航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法

摘要

本发明公开了一种航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法，包括以下步骤：a、选取金刚石材料并带有修光刃的铣刀片，以增大切削平面的速度，提高切削效率；b、将铣刀片的修光刃修磨成与被加工薄壁铝镁机匣上的已加工表面呈角度α布置；c、依据铣刀片及其修光刃优化铣削加工参数；d、采用点支撑方式固定被加工薄壁铝镁机匣；e、采用优化的加工参数对固定的被加工薄壁铝镁机匣的型腔精密平面进行表面铣削加工，获得成型的薄壁铝镁机匣精密型腔平面。能够增大切削平面的速度，提高切削效率，同时能够减小切削力，减小刀具与被加工零件的摩擦；从而能够减小平面在加工切削中振动、让刀、变形，最终保证大平面的精度要求。

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机机匣加工技术领域，特别地，涉及一种航空发动机薄壁铝镁机匣 精密型腔平面的高效铣削方法。

背景技术

航空发动机中有很多大型的铝镁合金结构的机匣，这种机匣包含众多油路，结构大而复 杂，壁厚较薄，具有强度较小的大型腔结构平面，这些平面之间的接触配合要求高，即对机 匣平面的平面度精度、粗糙度质量要求较高，一般平面度要求高达不大于0.01mm，粗糙不大 于1.6。

目前对于这种机匣大平面的加工是采用的普通材料刀片或硬质合金材料刀片式铣刀进行 精加工。具有以下不足：

1、采用的普通材料刀片或硬质合金材料刀片切削速度不高，切削速度最高仅能达到300～ 500m/min，加工效率有待提高。

2、目前的数控铣刀片都具有修光刃，如图4所示，修光刃1′的刃长L较长，由于这种 修光刃1′能够提高加工后的零件2′表面粗糙度，因此，其在铣削加工的刀片中应用已为一 种标准。但这种铣刀片3′在精加工过程中，修光刃1′参与切削刀尖遗留的残余材料，且与 已加工表面4′发生摩擦，易产生较大切削力，由于复杂结构机匣的型腔平面无法将其整体支 靠，仅能采用分散的点式支靠，当切削力较大时，容易使无支靠处强度较小的平面在铣削过 程中产生振动、让刀。最终加工后平面度的精度只能达到0.02～0.03mm，前这种铣刀片的加 工方式不能满足该类型的大平面的精加工要求。

3、对于铝镁机合金材料，当修光刃与已加工表面摩擦长度较长时，容易擦伤已加工表面， 影响平面的表面粗糙度质量，造成加工质量不稳定。

发明内容

本发明提供了一种航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法，以解决现有采用 普通材料刀片或硬质合金刀片式铣刀的加工方法，加工精度不高、加工效率低的技术问题。

本发明提供一种航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法，包括以下步骤：a、 选取金刚石材料并带有修光刃的铣刀片，以增大切削平面的速度，提高切削效率；b、将铣刀 片的修光刃修磨成与被加工薄壁铝镁机匣上的已加工表面呈角度α结构；c、依据铣刀片及其 修光刃优化铣削加工参数；d、采用点支撑方式固定被加工薄壁铝镁机匣；e、采用优化的加工 参数对固定的被加工薄壁铝镁机匣的型腔精密平面进行表面铣削加工，获得成型的薄壁铝镁 机匣精密型腔平面。

