一種曲面結構深腔車削刀具及其使用方法與流程

本發明涉及機械加工技術領域，特別是涉及一種曲面結構深腔車削刀具及其使用方法。

背景技術：

在航空發動機鼓筒類零件加工制造中，為提高發動機的性能，滿足工作需求，單盤零件的輻板長度較長，單件焊接后連接成鼓筒組件，輻板間形成了深腔結構型面，需要進行組合加工。由于內腔型面屬于全封閉型腔結構，空間狹小，徑向輻板深度大，通常的平板式內腔車削刀具無法放入到內腔中，難以實現內腔腔底型面的加工，成為困擾零件加工的關鍵技術問題。

新一代航空發動機鼓筒組件，是發動機的關鍵件，由三級單盤通過電子束焊焊接組合成的薄壁鼓筒式結構零件，該零件結構復雜，零件總高142mm，鼓筒外型壁厚2.5mm，輻板間距僅為20mm左右，輻板盤心最小直徑僅為Φ130mm，深腔型面到輻板內孔距離157mm，為了保證車削刀具的強度，內腔刀具厚度需要在10mm以上，通常使用的內腔刀具一般為直板結構，但由于鼓筒組件的內腔深度遠大于盤心直徑，并且輻板間距太小，通常結構的刀具手動也無法放入到內腔中，更無法實現車削加工，加工的難度極大，其型面加工按傳統的工藝方法難以實現。

技術實現要素：

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種可以實現刀具到達內腔中需車削部位進行深腔加工，保證內腔表面加工質量的曲面結構深腔車削刀具及其使用方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種曲面結構深腔車削刀具，用于加工航空發動機鼓筒內腔，所述鼓筒內壁朝向中心凸設有圓環狀的第一幅板和第二隔板，所述第二隔板位于所述第一幅板的兩側且與所述第一幅板間隔設置，第一幅板的內環直徑大于所述第二幅板的內環直徑，所述第二幅板具有連接于所述鼓筒內壁的薄板及位于所述薄板一端的厚板，所述車削刀具包括刀柄，所述刀柄上安裝有曲面板狀刀具，所述曲面板狀刀具的端部安裝有菱形刀片，所述曲面板狀刀具具有曲形部和平直部，所述薄板與所述厚板之間通過曲面連接，所述曲面的弧度足以供所述曲形部與所述平直部交接的部位通過，所述曲形部外側的傾斜面與所述平直部之間的夾角大于所述薄板和所述厚板之間的連接平面與所述薄板之間的夾角，所述曲面板狀刀具沿所述第二幅板直徑方向懸深大于所述第二幅板的徑向長度，所述曲面板狀刀具的厚度大于10mm。

進一步，所述平直部與所述曲形部之間設有連接部，所述連接部與所述平直部在所述第二幅板的厚度和圓周方向上錯位。

進一步，所述第一幅板內環直徑為φ1，所述第二幅板內環直徑為φ2，所述曲面板狀刀具的懸深L滿足：L＞φ1，且1.2φ2＜L＜1.4φ2。

進一步，所述曲面板狀刀具的頂部與所述刀柄的底部通過螺釘相固定。

進一步，所述刀柄為Capto標準結構基礎刀柄，與數控立車上的Capto結構刀夾相連。

一種基于上述曲面結構深腔車削刀具的使用方法，包括：

步驟一：將所述車削刀具組裝好，并通過所述刀柄安裝到數控立車的刀夾上固定；

步驟二：按照設定位置對刀，將刀具信息輸入數控程序中；

步驟三：將所述車削刀具自所述刀夾卸下；

步驟四：調用數控程序，使所述數控立車運行，當程序運行至虛擬刀具到達設定的內腔位置時，暫停所述數控立車，將所述車削刀具手動旋轉放置到第一幅板與第二幅板之間的內腔中，然后將所述車削刀具連接到所述刀夾上；

步驟五：啟動所述數控立車，繼續運行數控程序，按照設定的刀具軌跡，加工深腔型面，加工后刀具運行到設定的內腔位置時，數控程序運行結束，所述數控立車停止；

步驟六：將所述車削刀具自所述刀夾卸下，手動旋轉從所述內腔中移出，完成所述鼓筒內部深腔型面加工。

進一步，步驟一中所述車削刀具的組裝是先將所述曲面板狀刀具固定到所述刀柄上，再將菱形刀片安裝到所述曲面板狀刀具的端部。

進一步，步驟四中，暫停所述數控立車后手動搖起所述數控立車，當所述車削刀具進入所述內腔后，搖動所述數控立車使其向下移動，直至所述刀柄插入所述刀夾中。

進一步，步驟五中加工所述深腔型面時采用兩刀加工。

進一步，步驟五中所述車削刀具的切削轉速為35r/mm，進給速度為0.1mm/r。

本發明的有益效果：

本發明曲面結構深腔車削刀具可以使刀具到達內腔中需車削部位，實現深腔加工，保證內腔表面加工質量，解決了內腔型面加工過程中的關鍵難題，提高發動機的使用安全性，主要應用于航空發動機鼓筒類零件特殊封閉深腔型面的加工技術，解決了通常平板式內腔刀具無法進入深腔內部，難以實現深腔型面加工的問題，且裝夾定位準確可靠，精度高，滿足零件在盲視狀態下的加工精度要求。

