榫槽倒角的数控加工方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及机械加工技术，具体地说是一种轮盘榫槽圆角的加工方法。
【背景技术】
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[0002]航空发动机作为飞机的动力装置，直接影响到飞机的安全性和可靠性。其中发动机轮盘质量的好与差对保证整个发动机和飞机的安全性和可靠性具有十分重要的意义。
[0003]发动机轮盘的主要失效模式，是低循环疲劳、变形超限、破裂、辐板屈曲、振动开裂等模式之间相互作用。轮盘榫槽的加工质量对轮盘的失效及寿命有着十分重要的影响。目前，国内对轮盘榫槽的数控加工工艺是:先采用拉削的方法加工榫槽，之后再通过手工对榫槽打磨倒角。此手工对榫槽打磨倒角过程中，无冷却液，表面精度低，倒角位置一致性差，操作人员劳动强度大，效率低，成本高。因此，寻求一种高速、高精度的榫槽圆角加工方法，是一个长期以来无法解决的难题。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于，针对榫槽圆角边复杂结构特点，提出一种加工榫槽圆角的数控加工工艺方法，实现对叶轮榫槽圆角的高效数控加工，保证榫槽倒角加工的表面质量和一致性，降低生产过程中操作工人的劳动强度。
[0005]本发明是这样实现的:
[0006]本发明是一种轮盘榫槽倒角的“3+2”坐标数控加工方法，即利用点铣加工方法，让各个位置的切削状态均为点铣方法。整体上，对轮盘一端面，首先按榫槽加工顺序铣削需要倒角的一半位置，之后按加工顺序对称铣削榫槽倒角的另一半位置，和之前的倒角加工无缝拼接。在加工榫槽的一个位置时，切削方向均由榫槽顶部位置指向榫槽底部位置；刀轴采用固定刀轴，刀轴角度根据倒角位置圆弧的法向投影区域确定。
[0007]本发明对轮盘榫槽复杂结构进行数控倒角的加工方法，其步骤如下:
[0008]1、分析轮盘整体的结构特点，确定轮盘榫槽倒角加工方法为单面单侧顺序加工，之后两侧加工对接；
[0009]2、分析榫槽的结构特点，结合轮盘整体结构，选择数控加工的刀具、机床、夹具等;
[0010]3、确定生成榫槽倒角的数控加工刀位轨迹，具体步骤如下:
[0011](I)针对榫槽倒角的结构，将榫槽倒角位置分段圆角，并进行等距偏置；
[0012](2)对(I)中的各个偏置面进行等参数化处理，经过切削残余高度分析和吃刀量计算获得参数化线数量n，在各个偏置面上插入η条等参数化曲线，之后经过修剪、桥接、连接等方法处理生成η条光顺曲线，即刀具驱动线；
[0013](3)获取(I)中的各个偏置面的法向向量，并向xy平面进行投影，获取投影的公共角度范围，结合榫槽的结构特点，确定刀轴方向的范围，保证加工过程刀轴不干涉，根据刀具切触点位置及加工倾角，选选择合适的刀轴方向；
[0014](4)根据刀轴方向和刀位驱动线生成刀位轨迹；
[0015](5)对生成的刀位轨迹进行仿真检查，若发生过切或者让切，返回2重新处理，直到生成合适的刀位轨迹。
[0016](6)对于同一面两侧对称的榫槽结构，另一侧刀位轨迹可以利用通用CAM软件生成。对于两侧不对称的榫槽结构，另一侧的刀轨生成方法同步骤3的(I)至(5)。
[0017]4、利用3生成的刀位轨迹，按顺序依次加工轮盘榫槽单端面单侧的倒角；之后按顺序加工同一端面另一侧的倒角。
[0018]5、第一端面倒角完成后，翻面加工另一端面的榫槽圆角。
[0019]本发明的有益效果:
[0020]本发明提出的数控加工复杂结构倒角的工艺方法，成功解决了榫槽倒角的问题，实现了利用五坐标机床对轮盘榫槽复杂结构的数控铣削倒角，并保证了倒角的加工质量和倒角尺寸的一致性，同时提高了生产效率，数控加工单个榫槽单侧倒角的平均时间为3.0分钟，与传统的手工倒角相比，整个轮盘倒角时间节省2小时左右，省去了加工人员手动抛光倒角的工序，大大降低了操作人员的劳动强度。
[0021]本发明有效解决了轮盘榫槽复杂位置倒角加工效率低、加工时间长、劳动强度大、加工表面质量差、倒角尺寸一致性差等技术问题。
【附图说明】
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[0022]图1为本发明实施例的加工方法流程图；
[0023]图2为实施例1之航空发动机轮盘的整体结构主视图；
[0024]图3为实施例1榫槽轴测图及倒角位置图；
[0025]图4为实施例1加工榫槽的截面轮廓投影曲线图；
[0026]图5为实施例1轮盘开槽位置的局部剖视图；
[0027]图6实施例1轮盘榫槽倒角单侧驱动线；
[0028]图7实施例1轮盘榫槽刀具驱动线；
[0029]图8实施例1刀轴规划图；
[0030]图9实施例1轮盘榫槽单侧刀位轨迹；
[0031]图10实施例1轮盘倒角位置刀位轨迹；
[0032]图11实施例2榫槽结构图；
[0033]图12实施例2M端面榫槽倒角位置结构图；
[0034]图13实施例2N端面榫槽倒角位置结构图。
【具体实施方式】
[0035]下面以下结合附图和两个实施例，对本发明做进一步说明。
[0036]实施例1 一种航空发动机轮盘之直榫槽倒角的数控加工方法
[0037]其数控加工方法、步骤，如图1所示:
[0038]步骤I分析实施例1之航空发动机轮盘的整体结构
[0039]图2是实施例1航空发动机轮盘的整体结构，图中A1, A2, A3……An，B1, B2……Bn是两侧倒角位置的加工顺序；1是轮盘上的榫槽；α是相邻榫槽之间的夹角。
[0040]图3是实施例1轮盘榫槽I的形状结构，倒角位置是非光滑连续区域:3、4分别是榫槽两侧对应的倒角边3 (A侧)、4 (B侧)，2是与3同侧的另一条榫槽倒角边；
[0041]图4是实施例1榫槽截面轮廓线，5是榫槽截面轮廓线圆弧位置。
[0042]步骤2选择数控加工的刀具、机床、夹具等；
[0043]根据本实施例发动机轮盘榫槽圆角位置为连续非光滑曲线，并且关于榫槽中线对称，并结合轮盘回转中心对称的整体结构，选择:机床为单摆头+单转台的五轴数控机床，根据图4中位置5榫槽截面曲线内轮廓圆角，确定刀具直径< 3.2mm，选择刀具为铣刀为硬质合金球头铣刀，其刀具球头半径为3.0mm。对于不对称的斜榫槽倒角位置，见图11斜榫槽结构图，刀具的选择需要满足不同倒角位置的加工。
[0044]图5是榫槽倒角对应位置局部剖视图，该位置凸台高度为H。根据图5榫槽倒角对应位置凸台高度，要求刀具有效悬伸长度彡H(5mm)。
[0045]根据轮盘榫槽I的整体特点，确定倒角数控加工单面单侧顺序加工的加工方法是:对于每一个榫槽倒角位置中，进行两侧拼接加工，榫槽倒角单端面倒角加工顺序是:
(I)根据A侧刀位轨迹，在五轴数控机床上按顺序加工A1, A2, A3......K，⑵根据B侧刀位轨迹，在五轴数控机床上按顺序加工B1, B2……Bn，之后按照同样的方法加工另一端面榫槽倒角。