CN106736332A - 一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法，包括锥度孔的粗加工，精加工和着色选配锥度螺栓。本发明通过控制粗加工余量，追踪了锥度精铰刀在加工过程中的磨损变化，保证了组合配钻零件在加工过程各零件的装配要求，通过控制整个锥度孔加工的全过程来保证该锥度孔的锥度及各截面尺寸。

Description

一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法
技术领域
本发明属于数控加工技术领域，特别是组合配钻锥度孔的加工方法。
背景技术
组合配钻锥度孔加工在机械加工领域并不多见，尤其是3个零件装配后的深锥度孔的配钻加工，且3个零件材料状况不一致，孔加工精度也较高的条件下，加工难度非常大。在航空发动机部件制造中，就有这一加工需要，并且用传统方法加工的锥度孔的精度不高，与锥度螺栓的配合不好而造成发动机的振动故障。目前，国内还没有关于高硬度材料精密深锥度孔加工方法***性的研究和阐述。
如图1所示，某发动机部件由3部分组成，其中零件1为封严篦齿盘，零件2为高压涡轮盘，零件3为高压涡轮后轴颈，三个零件的材料为牌号不同的高温合金；4为组合配钻后的锥度孔，该孔锥度为1∶50，深度为61mm。其中，装配过程中零件1、零件2、零件3就是靠8个锥度孔4来连接并定心的，由图1可以看出，当铰刀从上而下加工时，刀具前部分走过的行程最大，磨损最严重。
基于上述加工需求和存在问题，通过分析零件的结构特点和加工难点，从零件装夹、刀具、加工方法、检测方法以及加工过程的控制着手，着力解决该技术难题，从而解决该型发动机研制过程遇到的此处技术瓶颈。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法，稳定可靠，解决组合配钻锥度孔精度不高的问题。
本发明通过以下方案来实现：
一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法，包括以下步骤：
步骤①，装夹零件，检查零件1的内圆及端面跳动应符合工艺要求；
步骤②，粗加工锥度孔：用1∶50锥度成型铣刀进行粗加工，通过控制Z轴下刀深度来控制锥度孔各个截面的余量，直到各个截面余量小于或等于0.1mm时粗加工完成；
步骤③，精加工锥度孔：用1∶50成型锥度铰刀进行精加工，Z轴在粗加工下刀深度上再下2mm测量最大截面与最小截面的余量差的绝对值，当绝对值大于0.015mm时，更换一把新的1∶50成型锥度铰刀再次进行以上步骤③；当绝对值小于0.015mm时，继续加工；
步骤④，完成锥度孔加工：反复通过步骤③对加工过程中刀具锥度的控制，直到所有截面的尺寸合格为止；
步骤⑤，选配安装工艺锥度螺栓：第一个锥度孔加工完成后，通过着色选配工艺锥度螺栓安装于该锥度孔内，着色面积不小于60％；
步骤⑥，钻第一个锥度孔所相对的另一锥度孔：重复步骤③～⑤，完成该锥度孔加工；
步骤⑦，钻余下的锥度孔：重复步骤②～④，完成余下锥度孔的加工。
所述步骤②中,铣刀为整体硬质合金；加工时主轴转速800转/分，进给为20毫米/分。
所述步骤③中,成型锥度铰刀为整体硬质合金；加工时主轴转速600转/分，进给为10毫米/分。
与加工其它锥度孔不同的地方是，本发明组合配钻锥度孔的数控方法采用反馈机理对加工过程进行有效控制，有效地解决了加工过程中因材料牌号不同而引起的刀具磨损不一致问题，从而通过控制成型锥度铰刀锥度来保证锥度孔的锥度；通过这色检查选配锥度螺栓来消除加工过程中零件之间发生相对窜动。
与现有技术相比，现有加工技术对于加工余量无有效控制，本发明通过步骤②对粗加工余量严格控制，减小了精加工时3个零件对于刀具的磨损程度，保证了加工过程中刀具的锥度变化范围可控而不造成产品的超差；现有加工技术对于成型锥度精铰刀在加工过程中的因磨损导致锥度变化情况无跟踪，步骤③、④则对成型锥度精铰刀的锥度进行了全过程跟踪，避免因为成型锥度精铰刀因3个零件材料不完全一样对于刀具磨损产生不同效果而影响该成型刀刀具的锥度，间接控制住了锥度孔的锥度及截面尺寸。现有加工技术对于钻完孔后的安装锥度螺栓无着色选配要求，无法保证3个零件之间不发生窜动，步骤⑤对于锥度螺栓着色提出明确要求，满足零件之间的装配定位要求，从而保证了零件之间不会发生相对位置的窜动。通过以上改进，本发明控制了粗加工余量、追踪了锥度精铰刀在加工过程中的磨损变化、保证了组合配钻零件在加工过程各零件的装配要求，通过控制整个锥度孔加工的全过程来保证该锥度孔的锥度及各截面尺寸。
附图说明
图1为发动机高压涡轮转子装配示意图；
图2为发动机高压涡轮转子加工流程及反馈机理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
如图1所示，该发动机高压涡轮转子由3部分组成，其中零件1为封严篦齿盘，零件2为高压涡轮盘，零件3为高压涡轮后轴颈，三个零件的材料为牌号不同的高温合金；4为组合配钻后的锥度孔，该孔锥度为1∶50，深度为61mm，其中装配过程中零件1、零件2和零件3就是靠8个锥度孔4来连接并定心的，由图1可以看出，当铰刀从上而下加工时，刀具前部分走过的行程最大，磨损最严重，为了解决该问题，需对刀具加工过程中的磨损程度进行跟踪，本发明建立了反馈机理，控制了加工过程；反馈机理如图2所示。
针对图1中的零件，本发明采用下述方法进行加工(以下Z轴是指锥度孔深度方向或者铰刀进刀方向)：
(1)装夹零件：按高压涡轮转子的工艺规程相关工序要求装夹零件及检查各跳动应合格,即检查零件1封严篦齿盘的内圆及端面跳动应符合工艺要求,主要是控制锥度孔位置度和垂直度。
(2)粗加工锥度孔：用1∶50锥度铣刀进行粗加工，铣刀材料为整体硬质合金；加工时主轴转速800转/分，进给为20毫米/分，此加工参数有利于减小让刀量；加工时通过控制Z轴下刀深度来控制锥度孔各个截面的余量，直到各个截面余量小于或等于0.1mm时粗加工完成。
(3)精加工锥度孔：用1∶50成型锥度铰刀进行精加工，成型锥度铰刀为整体硬质合金；加工时主轴转速600转/分，进给为10毫米/分，此加工参数有利于控制孔表面粗糙度；加工时，Z轴在粗加工下刀深度上再下2mm测量最大截面与最小截面的余量差的绝对值，当绝对值大于0.015mm时，说明该成型刀锥度已经不合格，此时，应该换一把新的成型刀再次进行以上步骤(3)；若绝对值小于0.015mm时，说明该成型刀刀具锥度合格，可以继续加工。Z轴下2mm是指在粗加工Z轴下刀深度上再下2mm，并不是从断面下2mm。这是运用反馈机理的第一步，粗加工已经完成Z轴每下1mm，孔径会变大0.02mm孔径余量为0.1mm，Z轴下2mm后，孔径余量只剩0.06mm，因此Z轴下2mm比较合理。关于绝对值不大于0.015mm，0.015mm正是孔径的公差。
(4)完成锥度孔加工：反复通过步骤(3)对加工过程中刀具锥度的控制，直到所有截面的尺寸合格为止。
(5)选配安装工艺锥度螺栓：第一个锥度孔加工完成后，通过着色选配工艺锥度螺栓安装于该锥度孔内，着色面积不小于60％，通过安装第一个孔的锥度螺栓，防止加工后续孔过程中3个零件之间发生相对窜动。锥度螺栓与锥度孔的配合程度主要指过盈或间隙，本发明中主要是指锥度螺栓与锥度孔的接触面积。
(6)钻第一个锥度孔所相对的另一孔(这里的相对是否是指在一条直径线上)：重复步骤(2)～(5)，完成该孔加工。
(7)钻余下的6个锥度孔(随机选择钻孔顺序)：重复步骤(2)～(4)，完成余下7个锥度孔的加工。
(8)加工结束，卸下零件及夹具。
如图2所示，为高压涡轮转子加工流程及反馈机理图，可以看出上述加工方法主要特点是引入了反馈机理，其中对于粗加工余量的控制使得加工余量更加合理化，从而减小精加工过程中对于成型刀具的磨损；在精加工过程中，通过对余量的检测来知悉成型锥度精铰刀在加工过程中的磨损情况，根据磨损情况及时调整，保证最大孔径处与最小孔径处的余量之差的绝对值在公差范围内，通过控制最大孔径处和最小孔径处的孔径来控制整个孔的锥度。

