一種單葉片加工用球頭銑刀及帶球頭銑刀的五軸數控機床的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種單葉片加工用球頭銑刀及包括球頭銑刀的五軸數控機床，球頭銑刀包括刀身(1)和刀頭(2)，刀頭(2)的軸向長度≤15mm，刀頭(2)挑出直徑的公差為±0.005mm，刀頭(2)的球頭公差為±0.003mm。本單葉片加工用球頭銑刀提高了刀具整體的剛性，減少了加工過程中自身的讓刀和顫動現象，使得粗加工以及精加工時間明顯減少，使得葉片粗加工以及精加工的效率明顯提高，使得粗加工的效率提高50％以上，精加工的效率提高20％以上；能夠保證每批葉片加工狀態的一致性。
【專利說明】一種單葉片加工用球頭銑刀及帶球頭銑刀的五軸數控機床
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及航空發動機加工【技術領域】，特別地，涉及一種單葉片加工用球頭銑刀，具體涉及一種單葉片五軸無余量加工用球頭銑刀。此外，本實用新型還涉及一種帶上述球頭銑刀的五軸數控機床。
【背景技術】
[0002]隨著航空技術的發展，航空發動機零件結構和型面越來越復雜，而為提高航空發動機高速旋轉下所產生的推力，必須采用高硬的材料，以提高葉片的強度及剛性，減薄葉片的厚度，以增大氣流通道的面積，這就使得發動機葉片逐步向高硬、超薄、高精方向發展。
[0003]而傳統的五軸數控機床數銑后拋光的加工方法，葉片精加工由五軸數控機床直接加工到尺寸，由于五軸數控機床加工不能進行空間角度的半徑補償，所以要求數控刀具的幾何精度很高，否則直接影響葉片的厚度尺寸和輪廓度。由于存在零件及數控刀具兩方面的讓刀，為保證葉片輪廓尺寸和表面粗糙度只有降低刀具進給速度以降低銑削力，進給量控制在90mm/min以下，來減少零件的變形，一個葉片粗加工25分鐘，精加工70分鐘，共需要95分鐘時間。傳統加工方法已無法滿足新一代發動機的技術要求。
實用新型內容
[0004]本實用新型目的在于提供一種單葉片加工用球頭銑刀，以解決數控刀具的幾何精度不高直接影響葉片的厚度尺寸和輪廓度，存在零件及數控刀具兩方面讓刀造成加工時間長的技術問題。本實用新型采用了改進數控刀具的方式，使葉片在五軸數控機床上直接加工到尺寸，保證了葉片的型面輪廓度及粗糙度要求。
[0005]為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下:
[0006]一種單葉片加工用球頭銑刀，包括刀身和刀頭，刀頭的軸向長度< 15mm，刀頭挑出直徑的公差為±0.005mm，刀頭的球頭公差為±0.003mm。
[0007]進一步地，刀頭的軸向長度為12mm或者15mm。
[0008]進一步地，刀頭上的刀刃為螺旋刀刃，刀刃的螺旋角為15° -25。。
[0009]進一步地，刀頭上刀刃的螺旋角為20°。
[0010]進一步地，刀頭表面噴涂有至少一層耐磨涂層。
[0011]進一步地，刀頭的刀刃的前刀面露出耐磨涂層的外表面。
[0012]進一步地，刀身的長度為70mm-85mm。
[0013]進一步地，刀身的長度為75mm或者80mm。
[0014]進一步地，刀身上設有用以緩沖和固定定位的定位槽，定位槽為環向布置或者螺旋狀布置。
[0015]根據本實用新型的另一方面，還提供了一種五軸數控機床，其包括有上述球頭銑刀。
[0016]本實用新型具有以下有益效果:[0017]本單葉片加工用球頭銑刀將刀頭抽象長度尺寸限定在15mm以內，明顯提高了刀具整體的剛性，減少了加工過程中自身的讓刀和顫動現象，避免在加工后的葉片表面產生震紋，從而保證了零件的葉型精度及表面粗糙度，減少了切削過程中斷刀現象，同時在使用時可以將進給量由原來的90mm/min提高至150mm/min-200mm/min,使得粗加工以及精加工時間明顯減少，使得葉片粗加工以及精加工的效率明顯提高，使得粗加工的效率提高50 %以上，精加工的效率提高20%以上；由于葉片是自由曲面，精加工過程是球頭銑刀與葉片點接觸加工的過程，根據加工過程中刀具與葉片所形成的夾角，刀具參與切削的部位是刀具球頭與直徑的交點處，零件葉型的理論精度取決于合金銑刀的直徑精度及球頭精度，而零件表面粗糙度的好壞主要取決與銑刀繞葉片加工的疏密程度，刀頭挑出直徑的公差控制為±0.005mm,刀頭的球頭公差控制為±0.003mm,能夠保證每批葉片加工狀態的一致性。突破了幾十年來傳統的單葉片最終精加工必須靠鉗工拋光保證的現象，實現了薄單葉片五軸無余量的加工過程，控制了單葉片的加工精度。
[0018]除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中:
[0020]圖1是本實用新型優選實施例的單葉片加工用牛鼻銑刀的結構示意圖之一；
[0021]圖2是本實用新型優選實施例的單葉片加工用球頭銑刀的結構示意圖之一；
