[发明专利]三维异形变径涡轮轴锥面体车铣复合精密镜面加工方法

说明书

本发明公开了一种三维异形变径涡轮轴锥面体车铣复合精密镜面加工方法，属于数控数字化加工精密制造技术领域。该方法首先构建曲率光顺连续的涡轮轴三维加工模型；然后确定加工设备和装夹定位方式；再确定刀具、刀具轴相对锥面体朝向及侧倾角度；最后进行零件加工，加工工序按照顺序包括粗铣、半精铣、刀刃磨损量计算、精度试加工、刀刃磨损补偿、精铣；在精度试加工和刀刃磨损补偿前均需要进行机床在线检测；粗铣、半精铣时采用逆铣切削的方式，精铣时采用顺铣切削的方式；总切削时间不超过4h。本发明解决了现有涡轮轴异形变径三维型面加工无法满足0.006mm形状度和Ra 0.8粗糙度要求的技术问题，大大提高了加工效率，易于推广应用。

技术领域

本发明属于数控数字化加工精密制造技术领域，具体涉及一种三维异形变径涡轮轴锥面体车铣复合精密镜面加工方法。

背景技术

涡轮涡杆转子轴、凸轮传动轴、发动机曲轴等是机械传动装置的关键部件，在船舶领域应用广泛发挥着巨大作用。它的加工质量和技术性能直接影响到产品的运动精度、使用寿命和整体性能。其用于配合、传动、连接的三维型面体要求具有超高的精度尺寸和表面质量，形状度要求小于0.006mm，表面粗糙度Ra 0.8，外圆和各基准端面跳动小于Φ0.005mm，且该类零件为长轴盘形回转类，加工时外端悬出较长，材料去除量大，轴外圆、壁厚和三维配合型面在圆周上的变化量要求严格，普通设备和传统方法无法达到该精度要求。

涡轮轴锥面体各截面轮廓形状为三维异形变半径型面，如图2所示。因其结构形状和精度特性，该零件无法采用车削和磨削方式加工，也无法采用旋转类刀具进行侧刃轮廓铣削，一般的3、4、5轴立、卧式铣削加工中心都无法高精度、稳定装夹和切削，无法保证加工精度和表面要求。目前，对于该结构形状和精度要求的零件，技术还不成熟处于摸索阶段，没有很好的加工办法。

涡轮轴的加工是一个轴向、径向和周向同步运动的过程，需要在车铣复合机床上采用球头铣刀通过数控程序实现X轴、Z轴、B轴、C轴联动和Y轴永远恒定保持在零件回转中心的方式，从而保证涡轮轴型面的形状度。所以数控程序编制的精度直接影响零件的加工精度。传统采用的4轴联动和径向走刀方式，无法有效控制切削时产生的抗力、振颤和进给误差，会产生残留、刀纹和跳点，无法保证0.006mm的形状度和Ra 0.8的粗糙度要求。

涡轮轴材料具有高硬度、高强度和高耐磨性，且加工余量较大，加工过程中刀具磨损严重，因刀具磨损，造成涡轮轴三维加工型面轴向各直径上有一定的差异，初始截面比最终截面轮廓尺寸小了单边0.02mm，无法保证0.006mm的形状度要求。因此如何克服现有技术的不足是目前数控数字化加工精密制造技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种三维异形变径涡轮轴锥面体的车铣复合精密镜面加工方法，以解决现有涡轮轴异形变径三维型面加工无法满足0.006mm形状度和Ra 0.8粗糙度要求的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

三维异形变径涡轮轴锥面体车铣复合精密镜面加工方法，包括如下步骤：

步骤（1），构建曲率光顺连续的涡轮轴三维加工模型；

步骤（2），确定加工设备和装夹定位方式：采用卧式车铣复合加工设备；待加工零件较重一端安装靠近卡盘方向三爪夹持外圆，另一端尾座顶中心孔，中心架支撑靠近加工部位位置；

步骤（3），确定刀具、刀具轴相对锥面体朝向及侧倾角度：采用球头铣刀，锥面体小端朝向Z轴正方向，刀具主轴朝锥面体大端侧倾摆动B轴38°～55°角；

步骤（4），零件加工：对零件进行加工，加工工序按照顺序包括粗铣、半精铣、精度试加工、刀刃磨损补偿计算、精铣；在精度试加工和刀刃磨损补偿计算前均需要进行机床在线检测；粗铣、半精铣时采用逆铣切削的方式，精铣时采用顺铣切削的方式，总的切削不超过4h。