进一步地，步骤a中，金刚石铣刀片的圆角设计为R0.1mm-R0.2mm的小圆角结构，以减 小切削力、减小刀具与被加工薄壁铝镁机匣之间的摩擦。

进一步地，金刚石铣刀片的切削速度设定在800m/min-1500m/min，以发挥金刚石的高硬 度、高耐磨性、低摩擦、高导热性的性能，提高加工效率。

进一步地，步骤b中修光刃设计，将修光刃修磨成α的角度，以使修光刃作用于被加工 薄壁铝镁机匣时，修光刃与被加工薄壁铝镁机匣表面形成α的角度。

进一步地，步骤c优化铣削加工参数具体为：设定残留面积的最高点与铣刀片刀尖圆角在 被加工薄壁铝镁机匣的切点的竖直距离为残留面积的高度H，铣刀片刀尖圆角与被加工薄壁 铝镁机匣表面最近的两个切点之间的距离为刀尖进给f，新设计的修光刃的角度为α；被加工 薄壁铝镁机匣平面的粗糙度Ra值取决于切削残留面积的高度H，影响残留面积高度H主要是 修光刃的角度以及进给速度，得到残留面积高度值H与修光刃的角度α及进给速度值存在以 下关系：H＝(1/2)×f×tan(α)，根据此关系式，设定铣刀片的进给速度不大于2H/tan(α)， 以保证被加工薄壁铝镁机匣的已加工表面的粗糙度Ra的情况下取铣刀片的最大进给速度，提 高铣削效率。

进一步地，被加工薄壁铝镁机匣型腔平面的面积为600mm×250mm，采用点支靠方式固 定，加工平面度要求为0.01mm，粗糙度要求为Ra1.6，即平面表面切削的残余面积高度小于 0.0016m；选取圆角为R0.1mm的带修光刃的铣刀片，将修光刃修磨成-4°角度的结构。

进一步地，选用φ63mm的铣刀盘，铣刀盘装有三片铣刀片，设定铣刀片的切深为0.05mm， 铣削速度为1000min/min。

进一步地，根据残留面积的高度值H与进给速度的关系：f≤2H/tan(4°)，f≤2×0.0016/tan (4°)，从而得到铣刀片每转的进给f≤0.0457mm。

进一步地，根据设定的切削参数，编制数控程序，在数控机床上对被加工薄壁铝镁机匣 的平面进行铣削加工。

进一步地，采用数控机床进行被加工薄壁铝镁机匣的铣削加工。

本发明具有以下有益效果：

本发明航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法，金刚石由于具有极高的硬度 和耐磨性、低摩擦、高导热性等优点，能够增大切削平面的速度，提高切削效率，同时能够 减小切削力，减小刀具与被加工零件的摩擦。将铣刀片的修光刃修磨成与已加工表面成α角 度的结构，能够减小铣刀片切削刀尖圆弧遗留的残余材料，且减小与已加工表面的摩擦，有 利于减小加工过程中铣刀片对大平面产生的切削力，对于薄壁铝镁机匣较薄强度较小的大平 面，切削力的减小能够减小平面在加工切削中振动、让刀、变形，最终达到提高大平面的平 面度精度的目的；薄壁铝镁机匣型腔平面使用这种新的修光刃刀片铣削加工后平面度精度能 达到0.006mm-0.01mm，相对于无角度的修光刃刀片加工的精度能提高2-5倍；从而减小在铣 削过程中大平面产生振动、让刀，提高大平面的平面度精度。优化铣削参数，保证加工表面 的粗糙度质量的情况下取铣刀的最大的进给，消除由于修光刃与已加工表面的摩擦而造成的 已加工表面擦伤现象。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面 将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及 其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法的步骤框 图；

图2是本发明优选实施例的选取的铣刀片及其修光刃处于零件加工部位的结构示意图；

图3是图2铣刀片刀尖切削处的局部放大图。

图4是现有铣刀片加工部位的结构示意图。

图例说明：

1、被加工薄壁铝镁机匣；2、铣刀片；3、修光刃；4、已加工表面。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的 多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法的步骤框 图；图2是本发明优选实施例的选取的铣刀片及其修光刃处于零件加工部位的结构示意图； 图3是图2铣刀片刀尖切削处的局部放大图。

