一种鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具及加工方法

摘要

一种鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具及加工方法，属于机械加工技术领域，特别是涉及一种鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具及加工方法。本发明解决了航空发动机鼓筒腹板间深腔型面加工中振动、打刀、表面质量差的技术难题。本发明的组合加工刀具，包括中部板状刀具、上部板状刀具及下部板状刀具，本发明的加工方法，包括如下步骤：步骤一：将转接刀体与数控立车刀夹固定连接；步骤二：切削加工鼓筒腹板间深腔的中部型面，步骤三：切削加工鼓筒腹板间深腔的上部型面、上部圆弧型面，步骤四：切削加工鼓筒腹板间深腔的下部型面、下部圆弧型面，此时完成一级内腔的加工工作；步骤五：循环执行步骤二-步骤四，依次完成各级内腔的加工工作。

说明书

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别是涉及一种鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具及 加工方法。

背景技术

在航空发动机鼓筒类零件加工制造中，为提高发动机的性能，满足工作需求，鼓筒腹板 间深腔型面需要进行组合加工，由于零件在高温、高速环境下工作，为了提高零件的使用寿 命及安全性，对表面质量要求较高。由于腹板间深腔型面空间狭小，径向深度大，受结构限 制，切削刀具强度低，加工中极易产生振动、打刀，造成加工表面产生波纹，加工后表面质 量差，一直是困扰零件交付的关键技术问题。

新一代航空发动机鼓筒组合件，是发动机的关键件，是由六级单盘通过摩擦焊接工艺组 合而成的薄壁鼓筒式结构零件，该零件结构复杂，零件总高370mm，鼓筒外型壁厚1.85mm， 具有多级腹板结构，腹板间距较小，最小仅为24mm左右，6级腹板盘心直径均为Φ203.3mm， 深腔型面到腹板中心距离106mm，即腔深、口小、敞开性差，尺寸精度及技术条件要求严格， 加工的难度极大，其型面加工按现有的工艺方法很难保证表面质量。

由于航空发动机鼓筒类零件内腔型面开口较小，深度较深，属于全封闭型腔结构，采用 现有的加工工艺方法，费时费力、表面质量较差、安全性差，加工难度非常大。如图11所示， 现有的深腔型面加工工艺采用圆角较大的球形刀具进行加工，由于腹板较长，空间狭小，刀 具悬伸较长，零件壁厚较薄，且刀具圆角较大、强度较低、易颤动，刀具切削过程中刀片与 零件接触面较长，容易使刀发生共振现象，加工后在内腔表面产生振纹，影响零件的使用寿 命及安全性，必须通过使用手动砂轮片对高速旋转零件进行抛光去除振纹，抛光的时间长、 安全性差、风险大，手动抛修的力量不均匀，抛光后的内腔表面一致性较差，并易造成内腔 表面质量超差情况发生，成为制约零件生产的瓶颈问题，鼓筒腹板间深腔型面加工技术已经 成为一个亟待解决的技术难题。

新一代航空发动机鼓筒类零件内腔加工技术急需一种能实现高效、安全、表面质量良好 的加工方法和专用工具。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具及加工 方法，其解决了航空发动机鼓筒腹板间深腔型面加工中振动、打刀、表面质量差的技术难题， 提高了深腔型面的加工质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀 具，包括中部板状刀具、上部板状刀具及下部板状刀具，所述中部板状刀具包括中部刀板和 刀片，中部刀板由刀体座与中部刀片座相连接组成，刀片设置在中部刀片座外端的中部，所 述刀片为菱形圆角标准刀片；所述上部板状刀具包括上部刀板和刀片，上部刀板由刀体座与 上部刀片座相连接组成，刀片设置在上部刀片座外端的上部，所述刀片为菱形圆角标准刀片； 所述下部板状刀具包括下部刀板和刀片，下部刀板由刀体座与下部刀片座相连接组成，刀片 设置在下部刀片座外端的下部，所述刀片为菱形圆角标准刀片。

采用所述的鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具的加工方法，包括如下步骤：

步骤一：将转接刀体与数控立车刀夹固定连接；

步骤二：将中部板状刀具连接到转接刀体上，并进行对刀；切削加工鼓筒腹板间深腔的 中部型面，形成平底的内腔；

步骤三：更换上部板状刀具连接到转接刀体上，进行对刀；切削加工鼓筒腹板间深腔的 上部型面、上部圆弧型面，并使上部型面与中部型面之间、上部型面与上部圆弧型面之间、 上部圆弧型面与上腹板型面之间平滑转接；

步骤四：更换下部板状刀具连接到转接刀体上，进行对刀；切削加工鼓筒腹板间深腔的 下部型面、下部圆弧型面，并使下部型面与中部型面之间、下部型面与下部圆弧型面之间、 下部圆弧型面与下腹板型面之间平滑转接；此时完成一级内腔的加工工作；

步骤五：循环执行步骤二-步骤四，依次完成各级内腔的加工工作。

采用所述的鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具的加工方法，包括如下步骤：

步骤一：将转接刀体与数控立车刀夹固定连接；

步骤二：将中部板状刀具连接到转接刀体上，并进行对刀；切削加工鼓筒腹板间深腔的 中部型面，形成平底的内腔；此时完成一级内腔的中部型面的加工工作，并依次完成各级内 腔的中部型面的加工工作；

