本發明涉及航空發動機加工技術領域，特別地，涉及一種用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法。
背景技術：
隨著航空航天技術的發展，新一代航空發動機性能要求越來越高，零件結構和型面越來越復雜，機匣內腔型面的加工一直是科研生產的一大難點，因為普通機床和數控機床的主軸及刀具無法直接深入零件內腔進行加工，零件內腔型面加工只能采用電火花方式進行加工，電極制造難度大，加工時間長，且尺寸不易控制。某航空發動機的第一級靜子外環，內圈有114個斜槽，電火花加工一個零件時間為76小時，加工效率極其低下，嚴重影響到科研生產的進度。
技術實現要素：
本發明提供了一種用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法，以解決現有普通機床和數控機床無法對機匣內壁面進行加工；電火花方式加工，電極制造難度大，加工時間長，加工尺寸難以控制的技術問題。
本發明提供一種用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法，包括以下步驟：a、加工設備選取五軸數控機床；b、改進刀具裝配方式，通過轉接角度頭轉接機床主軸上的刀具，形成沿機匣軸向伸入機匣內的機床主軸以及沿機匣的徑向對機匣內壁面進行加工的刀具；c、刀具選擇，刀具柄部直徑為φ6～φ10，刃部直徑為φ4～φ7，刀具長徑比為1：7～1：10，以減少加工過程中刀具轉接帶來的刀具顫動；d、選擇斜槽加工工藝路線，采用迂回加工方式，以保證斜槽表面的粗糙度和提高加工效率；e、對機匣內壁面的各個斜槽設計位置進行加工，得到成型機匣。
進一步地，步驟b中的轉接角度頭采用90度角度頭，90度角度頭的內部由一對齒數相同且輪齒布設角度為45度的兩個斜齒輪相互嚙合構成。
進一步地，90度角度頭的第一端通過外錐柄與機床主軸的內錐孔配合，外錐柄以及內錐孔的錐度比均為7：24；90度角度頭的第二端通過內錐孔與刀具刀柄的外錐配合，內錐孔以及外錐的錐度比均為7：24。
進一步地，步驟c中刀具選擇，刀具直徑選擇：0.5mm＜槽寬尺寸-刀具直徑＜1mm，以保證斜槽粗加工后具有內槽切削余量。
進一步地，內槽切削余量為0.25mm-0.5mm。
進一步地，刀具刀柄直徑大于刀具刃部直徑，以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。
進一步地，刀具刀柄直徑為8mm，長度為50mm；刃部直徑為5mm，長度為10mm，以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。
進一步地，步驟d中迂回加工方式具體為：在斜槽槽深方向分為兩層銑削，第一層銑完斜槽全長時，斜槽深度方向僅向下銑進設計槽深的一半；第二層往回銑削全長，斜槽深度方向向下銑進至設計深度；然后精銑斜槽槽寬和槽深到設計尺寸，完成單個斜槽的加工。
進一步地，刀具進行斜槽銑削時，深度方向向下傾斜的角度小于5度，以保證切削平穩及減少刀具打刀現象。
進一步地，待加工機匣材料為不銹鋼1Gr13Ni，機匣內圓設有均布的114個斜槽，斜槽的槽長為52.3mm，槽寬為5.6mm，槽深為5mm，斜槽表面粗糙度要求為1.6μm。
本發明具有以下有益效果：
本發明用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法，解決了機匣內腔斜槽加工尺寸控制及頻繁斷刀的現象，消除了槽壁的挖刀現象，保證了斜槽尺寸和粗糙度要求，從而保證了新機研制的順利進行，縮短了研制周期；避免了因槽型尺寸超差造成的零件報廢的現象，降低了大量的刀具消耗，節約了加工成本。