Claims (3)

1.一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤①，装夹零件，检查零件1的内圆及端面跳动应符合工艺要求；
步骤②，粗加工锥度孔：用1∶50锥度成型铣刀进行粗加工，通过控制Z轴下刀深度来控制锥度孔各个截面的余量，直到各个截面余量小于或等于0.1mm时粗加工完成；
步骤③，精加工锥度孔：用1∶50成型锥度铰刀进行精加工，Z轴在粗加工下刀深度上再下2mm测量最大截面与最小截面的余量差的绝对值，当绝对值大于0.015mm时，更换一把新的1∶50成型锥度铰刀再次进行以上步骤③；当绝对值小于0.015mm时，继续加工；
步骤④，完成锥度孔加工：反复通过步骤③对加工过程中刀具锥度的控制，直到所有截面的尺寸合格为止；
步骤⑤，选配安装工艺锥度螺栓：第一个锥度孔加工完成后，通过着色选配工艺锥度螺栓安装于该锥度孔内，着色面积不小于60％；
步骤⑥，钻第一个锥度孔所相对的另一锥度孔：重复步骤③～⑤，完成该锥度孔加工；
步骤⑦，钻余下的锥度孔：重复步骤②～④，完成余下锥度孔的加工。
2.根据权利要求1所述的一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法，其特征在于：所述步骤②中,铣刀为整体硬质合金；加工时主轴转速800转/分，进给为20毫米/分。
3.根据权利要求1所述的一种高压涡轮转子组合配钻锥度孔的数控加工方法，其特征在于：所述步骤③中,成型锥度铰刀为整体硬质合金；加工时主轴转速600转/分，进给为10毫米/分。
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