如图1所示，本实施例的航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法，包括以下 步骤：a、选取金刚石材料并带有修光刃3的铣刀片2，以增大切削平面的速度，提高切削效 率；b、将铣刀片2的修光刃3修磨成与被加工薄壁铝镁机匣1上的已加工表面4呈角度α结 构；c、依据铣刀片2及其修光刃3优化铣削加工参数；d、采用点支撑方式固定被加工薄壁铝 镁机匣1；e、采用优化的加工参数对固定的被加工薄壁铝镁机匣1的型腔精密平面进行表面 铣削加工，获得成型的薄壁铝镁机匣精密型腔平面。本发明航空发动机薄壁铝镁机匣精密型 腔平面的铣削方法，金刚石由于具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦、高导热性等优点，采用 金刚石材料的刀具，能够增大切削平面的速度，提高切削效率，同时能够减小切削力，减小 刀具与被加工零件的摩擦。将铣刀片2的修光刃3设计成与已加工表面4成α角度的结构， 能够减小铣刀片2切削刀尖圆弧遗留的残余材料，且减小与已加工表面4的摩擦，有利于减 小加工过程中铣刀片2对大平面产生的切削力，对于薄壁铝镁机匣较薄强度较小的大平面， 切削力的减小能够减小平面在加工切削中振动、让刀、变形，最终达到提高大平面的平面度 精度的目的；薄壁铝镁机匣型腔平面使用这种新的修光刃3刀片铣削加工后平面度精度能达 到0.006mm-0.01mm，相对于无角度的修光刃3刀片加工的精度能提高2-5倍；从而减小在铣 削过程中大平面产生振动、让刀，提高大平面的平面度精度。优化铣削参数，保证加工表面 的粗糙度质量的情况下取铣刀的最大的进给，消除由于修光刃3与已加工表面4的摩擦而造 成的已加工表面4擦伤现象。可选地，角度α处于1mm-8mm之间。优选地，角度α处于 3mm-5mm之间。

如图1、图2和图3所示，本本实施例中，步骤a中，金刚石铣刀片2的圆角设计为 R0.1mm-R0.2mm的小圆角结构，以减小切削力、减小刀具与被加工薄壁铝镁机匣1之间的摩 擦。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，金刚石铣刀片2的切削速度设定在 800m/min-1500m/min，以发挥金刚石的高硬度、高耐磨性、低摩擦、高导热性的性能，提高 加工效率。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤b中修光刃3设计，将修光刃3修磨成α的 角度，以使修光刃3作用于被加工薄壁铝镁机匣1时，修光刃3与被加工薄壁铝镁机匣1表 面形成α的角度。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，步骤c优化铣削加工参数具体为：设定残留面积 的最高点与铣刀片2刀尖圆角在被加工薄壁铝镁机匣1的切点的竖直距离为残留面积的高度 H，铣刀片2刀尖圆角与被加工薄壁铝镁机匣1表面最近的两个切点之间的距离为刀尖进给f， 新设计的修光刃3的角度为α。被加工薄壁铝镁机匣1平面的粗糙度Ra值取决于切削残留面 积的高度H，影响残留面积高度H主要是修光刃3的角度以及进给速度，得到残留面积高度 值H与修光刃3的角度α及进给速度值存在以下关系：H＝(1/2)×f×tan(α)，根据此关系 式，设定铣刀片2的进给速度不大于2H/tan(α)，以保证被加工薄壁铝镁机匣1的已加工表 面4的粗糙度Ra的情况下取铣刀片2的最大进给速度，提高铣削效率。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，被加工薄壁铝镁机匣1型腔平面的面积为600mm ×250mm，采用点支靠方式固定，加工平面度要求为0.01mm，粗糙度要求为Ra1.6，即平面 表面切削的残余面积高度小于0.0016m。选取圆角为R0.1mm的带修光刃3的铣刀片2，将修 光刃3修磨成-4°角度的结构。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，选用φ63mm的铣刀盘，铣刀盘装有三片铣刀片 2，设定铣刀片2的切深为0.05mm，铣削速度为1000min/min。

如图1、图2和图3所示，本实施例中，根据残留面积的高度值H与进给速度的关系：f ≤2H/tan(4°)，f≤2×0.0016/tan(4°)，从而得到铣刀片2每转的进给f≤0.0457mm。