除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
附圖說明
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是本發明優選實施例的用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法的結構框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由下述所限定和覆蓋的多種不同方式實施。
圖1是本發明優選實施例的用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法的結構框圖。如圖1所示，本實施例的用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法，包括以下步驟：a、加工設備選取五軸數控機床；b、改進刀具裝配方式，通過轉接角度頭轉接機床主軸上的刀具，形成沿機匣軸向伸入機匣內的機床主軸以及沿機匣的徑向對機匣內壁面進行加工的刀具；c、刀具選擇，刀具柄部直徑為φ6～φ10，刃部直徑為φ4～φ7，刀具長徑比為1：7～1：10，以減少加工過程中刀具轉接帶來的刀具顫動；d、選擇斜槽加工工藝路線，采用迂回加工方式，以保證斜槽表面的粗糙度和提高加工效率；e、對機匣內壁面的各個斜槽設計位置進行加工，得到成型機匣。本發明用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法，解決了機匣內腔斜槽加工尺寸控制及頻繁斷刀的現象，消除了槽壁的挖刀現象，保證了斜槽尺寸和粗糙度要求，從而保證了新機研制的順利進行，縮短了研制周期；避免了因槽型尺寸超差造成的零件報廢的現象，降低了大量的刀具消耗，節約了加工成本。原來一個零件需要加工40小時，20把銑刀，現在一個零件加工8小時，一把銑刀可以加工一個零件(114個斜槽)。
五軸數控機床，機床結構為三加二結構，三個移動分別為X軸、Y軸、Z軸，兩個轉動分別為A轉臺和C轉臺，A轉臺圍繞X軸旋轉，C轉臺圍繞Z軸旋轉，內腔斜槽加工方法在2013年試驗成功，目前已經在該設備上加工內腔型面及斜槽類零件1萬多個，均能合格保證產品質量。主軸軸線為Z軸，與數控刀具的旋轉軸線平行，機床主軸內錐孔的錐度比為7:24，銑刀刀柄的外椎為7:24，與機床主軸的內錐孔進行配合定位，通過壓縮空氣進行吸緊固定。機床主軸帶動數控刀柄進行加工，銑刀在銑削時，根據難加工材料最低每分鐘20米的線速度要求，刀具的旋轉速度大于400轉/分鐘。由于這種機床結構數控刀具不能垂直于圓桶形零件的內壁進行加工，所以對于機匣內腔斜槽加工需要改變加工方式。在數控機床主軸上安裝一個90度轉接頭，轉接頭內部由一對齒數相同、角度為45度的兩個斜齒輪構成，兩個45度齒輪相互嚙合后，形成一個90度的夾角，既形成了加工角度的轉換，使數控刀具的旋轉軸線由平行于主軸軸線。加工平面為X、Y平面變為垂直于機床主軸軸線，平行于Y軸，加工平面為X、Z平面，這就實現了加工平面的轉換，且由于兩個斜齒輪齒數相等，所以輸出的轉速與機床主軸也是完全相同的，但由于是兩個齒輪相互嚙合，使得主軸輸出的轉向相反。在編制數控程序時，需要將轉速有正轉改為反轉，轉換后數控即可伸入機匣內腔，垂直于內壁進行銑削。90度轉接頭與機床主軸的連接方式：90度轉接頭與機床主軸的連接，一端依靠一個7:24的外椎柄與主軸的內錐相配合定位固定，以輸出機床主軸的轉速，另一端轉換90度后輸出平行于Y軸的刀具夾口。