工工序进行深加工，第一次加工在两个槽壁均留有加工余量，保证第二次直接采用长刀杆刀具进行余量去除加工，减少第二次加工长刀杆刀具所遇到的加工阻力；槽壁单边余量留0.2-0.3mm；

在第一次加工以完成粗加工深齿槽过程中包括多次进刀加工，每次进刀后进行退刀，以便于切削的顺利排出，降低刀具损坏的风险，延长刀具的使用寿命；

第一次加工以完成粗加工深齿槽过程中分别采用短刀杆粗加工刀具进刀、长刀杆粗加工刀具进刀和长刀杆精加工刀具进刀；短刀杆粗加工刀具进刀为槽深的30％-40％；

在进行第二次加工过程中，采用长刀杆精加工刀具对第一次加工完成粗加工深齿槽的槽壁进行去余量加工，首先对其中一个槽壁进行去余量加工，再对另一个槽壁进行去余量加工，两次均采用长刀杆精加工刀具进行加工，采用至少一次进刀加工，如果余量大且第一次加工槽宽窄，可选择多次进刀退刀，有利于切屑的排出；采用不同刀具进行加工，避免了采用一个刀具加工对刀具造成损伤，提高了刀具的使用寿命；

本发明加工的深窄环槽宽8-9mm，深95-105mm，深宽比大约为10.5-13.1，所需要加工的深宽比在现有加工技术中，加工精度低，且加工过程复杂，容易造成现有刀具断刀。

在使用过程中，采用长刀杆和短刀杆制造长短两种刀具，同时对刀片也采用粗刀片和精刀片两种刀片，以满足加工质量和效率要求；

选用规格为φ400的车床加工端面深窄环槽；制作端面深窄环槽装夹用的夹具；制作端面深窄环槽加工用的机夹刀具；

对夹具、零件的装夹与找正；机夹车刀的安装与刀片的更换；

端面深窄环槽的进行粗加工时，采用短刀杆刀具进行第一深度加工，加工深度为槽深的30％-40％，具体加工为槽深的35％，以使短刀杆刀具达到最优工作状态，机床主轴转速31rpm，切削深度每加工3mm进行退刀排屑；进然后选用长刀杆粗刀具，加工为槽深的35％～53％，具体加工深度为槽深的40％，采用长刀杆粗刀具进行加工，能够提高加工速度；最后采用长刀杆精刀具进行加工剩余深度；难免会对槽壁产生精度影响，深度越深，影响越大，因此经过发明人研究发现，在长刀杆粗刀具进行加工深度为槽深的35％～53％时，精度为最高；最后采用长刀杆精刀具进行加工剩余深度，长刀杆精刀具能够满足加工精度要求，长刀杆精刀具加工时，机床主轴转速30rpm，手动进给，切削深度每加工2mm进行退刀排屑；

进行第二次加工时，选用长刀杆精刀具，对第一次加工完成粗加工深齿槽的槽壁进行去余量加工；机床主轴转速35rpm，手动进给，切削深度每加工1.5mm进行退刀排屑。