一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具及使用方法
【專利摘要】一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具及使用方法，屬于機(jī)械加工制造【技術(shù)領(lǐng)域】，主要應(yīng)用于加工各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的半封閉深型腔。本發(fā)明具有強(qiáng)力冷卻和超高壓靶式內(nèi)冷斷屑功能，有效地解決了半封閉深型腔加工中難以斷屑、打刀、振動(dòng)等工藝難題。一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，包括刀座體，在刀座體內(nèi)設(shè)置有第一通孔；刀座體的內(nèi)端面上設(shè)置有凹槽，轉(zhuǎn)接柄一端與刀座體相連接，另一端與刀板相連接，在轉(zhuǎn)接柄內(nèi)設(shè)置有第二通孔和第三通孔；刀板由刀身和刀片連接座組成，在刀片連接座頂部設(shè)置有刀片，在刀板內(nèi)設(shè)置有第四通孔；刀板采用垂直刀板或傾斜刀板。超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具的使用方法，包括如下步驟：粗開(kāi)內(nèi)腔；深車內(nèi)腔；車內(nèi)腔輻板；車內(nèi)腔根部；精車內(nèi)腔。
【專利說(shuō)明】一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械加工制造【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具及使用方法，主要應(yīng)用于加工各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的半封閉深型腔。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)整體盤(pán)軸類零件、鼓筒類零件加工制造中，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的半封閉深型腔加工和采用的刀具結(jié)構(gòu)始終是此類加工的技術(shù)關(guān)鍵，直接關(guān)系到零件的合格率、加工成本和加工效率，因此此類加工方法特別是所采用的刀
具結(jié)構(gòu)一直備受關(guān)注。
[0003]新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)，由于零件的結(jié)構(gòu)發(fā)生了極大變化，各種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的深型腔越來(lái)越多地出現(xiàn)，對(duì)零件的機(jī)械加工提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，如整體盤(pán)軸零件具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高、薄壁剛性差、材料難加工等特點(diǎn)，特別是零件的斜錐壁與輪盤(pán)的輻板形成了半封閉深型腔結(jié)構(gòu)，敞開(kāi)性差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜；在加工過(guò)程中，由于刀具進(jìn)退刀困難、刀具與零件容易產(chǎn)生碰撞、干涉，加工難度極大，特別是在粗加工典型的深型腔時(shí)，待加工體是實(shí)心結(jié)構(gòu)，加工余量就更大，這對(duì)加工非常不利?，F(xiàn)有的加工工藝，采用通用機(jī)夾刀具加工，盲視下操作，產(chǎn)生了切削纏繞、振動(dòng)、打刀、零件報(bào)廢等技術(shù)難題。
