[发明专利]一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法

说明书

技术领域

本发明属于金属切削加工技术领域，涉及到钻削和插铣加工，特别涉及到一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣加工方法。

背景技术

整体叶轮在航空航天、能源动力等重大装备制造领域有广泛应用，数控铣削是整体叶轮制造的主流方法之一。整体叶轮加工中，轮毂和叶片直接从毛坯中切削成型，工件材料的去除量极大，尤其是在粗加工阶段，材料去除量占到了总去除量的60％～90％，加工时间约占80％。粗加工工艺方法的优劣是影响叶轮加工效率和生产成本的关键因素。目前，整体叶轮通道粗加工一般采用棒铣刀分层侧铣的方法，加工效率不高，已经渐渐无法满足装备制造业对整体叶轮高效加工的需求。

插铣加工是近年来新出现的一种加工方法，插铣加工中刀具沿轴向做进给运动，利用底部切削刃进行材料切除。由于加工过程中刀具的径向力较小，适合应用细长刀具加工深型腔或窄通道类工件，比如深腔模具、整体叶轮等。然而，插铣加工仍旧归属铣削加工范畴，虽然其进给运动方向为刀具轴向，但其主要受力方向仍是刀具径向，切削系统的刚性并没有因为进给方向的变化而增大。通常的插铣加工方法，未能克服断续切削稳定性不好的局限性，与大进给的层切加工方法相比，其材料去除率并没有显著增加，因而在工件开粗时直接应用插铣加工效率提高有限。

发明内容

本发明要解决的技术问题：为克服整体叶轮插铣粗加工时切削稳定性方面的局限性，提高加工过程的材料去除效率，本发明提出了一种基于钻铣组合的整体叶轮插铣粗加工方法。

本发明的技术方案：选用能够连续切削的钻削刀具和有中心刃的插铣刀具，应用插值方法在叶轮通道内均匀规划钻削和插铣加工的刀具轨迹；先执行钻削程序在通道内加工出密集的整孔序列；再针对钻削后蜂窝状的叶轮通道，应用插铣加工清除残余工件材料。

本发明的具体实施步骤如下：

步骤1.选择刀具

钻削加工选择有切削液内冷孔、可自动断屑、能够进行整孔连续钻削加工的刀具；插铣加工选择有切削液内冷孔、有中心刃的刀具；刀具直径根据具体工件尺寸选定，插铣刀具直径是钻削刀具直径的两倍左右。

步骤2.刀具轨迹规划

构建叶轮加工的通道横断面和粗加工可行域，在通道横断面内根据刀具尺寸确定切削层数；在每一切削层内，根据刀具尺寸应用插值方法将粗加工可行域均匀分割，构建圆锥截面族，形成钻削加工和插铣加工的各切削行，钻削加工行距大于刀具直径，插铣加工行距为刀具直径的50％～80％；考虑碰撞干涉，确定各切削行边界刀轴矢量和刀心点位置，再应用插值方法确定其余刀心点位置和刀轴矢量，钻削加工步距大于刀具直径，插铣加工步距为刀具直径的40％～80％；钻削加工深度大于插铣加工深度2mm，以避免切削顶刀；根据各刀心点位置和刀轴矢量，形成钻削加工和插铣加工的刀具轨迹。

步骤3，加工

应用五轴联动数控加工中心，首先执行钻削加工程序，然后执行插铣加工程序，完成叶轮通道粗加工。

本发明与传统插铣加工方法相比，综合利用了钻削加工的连续切削优点和插铣加工的轴向进刀优点，能够有效提高切削过程的稳定性，显著提高材料去除率；适用小直径刀具的高效加工，应用范围宽广。

附图说明

图1通道横断面及切削层。

图2圆锥截面族。

图3加工过程示意。

1.通道横断面，2.切削层，3.粗加工可行域，4.圆锥截面族

具体实施方案

下面结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施例，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

本实施例选用叶轮为半开式离心叶轮，最大外径1070mm，高度372mm，工件材料为45钢。具体实施步骤如下：

步骤1.选择刀具

本实施例选用的钻削刀具为山特公司的CoroDrill880U钻，直径20mm，最大切削深度100mm。选用的插铣刀具为三菱公司的AQXR-404SA32L多功能立铣刀，直径40mm，最大切削深度200mm。

步骤2.刀具轨迹规划