但是由于機床主軸旋轉是帶動角度頭的內部齒輪旋轉，而不是帶動角度頭旋轉，角度頭的本體部位是不發生旋轉的，角度頭的加工軸線是平行于Y軸固定不動的，所以為避免機床主軸旋轉時帶動角度頭整體一起發生旋轉。在角度頭端面正上方(Y正方向)加工一個精密定位孔，在機床主軸端面正上方(Y正方向)安裝一個精密定位銷，安裝角度頭時，將定位銷插入定位孔內，定位固定角度頭不動，保證角度頭整體不發生左右偏擺，且輸出口與Y軸平行。
本實施例中，步驟b中的轉接角度頭采用90度角度頭。90度角度頭的內部由一對齒數相同且輪齒布設角度為45度的兩個斜齒輪相互嚙合構成。
本實施例中，90度角度頭的第一端通過外錐柄與機床主軸的內錐孔配合，外錐柄以及內錐孔的錐度比均為7：24。90度角度頭的第二端通過內錐孔與刀具刀柄的外錐配合，內錐孔以及外錐的錐度比均為7：24。
本實施例中，步驟c中刀具選擇，刀具直徑選擇：0.5mm＜槽寬尺寸-刀具直徑＜1mm，以保證斜槽粗加工后具有內槽切削余量。原標準φ5合金銑刀，整體長60mm，長涇比達到12倍，對于難加工材料的銑削極易發生加工震動及斷刀現象，加工一個零件需要消耗20把銑刀，且斜槽內表面有很明顯的振紋，為提高刀具剛性，難加工材料的銑削刀具長徑比必須控制在7倍以內，才能保證加工質量和效率，改進后，銑刀柄部直徑為8mm，長度為50mm，加工部位φ5的長度只留10mm，這樣加工部位長徑比縮小為2倍，刀具剛性得到了大幅提高，現在加工一個114斜槽的零件加工時間由40小時縮短為8小時，數控銑刀由20把減少為1把。加工質量好效率得到大幅提高。
本實施例中，內槽切削余量為0.25mm-0.5mm。
本實施例中，刀具刀柄直徑大于刀具刃部直徑，以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。
本實施例中，刀具刀柄直徑為8mm，長度為50mm。刃部直徑為5mm，長度為10mm。以提高刀具的剛度并減小加工時的顫動。
本實施例中，步驟d中迂回加工方式具體為：在斜槽槽深方向分為兩層銑削，第一層銑完斜槽全長時，斜槽深度方向僅向下銑進設計槽深的一半；第二層往回銑削全長，斜槽深度方向向下銑進至設計深度；然后精銑斜槽槽寬和槽深到設計尺寸，完成單個斜槽的加工。槽深是采用迂回加工，斜槽加工時，數控刀具同時受到X、Y、Z三個方向的切削力，這時，向下Z方向的速度必須遠小于XY平面上的加工速度，否則刀具底齒很容易打斷，因為數控銑刀底齒中心切削時，幾乎沒有回轉半徑，以致切削速度幾乎為0，切削性能很差，為減小銑刀深度方向的進刀量，必須控制斜槽銑削向下的傾斜角小于10度，所以在槽深方向分為兩層銑削，第一層銑完斜槽全長時，深度方向只向下銑了槽深的一半。第二層銑回來才把深度進到位。斜槽深度采用傾斜式逐步加工到位，使銑刀軸向進刀時的銑削力大幅下降，提高了切削的平穩性，減少了刀具因瞬時銑削力過大而造成的打刀現象，槽型輪廓精加工時，由于槽深已經加工到尺寸，槽寬的加工余量為5.6-5＝0.3，大大降低了輪廓的銑削力，加工過程中平穩性得到大幅提高，消除了型面的表面振紋，保證了斜槽的表面粗糙度，現在一把φ5合金銑刀可以加工一個零件114個槽，節約刀具14把，加工時間為12小時，調高6倍的加工效率。
本實施例中，刀具進行斜槽銑削時，深度方向向下傾斜的角度小于5度，以保證切削平穩及減少刀具打刀現象。
本實施例中，待加工機匣材料為不銹鋼1Gr13Ni，機匣內圓設有均布的114個斜槽。斜槽的槽長為52.3mm，槽寬為5.6mm，槽深為5mm。斜槽表面粗糙度要求為1.6μm。