附圖說明

圖1為本發明航空發動機鼓筒的結構示意圖；

圖2為本發明曲面結構深腔車削刀具的結構示意圖；

圖3為本發明曲面結構深腔車削刀具旋轉放入鼓筒內腔的結構示意圖；

圖4為本發明曲面結構深腔車削刀具到達車削位置時的結構示意圖；

圖中，1—刀柄、2—曲面板狀刀具、3—菱形刀片、4—螺釘、5—曲形部、6—平直部、7—連接部、8—鼓筒、9—第一幅板、10—第二幅板、11—薄板、12—厚板、13—曲面。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1及圖4，本發明提供一種曲面結構深腔車削刀具，用于加工航空發動機小直徑具有幅板的鼓筒8內腔。鼓筒8內壁朝向中心凸設有圓環狀的第一幅板9和第二幅板10，第二幅板10位于第一幅板9的兩側且與第一幅板9間隔設置，第一幅板9的內環直徑大于第二幅板10的內環直徑，在本實施例中，第一幅板9與第二幅板10的間距為20mm，第一幅板9內環直徑φ1為164mm，第二幅板10內環直徑φ2為130mm，第二幅板10沿其直徑方向的長度為157mm。第二幅板10具有連接于鼓筒8內壁的薄板11及位于薄板11一端的厚板12，薄板11與厚板12之間通過曲面13連接，薄板11與厚板12之間的連接平面與薄板11之間的夾角θ1為16°。

如圖2至圖4，曲面結構深腔車削刀具包括刀柄1，刀柄1為Capto標準結構基礎刀柄，與數控立車上的Capto結構刀夾相連，采用Capto結構刀柄1和刀夾進行裝夾，定位可靠精度高，可以滿足零件在盲視狀態下的加工精度要求。刀柄1上安裝有曲面板狀刀具2，曲面板狀刀具2的頂部與刀柄1的底部通過螺釘4相固定，曲面板狀刀具2的端部安裝有菱形刀片3，菱形刀片3選用標準件，選用標準菱形刀片3能夠減少切削面積及切削力，降低切削振動，提高鼓筒8內腔表面的加工質量。

曲面板狀刀具2是根據鼓筒8內腔結構進行設計的專用刀具，曲面板狀刀具2具有曲形部5和平直部6，平直部6與曲形部5之間設有連接部7，連接部7與平直部6在第二幅板10的厚度和圓周方向上錯位。曲形部5外側的傾斜面與平直部3之間的夾角θ1為26°，大于薄板11和厚板12之間的連接平面與薄板11之間的夾角θ1，使得刀具在進入第一幅板9與第二幅板10之間的腔體時，曲形部5可以通過第二幅板10的曲面13處，曲面13的弧度足以供曲形部5與平直部6交接的部位通過，且刀具不會碰觸到第二幅板10或第一幅板9。曲面板狀刀具2沿第二幅板10直徑方向的懸深大于第二幅板10的徑向長度，且曲面板狀刀具2的懸深L應滿足：L＞φ1，且1.2φ2＜L＜1.4φ2，這樣才能既保證刀具能夠深入腔體內加工深腔型面，又不會碰觸到第一幅板9或第二幅板10。在本實施例中，曲面板狀刀具2的懸深為167mm。為了保證刀具的加工強度，曲面板狀刀具2應大于10mm，但由于第一幅板9與第二幅板10之間的間隙限制，故在本實施例中，曲面板狀刀具2的厚度為14mm，能夠滿足強度要求。

如圖3及圖4，本發明還提供一種上述曲面結構深腔車削刀具的使用方法，包括：

步驟一：將曲面結構深腔車削刀具組裝好，并通過刀柄1安裝到數控立車的刀夾上固定，具體為，先將曲面板狀刀具2通過螺栓4固定到刀柄1上，再將菱形刀片3安裝到曲面板狀刀具2的端部，最后將組裝好的車削刀具通過Capto結構刀柄1安裝到數控立車的Capto刀夾上。

步驟二：按照設定位置對刀，將刀具信息輸入數控程序中。

步驟三：將車削刀具自刀夾卸下。

步驟四：調用數控程序，使數控立車運行，當程序運行至虛擬刀具到達設定的內腔位置時，暫停數控立車，將車削刀具手動旋轉放置到第一幅板9與第二幅板10之間的內腔中，然后將車削刀具連接到刀夾上。優選的，暫停數控立車后先手動搖起數控立車，為車削刀具的安裝讓位，當車削刀具進入內腔后，再搖動數控立車使其向下移動，直至刀柄1插入刀夾中。

步驟五：啟動數控立車，繼續運行數控程序，按照設定的刀具軌跡，加工深腔型面，加工時采用兩刀加工深腔型面，加工時，車削刀具的切削轉速為35r/mm，進給速度為0.1mm/r，加工后刀具運行到設定的內腔位置時，數控程序運行結束，數控立車停止。

步驟六：將車削刀具自刀夾卸下，手動旋轉將車削刀具從鼓筒8內腔移出，完成鼓筒8內部深腔型面加工。

本發明曲面結構深腔車削刀具在加工時，通過手動旋轉車削刀具進入鼓筒8內腔中，再結合數控立車的車削加工，兩者相結合不僅可以使刀具到達內腔中需車削部位，實現深腔加工，還能夠保證加工的內腔表面質量，且刀具裝夾定位準確可靠，精度高，滿足零件在盲視狀態下的加工精度要求。本發明解決了通常平板式內腔刀具無法進入深腔內部，難以實現深腔型面加工的問題，提高發動機的使用安全性，主要應用于航空發動機鼓筒類零件特殊封閉深腔型面的加工技術。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍內。