[发明专利]复杂曲面五轴铣切方法

说明书

技术领域

本技术发明涉及复杂曲面五轴铣切加工方法，特别是涉及航空、航天等高科技领域的整体叶轮系零件以及复杂曲面类零件的铣削加工方法。

背景技术

随着现代飞机上的电子设备日益增多，对环境控制要求越来越高，其核心部件涡轮机械制冷组件，部件的再循环风扇，电子设备冷却风扇等里均应用了高速旋转的叶轮机械，叶轮作为这些旋转机械的关键部件，其整体加工质量不仅影响部件效率，更直接关系到部件的可靠性，这类结构的整体叶轮可以满足大推重比、高性能压气机叶轮系产品强度要求，但是这类整体叶轮的曲面误差小、精度高，例如某型高精度叶轮，其出口直径≤φ500mm，进口直径≤φ350mm，出口叶片高度≤30mm，进口叶片高度≤66mm，叶片厚度最薄处δ≤4mm，相邻叶片间最小距离≤32mm，叶片圆周分布其数量≥11片，要在这样半封闭式腔体和小通道内完成复杂曲面的加工，特别是加工叶轮根部时由于深而空间狭窄、两侧壁的夹角有的≤90°，因此，刀具极易与相邻叶片、流道发生干涉产，同时根部易产生严重的震刀、过切、欠切甚至挖深以及刀具极易损坏等现象，加工存在很大的难度，采用传统铣削工艺方法往往出现以下不良情况：

1：由于刀具中心的半径趋近于零，刀具中心不产生铣削，铣削过程中易产生较大的挤削现象，因此切削热、切削震动导致切削刀具极易损坏；

2：铣削过程中受较大切削力、切削热的影响，会造成叶片曲面、流道曲面变形，从而影响整体零件的动平衡性能，加工叶轮根部时，刀具极易与相邻叶片、流道发生干涉，碰伤零件；。

3：叶轮根部过切、欠切甚至挖深，根部曲面轮廓度误差较大，易产生严重的震刀导致切削刀具极易损坏(刀刃崩忍、刀具折断)，同时铣削过程中受较大铣削力、切削震动影响铣削效率下降，因此切削效率低加工时间长。

随着科技的不断发展，对产品制造效率、制造质量稳定性、产品性能要求也越来越高，故整体叶轮系零件的叶片曲面、流道曲面的形状、尺寸精度及表面质量要求也越来越高，传统复杂曲面系零件铣削工艺不能满足生产的需要。

发明内容：

要解决的技术问题：

针对以上工艺中存在的问题，本发明的目的是提供一种在半封闭式腔体和小通道内，提高复杂曲面系零件表面切削加工质量、尺寸精度稳定性并提高切削效率，减少刀具消耗的铣削加工方法。

技术方案：

本发明所述复杂曲面五轴铣切加工方法，是在五轴加工中心设备上对各类金属复杂曲面系零件铣切加工，通过对刀具进给方向、切削深度和刀具轴矢量参数的选择、切削轨迹、粗、精加工加工余留量设置、切削参数的优化组合来实现的。

本发明所述复杂曲面五轴铣切加工方法是这样实现的：选择0.2～0.8μm超细或极细微粒的硬质无涂层铣刀，铣刀采用锥形或变径锥形结构，变径过渡区和刀尖角处均倒圆R，所述锥形铣刀的锥角角度α₁在0°～10°之间，所述变径锥形铣刀从大径D₁变到小径D₂的过渡锥角α₂在3°～6°之间，变径过渡区的倒圆R1在2～30mm之间，刀尖角处倒圆R在1.5～5mm之间；刀具齿数Z为3～5刀刃，刀刃的螺旋角β≥45°，刀具的长径比采用顺铣方式，刀具的切削运动以拖刀切削，刀轨的切入、切出点设置在曲面以外，切入和切出工件时刀轨沿圆弧切线方向，切削刀轨迹在曲面外变换方向，其离开曲面的距离应不小于1～4倍的刀具直径D；加工时的刀具进给量Fz≤0.11～0.5mm，切削速度V＝17～260m/min；粗加工时，刀具轴矢量沿刀具进给方向与曲面法向的夹角γ在10°～40°之间，切削深度AP在之间，切削步距精加工时，刀具轴矢量沿刀具进给方向与曲面法向的夹角γ在5°～10°之间，切削深度AP在0.03～0.8mm之间，加工预留量2～0.7mm；加工中选用压缩空气油气喷雾冷却润滑。

通过以上技术处理，复杂曲面五轴高效率铣切加工后形状完整、曲面流畅，保证并提高其零件的尺寸、形状精度要求，减小切削变形，生产质量大幅度提高。

有益效果：

本发明的优点是：

采用本工艺方法对复杂曲面系列零件铣削加工，实现了整体叶轮系列零件的工艺提升，保证了良好的产品质量、性能及设计要求，同时，提高了生效率，保证了产品一次成功率。

附图说明

图1是整体叶轮系零件示意图；

图2是锥形铣刀的结构示意图；

图3是变径锥形铣刀的结构示意图；

图4是铣刀长径比的示意图；

图5是刀具轴矢量沿刀具进给方向与曲面法向的夹角的示意图。