一种用于小尺寸喷口球面的加工方法

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一种用于小尺寸喷口球面的加工方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种精密机械加工方法，尤其是一种可用于航空发动机小尺寸喷嘴的精密加工的工方法，特别涉及一种用于小尺寸球面喷口球面的加工方法。\n背景技术\n[0002] 航空发动机离心喷嘴的喷口的结构特点是内腔型面为变截面，且变截面与微小尺寸喷油孔相连，尺寸精度高，各型面之间和外圆、端面之间相互都有很高的技术要求，采用常规加工工艺中的车、铣、磨、钳、研磨、抛光等多道工序都很难加工，特别是因为喷口尺寸小，零件的定位面和夹持面尺寸也很小，不好装夹，多次装夹零件的尺寸和技术条件难以保证，极易使零件报废。另外，喷油孔和内腔型面表面质量要求高，表面粗糙度一般为0.4～\n0.2，微型刀具一但刚性不好产生振刀，就会严重影响表面质量。而表面质量的好坏直接影响离心喷嘴的流量试验性能参数。传统方法是通过手工研磨内腔保证粗糙度，而手动研磨对工人的操作水平高，加工效率低工作量大，尺寸和技术条件难以控制。再者，因喷口内部型面结构复杂且尺寸小，铁屑不易排出，稍微的拉钩、划伤、划痕、毛刺、缺口直接影响离心喷嘴喷雾角度和燃油不均匀度。因此需要提供一种改良的加工方法，以提高加工效率，保证产品质量。\n发明内容\n[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种用于小尺寸喷口球面的加工方法，以减少或避免前面所提到的问题。\n[0004] 为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于小尺寸球面喷口球面的加工方法，用于对航空发动机离心喷嘴的变截面喷口的喷油孔以及与所述喷油孔连接的球面的内腔型面进行加工，所述喷口具有一个喷油孔以及位于所述喷油孔一端的直径扩大的球面，所述喷油孔和所述球面之间具有一个第一过渡圆弧，球面其中，所述加工方法包括如下步骤：\n[0005] 将原料棒材的第二端夹持在车铣复合加工机床的爪夹上，对与所述第二端相对的原料棒材的第一端进行加工，粗加工出从所述喷油孔到所述球面之间的第一变截面喷口区域，使得所述第一变截面喷口区域具有第一加工余量；\n[0006] 利用第一精埋钻加工出所述第一过渡圆弧，使得所述第一过渡圆弧具有一个第二加工余量，其中，所述第二加工余量等于所述第一加工余量；\n[0007] 利用第一镗刀从所述喷油孔开始，向外沿所述第一变截面喷口区域进行反向钩镗加工，完成加工。\n[0008] 优选地，所述第一镗刀由刀杆、刀体、刀尖组成，其中，刀尖位于所述刀体的末端，所述刀体位于所述刀尖与所述刀杆之间，且在轴向的投影视图中，所述刀体的投影面位于所述刀杆的投影面的内部并偏置于所述刀杆的投影面的中心的一侧。\n[0009] 优选地，所述第一镗刀加工时所述刀尖向下。\n[0010] 优选地，所述刀体的横截面具有一个上弧面和一个下弧面，所述上弧面和所述下弧面的圆弧半径相同。\n[0011] 优选地，所述刀尖具有一个刀尖前角和一个刀尖后角，所述刀尖前角为所述刀尖向其加工方向前倾的角度，所述刀尖后角为所述刀尖背离其加工方向后倾的角度，其中所述刀尖前角为5°，所述刀尖后角为15°。\n[0012] 优选地，所述刀尖沿其纵向具有一个与垂直方向呈15°的主偏角和一个与水平方向呈15°的锲角。\n[0013] 优选地，所述刀尖的最大厚度等于调整系数×(所述喷油孔直径/2+所述球面的半径)。\n[0014] 优选地，所述调整系数的数值范围为0.6-0.9。。\n[0015] 优选地，所述刀尖和所述刀体之间设置有第一过渡锥面球面。\n[0016] 优选地，所述刀体和所述刀杆之间设置有第二过渡锥面，所述第二过渡锥面的最大锥角为40°。\n[0017] 本发明的加工方法利用精埋钻加工获得相同的加工余量，避免了加工区域厚薄不均匀带来的断刀事故，提高了成品率，节约了成本。同时利用反向钩镗加工工艺，加工产生的铁屑往外排出，避免铁屑划伤已经加工过的型面，进一步提高了加工精度和成品率。