實施時，提供一種用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法，采用五軸數控機床通過主軸轉接角度頭取代電火花進行機匣內腔斜槽加工。
航空發動機第一級靜子外環零件的材料為不銹鋼1Gr13Ni，在零件內圓上均布著114個斜槽。現在所有數控機床的主軸軸線和刀具軸線都是重合的，因為內孔對面發生干涉，機床主軸不能深入零件內腔，為使數控刀具能垂直于零件內壁進行銑削加工，必須改變刀具軸線與機床主軸軸線的方向。安裝90度角度頭后可使數控銑刀的軸線與機床主軸軸線垂直，加工機匣內腔時不會發生干涉。在五軸數控機床主軸上裝一個90度角度頭，使數控刀具軸線與機床主軸軸線由平行變成相互垂直，機床主軸與零件軸線依然保持平行，這樣機床主軸可以深入零件內腔，而數控刀具卻可以垂直于零件內壁進行加工。
數控刀具的改進：零件材料為不銹鋼1Gr13Ni，斜槽的槽寬為5.6mm，所以選用φ5合金銑刀，由于刀具直徑小，通過角度頭轉接后刀具力臂加長，造成加工過程振動加大，首件加工共打斷15把合金銑刀，槽壁挖刀現象嚴重。該刀具柄部和刃部直徑相同，刀具長徑比較大，為1：15，剛性很差，加工中產生顫動，使零件斜槽內壁產生振紋，無法保證零件1.6μm的表面粗糙度。改進后的刀具柄部直徑為φ8，刃部直徑為φ5，刀具長徑比減小為1：9，剛性較之前提高了一倍，加工中減小了顫動，零件斜槽內壁無振紋，能保證零件1.6的表面粗糙度。為保證刀具剛性后內槽切削余量，0.5<槽寬尺寸–刀具直徑<1，這樣保證刀具直徑不是太小，零件槽寬粗加工后還有0.25–0.5mm的加工余量。
細化工藝路線，保證斜槽表面粗糙度，提高加工效率。零件第一級靜子外環內壁有114處長52.3寬5.6深5斜槽，由于銑削余量多，造成斜槽表面粗糙度大，加工效率很低，現對加工路線進行優化。原槽深加工路線：刀具垂直向下進到深度尺寸——精銑槽寬到尺寸；原輪廓加工路線：刀具直接繞斜槽型面一圈，精銑槽寬到尺寸。現槽深加工路線：刀具傾斜向下進到深度尺寸的一半——刀具傾斜向下進到深度尺寸——精銑槽寬到尺寸；現輪廓加工路線：刀具傾斜向下，深度加工到尺寸——精銑槽寬到尺寸。沿斜槽的長度方向向下傾斜。第一刀從槽的始端走到終端(52mm)的同時深度進到槽深的一半(2.5mm)，第二刀從槽的終端走到始端(52mm)的同時深度進到槽深底部(5mm)。不銹鋼材料進行斜槽銑削時，深度方向向下傾斜的角度一般小于5度，這樣才能使切削平穩，減少數控刀具打刀現象，提高零件斜槽表面質量。
工藝路線細化后的效果：斜槽深度采用傾斜式逐步加工到位，使銑刀軸向進刀時的銑削力大幅下降，提高了切削的平穩性，減少了刀具因瞬時銑削力過大而造成的打刀現象，槽型輪廓精加工時，由于槽深已經加工到尺寸，槽寬的加工余量為5.6-5＝0.3，大大降低了輪廓的銑削力，加工過程中平穩性得到大幅提高，消除了型面的表面振紋，保證了斜槽的表面粗糙度，現在一把φ5合金銑刀可以加工一個零件114個槽，節約刀具14把，加工時間為12小時，調高6倍的加工效率。
用于航空發動機的機匣內壁面的斜槽加工方法，解決了機匣內腔斜槽加工尺寸控制及頻繁斷刀的現象，消除了槽壁的挖刀現象，保證了斜槽尺寸和粗糙度要求，從而保證了新機研制的順利進行，縮短了研制周期。避免了因槽型尺寸超差造成的零件報廢的現象，降低了大量的刀具消耗，節約了公司成本。開拓了機匣內腔加工的新思路，目前該方法已經嘗試應用于在研的兩個機種，在制的一個機種上，同樣取得了很好的效果。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。