[0004]隨著技術(shù)的發(fā)展，對(duì)加工精度和制造技術(shù)水平提出了嚴(yán)格的要求，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的半封閉深型腔加工技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的技術(shù)難題，急需一種技術(shù)效果優(yōu)良、針對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的半封閉深型腔加工的專用刀具，滿足不同零件半封閉深型腔的加工需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具及使用方法，其具有強(qiáng)力冷卻和超高壓靶式內(nèi)冷斷屑功能，有效地解決了半封閉深型腔加工中難以斷屑、打刀、振動(dòng)等工藝難題，可在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件及系列產(chǎn)品中推廣應(yīng)用，在機(jī)械加工制造【技術(shù)領(lǐng)域】具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，包括刀座體，在刀座體內(nèi)設(shè)置有第一通孔；刀座體的內(nèi)端面上設(shè)置有凹槽，轉(zhuǎn)接柄一端設(shè)置在刀座體的凹槽內(nèi)，并與刀座體通過(guò)設(shè)置在凹槽內(nèi)的連接螺栓相連接，轉(zhuǎn)接柄與連接螺栓之間形成中心腔；轉(zhuǎn)接柄另一端與刀板相連接，在轉(zhuǎn)接柄內(nèi)設(shè)置有第二通孔和第三通孔；刀板由刀身和刀片連接座組成，刀板底部為刀身，其與轉(zhuǎn)接柄相連接，刀板頂部為刀片連接座，刀片連接座與刀身相連接，在刀片連接座頂部設(shè)置有刀片，在刀板內(nèi)設(shè)置有第四通孔；所述第一通孔的進(jìn)水口為高壓冷卻水進(jìn)水口，第一通孔的出水口與轉(zhuǎn)接柄的第二通孔的進(jìn)水口相連通，第二通孔的出水口與中心腔相連通；第三通孔的進(jìn)水口與中心腔相連通，第三通孔的出水口與刀板的第四通孔的進(jìn)水口相連通，第四通孔的出水口為刀具冷卻水噴口，其設(shè)置在刀片連接座頂部；所述刀板采用垂直刀板或傾斜刀板。
[0007]所述刀板的第四通孔的出水口即刀具冷卻水噴口數(shù)目為三個(gè)，分別與刀片前刀面的左、中、右三個(gè)切削部位相對(duì)應(yīng)。
[0008]所述第一通孔的直徑大于第二通孔、第三通孔及第四通孔的直徑，第二通孔、第三通孔及第四通孔的直徑相同。
[0009]在所述刀片連接座上設(shè)置有T型定位凸臺(tái)，刀片連接座通過(guò)T型定位凸臺(tái)與刀片上的T型定位槽相連接。
[0010]所述刀片采用切刀或圓頭刀片。
[0011]所述轉(zhuǎn)接柄兩端為偏心設(shè)置。
[0012]所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具的使用方法，包括如下步驟:
[0013]步驟一:粗開(kāi)內(nèi)腔
[0014]所述刀具的刀片采用切刀，刀板采用垂直刀板；將刀具安裝在機(jī)床上，對(duì)刀，采用垂直進(jìn)退刀方式切削，恒線速度切削，直至形成平底內(nèi)腔后退出；
[0015]步驟二:深車內(nèi)腔
[0016]采用垂直進(jìn)退刀方式切削，恒線速度切削，直至形成三角形內(nèi)腔后退出；
[0017]步驟三:車內(nèi)腔輻板
[0018]所述刀具的刀片采用圓頭刀片，刀板采用傾斜刀板；將刀具安裝在機(jī)床上，對(duì)刀，采用軸向分層切削方式車削內(nèi)腔輻板；
[0019]步驟四:車內(nèi)腔根部
[0020]走刀軌跡和切削方式采用徑向分層切削方式，多次退刀，形成圓滑轉(zhuǎn)接的內(nèi)腔根部;
[0021]步驟五:精車內(nèi)腔
[0022]采用軸向分層切削方式精車內(nèi)腔內(nèi)錐面、內(nèi)腔輻板，采用徑向分層切削方式精車內(nèi)腔根部，直至形成圓滑轉(zhuǎn)接的內(nèi)腔型面輪廓。
[0023]本發(fā)明的有益效果:
[0024]本發(fā)明的一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具及使用方法，改變了傳統(tǒng)的刀具結(jié)構(gòu)和加工模式，有效地解決了半封閉深型腔加工中盲視下操作、切屑纏繞、斷屑、冷卻、打刀、振動(dòng)等各項(xiàng)技術(shù)瓶頸，為此類零件的加工提供了切實(shí)可行的刀具方案。加工后的零件尺寸、技術(shù)條件完全滿足設(shè)計(jì)要求，加工效率提高了 3倍，產(chǎn)品超差率下降了 70%以上，使零件切削線速度提高了 20m/min，表面粗糙度值降低了一個(gè)等級(jí)，刀具壽命提高1.5倍，解決了長(zhǎng)期以來(lái)零件質(zhì)量不穩(wěn)定、超差率高、加工周期長(zhǎng)等影響交付的瓶頸問(wèn)題，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜零件的優(yōu)質(zhì)高效加工提供了切實(shí)可行的刀具方案和工藝方法。