\n附图说明\n[0018] 以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，[0019] 图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的航空发动机离心喷嘴的剖视图；\n[0020] 图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的第一镗刀应用于图1所示航空发动机离心喷嘴的加工的示意图；\n[0021] 图3显示的图2所示第一镗刀的左侧轴向的投影视图；\n[0022] 图4显示的是根据本发明的一个具体实施例的第一镗刀的刀体的加工示意图；\n[0023] 图5显示的是图3中刀尖局部的投影放大图；\n[0024] 图6显示的是图2中刀尖局部的放大图。\n具体实施方式\n[0025] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。\n[0026] 正如背景技术部分所述，本发明涉及的用于小尺寸喷口球面的加工方法可用于对航空发动机离心喷嘴的变截面喷口进行精密加工，由于现有技术采用的加工工艺在加工这种类型的喷口时特别容易断刀，且铁屑不易排出，废品率很高，基本上无法应用于大批量生产，因而本发明提供了一种改进的加工方法。\n[0027] 具体来说，本发明提出的改进的加工方法特别适用于图1所示类型的航空发动机离心喷嘴的变截面喷口1的球面内腔型面进行加工，其中，图1显示的是根据本发明的一个具体实施例的航空发动机离心喷嘴的剖视图。\n[0028] 图1中的航空发动机离心喷嘴的特点是具有一个变截面的喷口1以及与喷口1连接的球面，喷口1具有一个喷油孔10以及位于喷油孔10一端的直径扩大的球面20，喷油孔10和球面20之间具有一个第一过渡圆弧3。在一个具体实施例中，喷油孔10的直径的尺寸范围为\n0.1-1mm之间，球面20的半径R1的尺寸范围为1-2mm之间，而且第一过渡圆弧3的圆弧半径也十分微小，仅仅只有0.01-0.1mm，本领域技术人员据此可以想象整个需要加工的零件区域的尺寸非常小，常规的加工工艺以及刀具非常难以触及这些区域，即便能够触及，通常状态的刀具基本上都是同心结构，就是类似于一根细针，加工时刀具的刚性不好，加工中易折断易振刀，一把刀通常仅仅只能加工1-2个零件，基本上无法应用于大批量生产。\n[0029] 基于本发明需要加工的零件的特点，本发明提供了一种改进的加工方法，配合这种改进的加工方法还额外提供了一种改进结构的加工刀具。\n[0030] 本发明改进的加工方法利用的主要加工设备为现有普遍采用的车铣复合加工机床，例如瑞士宝美的七轴车铣复合加工中心或海力特的车铣复合加工中心的车铣复合加工机床，其基本结构和原理为公知技术，本领域技术人员可以从互联网或公知公用的设备说明或现有技术手册获得，在此不再一一赘述。\n[0031] 下面参照图1的航空发动机离心喷嘴的结构详细说明本发明的加工方法的步骤流程，具体说明如下：\n[0032] 首先将原料棒材的第二端夹持在车铣复合加工机床的爪夹上，对与所述第二端相对的原料棒材的第一端进行加工。应当指出的是，初始状态的原料棒材两端其实是完全相同的，开始的时候可以夹持任意一端。说明书中定义第一端和第二端仅仅是用于明确加工的各个部位的位置关系，避免混淆，当加工完成之后，原料棒材已经变成了零件成品，此时的第一端则变成了零件成品的型面，因此本领域技术人员应当了解，所谓的第一端和第二端仅仅是用于指示方向位置关系的术语。\n[0033] 对第一端的加工可以包含很多步骤，例如外圆加工，钻孔，扩孔，铣槽等等，当然，这些加工都是粗加工，关键点还是在于本发明特别需要解决的对于变截面喷口的加工工艺的改进，即，总体而言，对第一端的加工需要粗加工出从喷油孔10到球面20之间的第一变截面喷口区域，使得第一变截面喷口区域具有第一加工余量。\n[0034] 粗加工完成之后，喷油孔10和球面20交界处并不是圆滑过渡的，通常会有一个折角或者台阶存在，如果此时就利用镗刀进行精加工，由于这个非圆滑过渡区域的存在，因而存在与第一加工余量显著增厚的区域，对于本发明的小尺寸喷口的加工来说这将是致命的缺陷，通常镗刀加工到这个区域就会折断，断裂的刀具很容易损坏零件型面导致零件报废。\n[0035] 为解决这个缺陷，本发明特别提供了一种改进的步骤，即利用第一精埋钻加工出第一过渡圆弧3，使得第一过渡圆弧3具有一个第二加工余量，其中特别完美的，使第二加工余量等于第一加工余量，则后续利用镗刀精加工的时候就不存在加工余量不一致的区域，避免了加工区域厚薄不均匀带来的断刀事故，提高了成品率，大幅度降低刀具成本。