[0022]圖3是本實用新型優選實施例的單葉片加工用牛鼻銑刀的結構示意圖之二 ；
·[0023]圖4是本實用新型優選實施例的單葉片加工用球頭銑刀的結構示意圖之二。
[0024]圖例說明:
[0025]1、刀身；2、刀頭；3、刀刃；4、定位槽。
【具體實施方式】
[0026]以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
[0027]圖1是本實用新型優選實施例的單葉片加工用牛鼻銑刀的結構示意圖之一；圖2是本實用新型優選實施例的單葉片加工用球頭銑刀的結構示意圖之一；圖3是本實用新型優選實施例的單葉片加工用牛鼻銑刀的結構示意圖之二 ；圖4是本實用新型優選實施例的單葉片加工用球頭銑刀的結構示意圖之二。
[0028]如圖2和圖4所示，本實施例的單葉片無余量加工用球頭銑刀，包括刀身I和刀頭2，刀頭2的軸向長度≤15mm，刀頭2挑出直徑的公差為±0.005mm，刀頭2的球頭公差為±0.003mm。本單葉片加工用球頭銑刀將刀頭2抽象長度尺寸限定在15mm以內，明顯提高了刀具整體的剛性，減少了加工過程中自身的讓刀和顫動現象，避免在加工后的葉片表面產生震紋，從而保證了零件的葉型精度及表面粗糙度，減少了切削過程中斷刀現象，同時在使用時可以將進給量由原來的90mm/min提高至150mm/min-200mm/min,使得粗加工以及精加工時間明顯減少，使得葉片粗加工以及精加工的效率明顯提高，使得粗加工的效率提高50%以上，精加工的效率提高20%以上；由于葉片是自由曲面，精加工過程是球頭銑刀與葉片點接觸加工的過程，根據加工過程中刀具與葉片所形成的夾角，刀具參與切削的部位是刀具球頭與直徑的交點處，零件葉型的理論精度取決于合金銑刀的直徑精度及球頭精度，而零件表面粗糙度的好壞主要取決與銑刀繞葉片加工的疏密程度，刀頭2挑出直徑的公差控制為±0.005mm，刀頭2的球頭公差控制為±0.003mm，能夠保證每批葉片加工狀態的一致性。突破了幾十年來傳統的單葉片最終精加工必須靠鉗工拋光保證的現象，實現了薄單葉片五軸無余量的加工過程，控制了單葉片的加工精度。
[0029]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例中，刀頭2的軸向長度為12mm或者15mm。圖1、圖3所示的刀頭2的軸向長度為15mm，用于葉片粗加工，提高了刀具整體的剛度，減少了切削過程中斷刀的現象，同時進給量可以由原來的90mm/min提高至150mm/min,粗加工時間可以明顯減少，使葉片粗加工的效率提高52%。圖2、圖4所示的刀頭2的軸向長度為12mm，用于葉片的精加工，增強了銑刀的剛性，減少了精加工刀具加工中自身讓刀與發彈的現象，避免了葉片表面的震紋，從而保證了零件的葉型精度及表面粗糙度，進給量可以由90mm/min提高到200mm/min,加工效率提高了 1.2倍。
[0030]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例中，刀頭2上的刀刃3為螺旋刀刃，刀刃3的螺旋角為15° -25。。能夠增大加工過程中的排屑空間。
[0031]如圖1所示，本實施例中，刀頭2上刀刃3的螺旋角為20°。能夠增大加工過程中的排屑空間。
[0032]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例中，刀頭2表面噴涂有至少一層耐磨涂層。使銑刀表層有很高的耐磨性，使得一把銑刀可加工葉片的數量由I片增加到3-4片，刀具的壽命能夠延長3-4倍。
[0033]如圖2、和圖4所示，本實施例中，刀頭2的刀刃3的前刀面露出耐磨涂層的外表面。在提高銑刀表層耐磨性的同時又不阻礙到刀刃，未涂層的刀尖部位更加鋒利，加工的葉片更接近理論尺寸，更適合與進行葉身薄、易變葉片的精加工。
[0034]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例中，刀身I的長度為70mm-85mm。
[0035]如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實施例中，刀身I的長度為75mm或者80mm。
[0036]如圖3和圖4所示，本實施例中，刀身I上設有用以緩沖和固定定位的定位槽4，定位槽4為環向布置或者螺旋狀布置。可以提高銑刀與機床之間的相對穩定性，提高加工的精度；可以減少使用過程中的相互作用力，提高銑刀的使用壽命。
[0037]本實施例的五軸數控機床，包括有上述球頭銑刀。
[0038]實施時，刀具結構上做了以下改進。
[0039]如圖1、3所示，標準的Φ 10XR1合金銑刀總長80mm，刃長30mm，根據粗加工數控刀具與葉片形成5度的側傾角，深度每層2mm’的螺旋式進刀方式，刀具的實際刃長12mm即可滿足要求，而30mm的標準刃長降低了刀具整體的剛性，改進后刀具刃長由30mm減至13mm，刃長縮短后提高了刀具整體的剛性，減少了切削過程中斷刀現象，同時進給量由原來的90mm/min提高至150mm/min,粗加工時間由原來的36分鐘降至20分鐘,使葉片粗加工的效率提高了 52%。