[0025]本發(fā)明的刀具結(jié)構(gòu)和使用方法發(fā)生了根本的改變，具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、質(zhì)量效益顯著，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)制造【技術(shù)領(lǐng)域】具有廣闊的應(yīng)用和轉(zhuǎn)化前景，尤其在盤(pán)鼓、軸頸零件特殊結(jié)構(gòu)的深型腔加工中更獨(dú)具特點(diǎn)。本發(fā)明可在刀具結(jié)構(gòu)、尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)原理的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際加工情況進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，調(diào)整刀具尺寸參數(shù)，適用于更多的此類產(chǎn)品，擴(kuò)大使用需求，創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益和達(dá)到技術(shù)、質(zhì)量的優(yōu)良效果。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1為采用傾斜刀板的本發(fā)明的一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2為垂直刀板與刀片連接后的結(jié)構(gòu)示意圖；[0028]圖3為圖2的左視圖；
[0029]圖4為傾斜刀板與刀片連接后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖5為圖4的左視圖；
[0031]圖6為本發(fā)明的轉(zhuǎn)接柄的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖7為本發(fā)明的刀座體與連接螺栓連接后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖8為采用傾斜刀板的本發(fā)明的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具的使用狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖中，1-刀座體，2-轉(zhuǎn)接柄，3-刀板，4-刀身，5-刀片連接座，6_連接螺栓，7_第一通孔，8-高壓冷卻水進(jìn)水口，9-第二通孔，10-第三通孔，11-中心腔，12-第四通孔，13-刀具冷卻水噴口，14-刀片，15-整體盤(pán)軸零件，16-平底內(nèi)腔，17-三角形內(nèi)腔，18-內(nèi)腔輻板，19-內(nèi)腔根部，20-內(nèi)腔內(nèi)錐面。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0036]如圖1?7所示，一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，包括刀座體1，在刀座體I內(nèi)設(shè)置有第一通孔7 ;刀座體I的內(nèi)端面上設(shè)置有凹槽，轉(zhuǎn)接柄2 —端設(shè)置在刀座體I的凹槽內(nèi)，并與刀座體I通過(guò)設(shè)置在凹槽內(nèi)的連接螺栓6相連接，轉(zhuǎn)接柄2與連接螺栓6之間形成中心腔11，用來(lái)防止冷卻水回流；轉(zhuǎn)接柄2另一端與刀板3相連接，在轉(zhuǎn)接柄2內(nèi)設(shè)置有第二通孔9和第三通孔10 ;刀板3由刀身4和刀片連接座5組成，刀板3底部為刀身4，其與轉(zhuǎn)接柄2相連接，刀板3頂部為刀片連接座5，刀片連接座5與刀身4相連接，在刀片連接座5頂部設(shè)置有刀片14，在刀板3內(nèi)設(shè)置有第四通孔12 ;所述第一通孔7的進(jìn)水口為高壓冷卻水進(jìn)水口 8，其設(shè)置在刀座體I的側(cè)壁上，第一通孔7的出水口與轉(zhuǎn)接柄2的第二通孔9的進(jìn)水口相連通，第二通孔9的出水口與中心腔11相連通；第三通孔10的進(jìn)水口與中心腔11相連通，第三通孔10的出水口與刀板3的第四通孔12的進(jìn)水口相連通，第四通孔12的出水口為刀具冷卻水噴口 13，其設(shè)置在刀片連接座5頂部；所述刀板3采用垂直刀板或傾斜刀板，當(dāng)?shù)栋?的刀片連接座5與刀身4設(shè)置在一條直線上，即刀片連接座5與轉(zhuǎn)接柄2的水平面垂直，則為垂直刀板；當(dāng)?shù)栋?的刀片連接座5與刀身4不在一條直線上，即刀片連接座5與轉(zhuǎn)接柄2的水平面不垂直，且刀片連接座5朝向轉(zhuǎn)接柄2 —側(cè)，則為傾斜刀板，所述傾斜刀板的刀片連接座5與刀身4形成的夾角為150°。