步骤三：更换上部板状刀具连接到转接刀体上，进行对刀；切削加工鼓筒腹板间深腔的 上部型面、上部圆弧型面，并使上部型面与中部型面之间、上部型面与上部圆弧型面之间、 上部圆弧型面与上腹板型面之间平滑转接；此时完成一级内腔的上部型面、上部圆弧型面的 加工工作，并依次完成各级内腔的上部型面及上部圆弧型面的加工工作；

步骤四：更换下部板状刀具连接到转接刀体上，进行对刀；切削加工鼓筒腹板间深腔的 下部型面、下部圆弧型面，并使下部型面与中部型面之间、下部型面与下部圆弧型面之间、 下部圆弧型面与下腹板型面之间平滑转接；此时完成一级内腔的下部型面及下部圆弧型面的 加工工作，并依次完成各级内腔的下部型面及下部圆弧型面的加工工作。

本发明的有益效果：

本发明解决了航空发动机鼓筒腹板间深腔型面加工中振动、打刀、表面质量差的技术难 题；本发明采用菱形圆角标准刀片进行切削，减小了一次切削面积与切削力，消除加工过程 中的共振现象，提高深腔型面加工质量，满足了鼓筒腹板间深腔型面的技术要求，突破了深 腔加工振动的技术瓶颈，满足了零件设计尺寸要求，为提高发动机的可靠性提供了保障，可 在同类零件中推广使用，对新一代航空发动机、燃气轮机制造技术水平的提升，具有深远的 意义。本发明提供的深腔加工技术在国内尚属首次研制应用，没有任何经验借鉴。

本发明已应用于新一代航空发动机鼓筒组合件腹板间深腔型面加工中，改变了现有的加 工工艺，消除了现有加工方法中需人工抛光的工步，提高了鼓筒类零件加工的质量，加工效 率提高30%以上，实现年创效益350万元，取得了良好的经济效益。

附图说明

图1为本发明的上部板状刀具的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的中部板状刀具的结构示意图；

图4为图3的左视图；

图5为本发明的下部板状刀具的结构示意图；

图6为图5的左视图；

图7为图1、图3及图5的俯视图；

图8为本发明的上部板状刀具的使用状态的结构示意图；

图9为本发明的中部板状刀具的使用状态的结构示意图；

图10为本发明的下部板状刀具的使用状态的结构示意图；

图11为现有的球形刀具、压盖与转接刀体连接后的结构示意图；

图中，1—转接刀体，2—压紧螺钉，3—压盖，4—上部刀板，5—刀片，6—中部刀板，7 —下部刀板，8—鼓筒腹板，9—中部型面，10—上部型面，11—下部型面，12—上部圆弧型 面，13—下部圆弧型面，14—球形刀片，15—刀体座，16—上部刀片座，17—中部刀片座， 18—下部刀片座，19—上腹板，20—下腹板，21—上腹板型面，22—下腹板型面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1～7所示，一种鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具，包括中部板状刀具、上部板 状刀具及下部板状刀具，所述中部板状刀具包括中部刀板6和刀片5，中部刀板6由刀体座 15与中部刀片座17相连接组成，刀体座15用来与转接刀体1相连接，刀片5设置在中部刀 片座17外端的中部，所述刀片5为菱形圆角标准刀片；所述上部板状刀具包括上部刀板4和 刀片5，上部刀板4由刀体座15与上部刀片座16相连接组成，刀体座15用来与转接刀体1 相连接，刀片5设置在上部刀片座16外端的上部，所述刀片5为菱形圆角标准刀片；所述下 部板状刀具包括下部刀板7和刀片5，下部刀板7由刀体座15与下部刀片座18相连接组成， 刀体座15用来与转接刀体1相连接，刀片5设置在下部刀片座18外端的下部，所述刀片5 为菱形圆角标准刀片。

所述菱形圆角标准刀片型号为DCMT070204。

如图8～10所示，采用所述的鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具的加工方法，包括如下 步骤：

步骤一：将加长结构的转接刀体1与数控立车刀夹固定连接，通过百分表调整转接刀体 1的位置，直至转接刀体1的侧面与数控立车主轴（Z轴）方向平行，并通过紧固螺钉固定；

步骤二：将中部板状刀具放置在转接刀体1与压盖3之间，并通过压紧螺钉2进行压紧 固定，进行对刀，按照以下刀具轨迹分为两刀加工鼓筒腹板8间深腔的中部型面9：鼓筒腹 板8外部-深腔的下腹板20上方-中部型面9-深腔的上腹板19下方-鼓筒腹板8外部，形成 平底的内腔；刀具退出深腔，测量中部型面9尺寸；所述中部型面9为深腔底面的中间部分；