[0040]如圖2、4所示，單葉片精加工刀具為球頭合金銑刀，標準的Φ8ΧΙΜ球頭合金銑刀刃長為33mm，較長的刃長會影響銑刀的整體剛性，因為刀具與葉片之間存在5度的夾角，所以刀具的實際刃長有IOmm即可，改進后實際刃長為12mm，增強了刀具的剛性，減少了精加工刀具加工中自身的讓刀與發彈，避免了葉片表面的震紋，從而保證了零件的葉型精度及表面粗糙度，進給量由90mm/min提高到200mm/min，加工效率提高了 1.2倍。
[0041]為減少葉片的加工變形及讓刀現象，減少精加工的銑削力，經半精加工后葉尖部分精加工余量僅留0.07_，葉尖部分兩端R處厚度為0.3_，中間葉身處厚度為1.13_，而葉片伸長為35mm，葉尖部分非常薄弱，刀具越鋒利葉片讓刀量越少，對刀具前刀面涂層合金銑刀與未涂層合金銑刀進行加工比較，未涂層合金銑刀更加鋒利，加工的葉片更接近理論
尺寸，0.99mm的葉身厚度為1.01mm，涂層合金銑刀加工厚度為1.05mm，超出了 H _丨輪廓
度的要求，通過葉片加工的試驗也證明未涂層刀具更適合進行葉身薄、易變性葉片的精加工。
[0042]嚴格控制精加工銑刀的直徑和R4的球頭半徑公差。
[0043]由于葉片是自由曲面，精加工過程是球頭銑刀與葉片點接觸加工的過程，根據加工過程中刀具與葉片所形成的夾角，刀具參與切削的部位是刀具球頭與直徑的交點處。零件葉型的理論精度取決于合金銑刀的直徑精度及球頭精度，而零件表面粗糙度的好壞主要取決與銑刀繞葉片加工的疏密程度，通過精密對刀儀對每把球頭銑刀的幾何尺寸進行測量篩選，如圖2、4所示，挑出直徑公差為Φ 8±0.005mm,球頭公差為R4±0.003mm的刀具，保證了每批葉片加工狀態的一致性。
[0044]五軸無余量加工技術通過對單葉片粗精加工數控刀具的改進，合并了數控粗銑和鉗工精拋光兩個加工過程，節約了大量的人力物力，最大限度地降低了零件的變形和葉
尖啃刀現象，同時保證葉片PM的輪廓度和#的表面粗糙度要求,加工合格率由原來
10%提高至100%，加工時間由6小時縮短為0.5小時，使零件質量及加工效率大幅提高。
[0045]同時，本球頭銑刀也能夠用于四軸機床。
[0046]以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種單葉片加工用球頭銑刀，包括刀身(1)和刀頭(2)， 其特征在于， 所述刀頭⑵的軸向長度≤15mm, 所述刀頭⑵挑出直徑的公差為±0.005mm， 所述刀頭(2)的球頭公差為±0.003mm。
2.根據權利要求1所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于，所述刀頭(2)的軸向長度為12mm或者15mm。
3.根據權利要求1所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于， 所述刀頭(2)上的刀刃(3)為螺旋刀刃， 所述刀刃(3)的螺旋角為15° -25°。
4.根據權利要求3所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于，所述刀頭(2)上所述刀刃⑶的螺旋角為20°。
5.根據權利要求3所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于，所述刀頭(2)表面噴涂有至少一層耐磨涂層。
6.根據權利要求5所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于，所述刀頭(2)的所述刀刃(3)的前刀面露出耐磨涂層的外表面。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于，所述刀身(1)的長度為 70mm-85mm。
8.根據權利要求7所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于，所述刀身(1)的長度為75mm 或者 80mm。
9.根據權利要求1至6中任一項所述的單葉片加工用球頭銑刀，其特征在于， 所述刀身(1)上設有用以緩沖和固定定位的定位槽(4)， 所述定位槽(4)為環向布置或者螺旋狀布置。
10.一種五軸數控機床，其特征在于，包括有權利要求1至9中任一項所述的球頭銑刀。
【文檔編號】B23C5/10GK203636051SQ201320759298
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2013年11月26日 優先權日:2013年11月26日
【發明者】劉偉淋, 丁琪, 程璋, 錢潛 申請人:中國南方航空工業(集團)有限公司