本实施例中，根据设定的切削参数，编制数控程序，在数控机床上对被加工薄壁铝镁机 匣1的平面进行铣削加工。

本实施例中，采用数控机床进行被加工薄壁铝镁机匣1的铣削加工。

实施时，提供一种航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法，通过采用一种金 刚石材料的铣刀片2，增大铣削速度，提高加工效率；并对该铣刀片2设计一种新的修光刃3， 减小刀片切削时产生的切削力，从而减小大平面在加工过程中产生的振动、让刀，提高平面 的平面度精度；在新的修光刃3基础上，优化数控铣削参数，保证加工表面的粗糙度质量及 其稳定性，提高加工效率。

采用一种金刚石材料铣刀片2。

金刚石由于具有极高的硬度和耐磨性、低摩擦、高导热性等优点，极大的提高加工效率。 根据金刚石的特点，将金刚石刀片的圆角设计成R0.1mm-R0.2mm小圆角结构，减小切削力， 减小刀具与被加工零件的摩擦。

设计铣刀片2的修光刃3

将铣刀片2的修光刃3设计成与已加工表面4成α小角度的结构，其示意如图2所示， 这种结构能够减小铣刀片2的修光刃3切削刀尖圆弧遗留的残余材料，且减小与已加工表面4 的摩擦，有利于减小加工过程中铣刀片2对大平面产生的切削力，对于机匣较薄强度较小的 大平面，切削力的减小能够减小平面在加工切削中振动、让刀、变形，最终达到提高大平面 的平面度精度的目的。薄壁铝镁机匣型腔平面使用这种新的修光刃3刀片铣削加工后平面度 精度能达到0.006mm-0.01mm。相对于无角度的修光刃3刀片加工的精度能提高2-5倍

设定合理的加工参数。

被加工零件表面的粗糙度Ra值主要取决于切削残留面积的高度，影响残留面积高度H的 主要是修光刃3的角度，进给速度。如图3(是图2中铣刀片2刀尖切削处的局部放大图)， 残留面积的最高点与铣刀片2刀尖圆角与被加工零件的切点的距离为残留面积的高度H，刀 尖圆角与被加工零件表面最近的两个切点之间的距离即刀尖的进给f，α为新设计的修光刃3 的角度。

残留面积高度值H与修光刃3的角度及进给速度值存在的关系：

H＝(1/2)×f×tan(α)

即根据此关系式，设定铣刀片2的进给速度不大于2H/tan(α)，即保证已加工表面4的 粗糙度的情况下取铣刀片2的最大的进给速度，提高铣削效率。

且修光刃3设计成负角度的结构，减小修光刃3与已加工表面4的摩擦，从而可以减小 已加工表面4因摩擦而造成的擦伤，提高表面粗糙度质量的稳定性。

采用本发明航空发动机薄壁铝镁机匣精密型腔平面的铣削方法的有益效果：

(1)采用金刚石材料的刀具，增大切削平面的速度，提高切削效率。

(2)减小铣刀片2切削时产生的切削力，从而减小在铣削过程中大平面产生振动、让刀， 提高大平面的平面度精度。

(3)优化数控铣削参数，保证加工表面的粗糙度质量的情况下取铣刀的最大的进给，消 除由于修光刃3与已加工表面4的摩擦而造成的已加工表面4擦伤现象。

以加工复杂薄壁铝镁机匣型腔大平面精铣削为例，其型腔平面面积为600mm×250mm， 采用点支靠方式固定，其加工的平面度要求为0.01mm、粗糙度要求为Ra1.6，说明工艺方法 具体的实施：

1、选取设计的圆角为R0.1mm的带修光刃3铣刀片2，将其修光刃3修磨成-4°角度的 结构。

2、设定合理的加工参数；根据加工实际情况，选用φ63的铣刀盘，装有3片铣刀片2， 设定铣刀片2的切深为0.05mm，铣削速度为2000m/min。

粗糙粗值Ra1.6，即平面表面切削的残留面积高度应小于0.0016mm

根据残留面积的高度值H与进给速度的关系：f≤2H/tan(4°)

f≤2×0.0016/tan(4°)，从而可以得到铣刀片2每转的进给f≤0.0457mm

3、根据上述第2条设定的切削参数，编制合理的数控程序。

4、在数控机床上对被加工零件的平面进行铣削加工。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员 来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。