切削参数：转速：32r/mm；进给速度：0.11mm/r；第一刀切深：0.4～0.8mm；第二刀切 深：0.2mm；

步骤三：更换上部板状刀具连接到转接刀体1上，进行对刀；按照以下刀具轨迹加工鼓 筒腹板8间深腔的上部型面10、上部圆弧型面12：鼓筒腹板8外部-深腔的上腹板19下方- 上部型面10-上部圆弧型面12-深腔的上腹板19下方-鼓筒腹板8外部，并使上部型面10与 中部型面9之间、上部型面10与上部圆弧型面12之间、上部圆弧型面12与上腹板型面21 之间平滑转接；刀具退出深腔，测量上部型面10和上部圆弧型面12的尺寸；所述上部型面 10为深腔底面的上部部分，上部圆弧型面12为深腔底部的上部部分与上腹板型面21之间的 弧形过渡型面，所述上腹板型面21为深腔的上腹板19的下表面；

切削参数：转速：32r/mm；进给速度：0.11mm/r；切深：0.3～0.6mm；

步骤四：更换下部板状刀具连接到转接刀体1上，进行对刀；按照以下刀具轨迹加工鼓 筒腹板8间深腔的下部型面11及下部圆弧型面13：鼓筒腹板8外部-深腔的下腹板20上方- 下部型面11-下部圆弧型面13-深腔的下腹板20上方-鼓筒腹板8外部，并使下部型面11与 中部型面9之间、下部型面11与下部圆弧型面13之间、下部圆弧型面13与下腹板型面22 之间平滑转接；刀具退出深腔，测量下部型面11和下部圆弧型面13的尺寸；所述下部型面 11为深腔底面的下部部分，下部圆弧型面13为深腔底部的下部部分与下腹板型面22之间的 弧形过渡型面，所述下腹板型面22为深腔的下腹板20的上表面；此时完成一级内腔的加工 工作；

切削参数：转速：32r/mm；进给速度：0.11mm/r；切深：0.3～0.6mm；

步骤五：循环执行步骤二-步骤四，依次完成各级内腔的加工工作。

如图8～10所示，采用所述的鼓筒腹板间深腔型面的组合加工刀具的加工方法，具体包括 如下步骤：

步骤一：将加长结构的转接刀体1与数控立车刀夹进行连接，通过百分表调整转接刀体 1的位置，直至转接刀体1的侧面与数控立车主轴（Z轴）方向平行，并通过紧固螺钉固定；

步骤二：将中部板状刀具放置在转接刀体1与压盖3之间，并通过压紧螺钉2进行压紧 固定，进行对刀，按照以下刀具轨迹分为两刀加工鼓筒腹板8间深腔的中部型面9：鼓筒腹 板8外部-深腔的下腹板20上方-中部型面9-深腔的上腹板19下方-鼓筒腹板8外部，形成 平底的内腔；刀具退出深腔，测量中部型面9尺寸；所述中部型面9为深腔底面的中间部分； 完成一级内腔的中部型面9的加工工作，并依次完成各级内腔的中部型面9的加工工作；

切削参数：转速：32r/mm；进给速度：0.11mm/r；第一刀切深：0.4～0.8mm；第二刀切 深：0.2mm；

步骤三：更换上部板状刀具连接到转接刀体1上，进行对刀，按照以下刀具轨迹加工鼓 筒腹板8间深腔的上部型面10、上部圆弧型面12：鼓筒腹板8外部-深腔的上腹板19下方- 上部型面10-上部圆弧型面12-深腔的上腹板19下方-鼓筒腹板8外部，并使上部型面10与 中部型面9之间、上部型面10与上部圆弧型面12之间、上部圆弧型面12与上腹板型面21 之间平滑转接；刀具退出深腔，测量上部型面10和上部圆弧型面12的尺寸；所述上部型面 10为深腔底面的上部部分，上部圆弧型面12为深腔底部的上部部分与上腹板型面21之间的 弧形过渡型面，所述上腹板型面21为深腔的上腹板19的下表面；完成一级内腔的上部型面 10和上部圆弧型面12的加工工作，并依次完成各级内腔的上部型面10和上部圆弧型面12 的加工工作；

切削参数：转速：32r/mm；进给速度：0.11mm/r；切深：0.3～0.6mm；

步骤四：更换下部板状刀具连接到转接刀体1上，进行对刀，按照以下刀具轨迹加工鼓 筒腹板8间深腔的下部型面11及下部圆弧型面13：鼓筒腹板8外部-深腔的下腹板20上方- 下部型面11-下部圆弧型面13-深腔的下腹板20上方-鼓筒腹板8外部，并使下部型面11与 中部型面9之间、下部型面11与下部圆弧型面13之间、下部圆弧型面13与下腹板型面22 之间平滑转接；刀具退出深腔，测量下部型面11和下部圆弧型面13的尺寸；所述下部型面 11为深腔底面的下部部分，下部圆弧型面13为深腔底部的下部部分与下腹板型面22之间的 弧形过渡型面，所述下腹板型面22为深腔的下腹板20的上表面；完成一级内腔的下部型面 11和下部圆弧型面13的加工工作，并依次完成各级内腔的下部型面11和下部圆弧型面13 的加工工作；

切削参数：转速：32r/mm；进给速度：0.11mm/r；切深：0.3～0.6mm。