[0037]所述刀板3的第四通孔12的出水口即刀具冷卻水噴口 13數(shù)目為三個(gè)，直徑均為Φ 1mm，分別與刀片14前刀面的左、中、右三個(gè)切削部位相對(duì)應(yīng)，第四通孔12的進(jìn)水口的直徑為Φ 3mm。
[0038]所述第一通孔7的直徑為Φ 5.5mm,第二通孔9及第三通孔10的直徑均為Φ 3mm。
[0039]在所述刀片連接座5上設(shè)置有T型定位凸臺(tái)，刀片連接座5通過(guò)T型定位凸臺(tái)與刀片14上的T型定位槽相連接。
[0040]所述刀片14采用切刀或圓頭刀片。
[0041]所述轉(zhuǎn)接柄2兩端為偏心設(shè)置，偏心距離為30mm，使刀板3長(zhǎng)度得以延長(zhǎng)，從而提高了刀具深腔加工的可達(dá)性，滿足了深腔切削的需要。
[0042]所述刀板3高度為120mm，轉(zhuǎn)接柄2與刀板3連接后長(zhǎng)度為130mm，刀具總長(zhǎng)為251mm0
[0043]如圖8所示，某整體盤(pán)軸零件15內(nèi)腔開(kāi)口寬度僅為40mm，內(nèi)腔徑向深度達(dá)79.5mm,內(nèi)腔根部19寬度僅為10mm，敞開(kāi)性很差，且為與54度傾斜的內(nèi)腔內(nèi)錐面20形成半封閉、多圓弧轉(zhuǎn)接的深型腔，刀具進(jìn)退刀困難，加工過(guò)程中刀具與零件容易產(chǎn)生碰撞、干涉、加工難度極大。特別是典型的深型腔粗加工時(shí)，完全是實(shí)心結(jié)構(gòu)，加工余量更大。
[0044]以加工此整體盤(pán)軸零件15內(nèi)腔為例，所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具的使用方法，具體包括如下步驟:
[0045]步驟一:粗開(kāi)內(nèi)腔
[0046]所述刀具的刀片14采用切刀，刀板3采用垂直刀板；將刀具安裝在機(jī)床上，對(duì)刀，采用垂直進(jìn)退刀方式切削，順次切入，恒線速度切削，直至形成深度為35mm的平底內(nèi)腔16后退出；
[0047]采用參數(shù):刀片寬度:6mm ;線速度:65m/min ;每次切削的切寬:4~5mm ;每層切深
2~3mm ；
[0048]步驟二:深車內(nèi)腔
[0049]更換切刀，對(duì)刀，采用垂直進(jìn)退刀方式切削，順次切入，恒線速度切削，直至形成三角形內(nèi)腔17后退出；
[0050]采用參數(shù):刀片寬度:4mm ;線速度:60m/min ;每次切削的切寬:3~4mm ;每層切深:2mm ;進(jìn)給率:0.05-0.lmm/r ；
[0051]步驟三:車內(nèi)腔輻板
[0052]所述刀具的刀片14采用圓頭刀片，刀板3采用傾斜刀板；將刀具安裝在機(jī)床上，對(duì)刀，采用軸向分層切削方式車削輻板；
[0053]采用參數(shù):刀片直徑:Φ 6mm;每層切削深度≤0.5mm;內(nèi)冷壓力:30MPa ;線速度:70m/min ；
[0054]步驟四:車內(nèi)腔根部
[0055]圓弧形內(nèi)腔根部19加工刀具與內(nèi)腔輻板18加工刀具相同，走刀軌跡和切削方式為徑向分層切削，多次退刀以利于排屑，在內(nèi)腔根部19圓弧最高處進(jìn)行接刀，保證切削的可達(dá)性，形成圓滑轉(zhuǎn)接的內(nèi)腔根部19 ；
[0056]步驟五:精車內(nèi)腔
[0057]更換直徑為Φ8πιπι的圓頭刀片，對(duì)刀，采用軸向分層切削方式精車內(nèi)腔內(nèi)錐面20、內(nèi)腔輻板18，采用徑向分層切削方式精車內(nèi)腔根部19，直至形成圓滑轉(zhuǎn)接的內(nèi)腔型面輪廓。
[0058]在精車內(nèi)腔過(guò)程中應(yīng)用了 B軸擺動(dòng)車削加工技術(shù)和恒線速度切削，實(shí)現(xiàn)了 X、Ζ、B軸三軸聯(lián)動(dòng)車削，滿足了復(fù)雜內(nèi)腔型面精加工需要，完成整個(gè)深型腔的加工，減少換刀、接刀次數(shù)、有效避免了刀具振動(dòng)和接刀痕跡，提高了加工質(zhì)量。
[0059]在使用過(guò)程中，首先將本發(fā)明的刀座體I上的高壓冷卻水進(jìn)水口 8與機(jī)床主軸端面的冷卻管相連通，在機(jī)床提供30MPa的超高壓情況下，超高壓冷卻水依次通過(guò)刀座體I上的第一通孔7、轉(zhuǎn)接柄2上的第二通孔9、中心腔11、第三通孔10、刀板3上的第四通孔12及第四通孔12的出水口即刀具冷卻水噴口 13，精確地噴射到刀片14前刀面的左、中、右三個(gè)切削部位，切削時(shí)當(dāng)切屑沿前刀面進(jìn)行卷屑的瞬間，超高壓冷卻水將切削產(chǎn)生的熱量迅速帶走，切屑由于極速冷卻產(chǎn)生脆裂，同時(shí)超高壓冷卻水在刀具前刀面和切屑之間形成楔狀水柱，通過(guò)30MPa超高壓壓力形成強(qiáng)大的沖擊力，將切屑打斷，從而實(shí)現(xiàn)了超高壓靶式內(nèi)冷斷屑效果。
【權(quán)利要求】
1.一種超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，其特征在于包括刀座體，在刀座體內(nèi)設(shè)置有第一通孔；刀座體的內(nèi)端面上設(shè)置有凹槽，轉(zhuǎn)接柄一端設(shè)置在刀座體的凹槽內(nèi)，并與刀座體通過(guò)設(shè)置在凹槽內(nèi)的連接螺栓相連接，轉(zhuǎn)接柄與連接螺栓之間形成中心腔；轉(zhuǎn)接柄另一端與刀板相連接，在轉(zhuǎn)接柄內(nèi)設(shè)置有第二通孔和第三通孔；刀板由刀身和刀片連接座組成，刀板底部為刀身，其與轉(zhuǎn)接柄相連接，刀板頂部為刀片連接座，刀片連接座與刀身相連接，在刀片連接座頂部設(shè)置有刀片，在刀板內(nèi)設(shè)置有第四通孔；所述第一通孔的進(jìn)水口為高壓冷卻水進(jìn)水口，第一通孔的出水口與轉(zhuǎn)接柄的第二通孔的進(jìn)水口相連通，第二通孔的出水口與中心腔相連通；第三通孔的進(jìn)水口與中心腔相連通，第三通孔的出水口與刀板的第四通孔的進(jìn)水口相連通，第四通孔的出水口為刀具冷卻水噴口，其設(shè)置在刀片連接座頂部；所述刀板采用垂直刀板或傾斜刀板。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，其特征在于所述刀板的第四通孔的出水口即刀具冷卻水噴口數(shù)目為三個(gè)，分別與刀片前刀面的左、中、右三個(gè)切削部位相對(duì)應(yīng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，其特征在于所述第一通孔的直徑大于第二通孔、第三通孔及第四通孔的直徑，第二通孔、第三通孔及第四通孔的直徑相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，其特征在于在所述刀片連接座上設(shè)置有T型定位凸臺(tái)，刀片連接座通過(guò)T型定位凸臺(tái)與刀片上的T型定位槽相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，其特征在于所述刀片采用切刀或圓頭刀片。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具，其特征在于所述轉(zhuǎn)接柄兩端為偏心設(shè)置。
7.采用權(quán)利要求1所述的超高壓內(nèi)冷結(jié)構(gòu)的刀具的使用方法，其特征在于包括如下步驟: 步驟一:粗開(kāi)內(nèi)腔 所述刀具的刀片采用切刀，刀板采用垂直刀板；將刀具安裝在機(jī)床上，對(duì)刀，采用垂直進(jìn)退刀方式切削，恒線速度切削，直至形成平底內(nèi)腔后退出； 步驟二:深車內(nèi)腔 采用垂直進(jìn)退刀方式切削，恒線速度切削，直至形成三角形內(nèi)腔后退出； 步驟三:車內(nèi)腔輻板 所述刀具的刀片采用圓頭刀片，刀板采用傾斜刀板；將刀具安裝在機(jī)床上，對(duì)刀，采用軸向分層切削方式車削內(nèi)腔輻板； 步驟四:車內(nèi)腔根部 走刀軌跡和切削方式采用徑向分層切削方式，多次退刀，形成圓滑轉(zhuǎn)接的內(nèi)腔根部； 步驟五:精車內(nèi)腔 采用軸向分層切削方式精車內(nèi)腔內(nèi)錐面、內(nèi)腔輻板，采用徑向分層切削方式精車內(nèi)腔根部，直至形成圓滑轉(zhuǎn)接的內(nèi)腔型面輪廓。
【文檔編號(hào)】B23B27/10GK103586495SQ201310465513
【公開(kāi)日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】姜雪梅, 潘玉良, 趙鵬飛, 閆沙林, 陳亞莉 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司