\n[0036] 在一个具体实施例中，在前面的粗加工步骤中，如果第一变截面喷口区域的第一加工余量过大或者精度不高，也可以在利用精埋钻加工第一过渡圆弧3的时候，利用精埋钻的侧部同时对第一变截面喷口区域进行精加工，也就是利用精埋钻一次性将第一变截面喷口区域和第一过渡圆弧3加工出同样的加工余量，同样能够避免加工区域厚薄不均匀的缺陷，且可以降低粗加工的精度要求，提高了加工效率。\n[0037] 然后，利用第一镗刀从喷油孔10开始，向外沿所述第一变截面喷口区域进行反向钩镗加工，加工完成所述第一端。常规技术加工孔形零件都是从外往内加工，但是对于本发明这种小尺寸球面喷口球面的加工来说，由于尺寸太小且型面精度要求很高，从外往内加工产生的铁屑会划伤已经加工过的型面，而型面轻微的划伤、划痕直接影响组件燃油喷嘴流量、流向、不均匀度等性能参数，所以绝不允许此现象的发生。因此本发明采用了反向钩镗的工艺，加工产生的铁屑往外排出接触的是尚未加工的型面，因而克服了现有技术的缺陷，提高了加工精度和成品率。有关第一镗刀的结构后续会进一步详细说明。\n[0038] 下面进一步详细说明可用于本发明的加工方法的一种优选的改进结构的镗刀的结构。如图2-3所示，其中图2显示的是根据本发明的一个具体实施例的第一镗刀100应用于图1所示航空发动机离心喷嘴的加工的示意图，图3显示的图2所示第一镗刀100的左侧轴向的投影视图，为显示清楚，图3中未显示图3中的航空发动机离心喷嘴。\n[0039] 如图2-3所示，第一镗刀100由刀杆11、刀体12、刀尖13组成，其中，刀尖13位于刀体\n12的末端，刀体12位于刀尖13与刀杆11之间，且刀体12的投影面位于刀杆11的投影面的内部并偏置于刀杆11的投影面的中心的一侧。亦即，与现有常规技术惯常采用的同心结构的刀具不同，本发明的镗刀采用了新型偏心设置的刀体结构，不但为铁屑排出和冷却液输送提供了更大的空间通道，而且可以获得更大的刀体厚度，提高了刀体12的刚度，易保证加工质量，一把镗刀能够加工10个零件，可以相对现有技术提供5-10倍的加工寿命，可高质高效保证批量生产的需要，大大降低了加工成本和废品率。详细来说，如果刀体12采用同心结构，则为了让出足够铁屑排出和冷却液输送的空间，则刀体只能采用很细的截面，刚度很小。而从图3可以明显看出，采用了偏心结构的刀体12，刀体12的下部可以空出全部的孔径下部空间，为铁屑排出和冷却液输送提供了更大的空间通道，不容易由于铁屑阻塞、高温无法冷却导致刀具断裂。同时从图3也可以看出，刀体12的上部结构基本上填充了大部分的孔径上部空间，大大提高了刀体12的刚度，从而可以极大提高刀体乃至整个刀具的寿命。\n[0040] 为便于上述偏心结构的刀体12的加工成型，图4显示的是根据本发明的一个具体实施例的第一镗刀的刀体的加工示意图，如图4所示，刀体12的横截面具有一个上弧面112和一个下弧面113，上弧面112和下弧面113的圆弧半径相同。在一个具体实施例中，所述上弧面112和下弧面113的圆弧半径为1.5mm。即，加工的时候，采用两个相交的圆形加工面进行加工，例如首先以1.5mm的圆形加工面车出上弧面112，然后平移一段距离即可以1.5mm的圆形加工面同样车出下弧面113，加工定位都特别方便，特别适用于本发明这种仅仅使用10次就需要更换的易损件的生产，大大降低了刀具的生产成本。\n[0041] 下面参照第一镗刀的局部放大视图对第一镗刀的细部结构进行说明。其中，图5显示的是图3中刀尖局部的投影放大图，如图5所示，刀尖13具有一个刀尖前角132和一个刀尖后角133，刀尖前角132为刀尖13向其加工方向前倾的角度，刀尖后角133为刀尖13背离其加工方向后倾的角度，在一个具体实施例中，刀尖前角132为5°，刀尖后角133为15°。上述刀尖前角132设置为前倾的5°可以提高刀具的耐磨性，刀尖后角133设置为15°可以便于铁屑排屑，避免铁屑阻塞划伤加工面。\n[0042] 图6显示的是图2中刀尖局部的放大图，如图6所示，刀尖13沿其纵向具有一个与垂直方向呈15°的主偏角136和一个与水平方向呈15°的锲角137。主偏角136和锲角137选择同样的角度便于刀具的加工，因此可以降低刀具的加工成本。在另一个具体实施例中，刀尖13的最大厚度H可通过公式H＝K×(A/2+R1)计算获得；其中\n[0043] K为调整系数，\n[0044] A为所述喷油孔(10)的直径，\n[0045] R1为所述球面(20)的半径。因为喷口1的喷油孔10留有加工余量，且由于主偏角\n136的存在，因而刀尖13的最大厚度位置与喷油孔10的最小截面是水平错开了一段距离的，因此即便二者尺寸相同也不会造成干扰，且设定的刀尖13的这种最大厚度基本上达到了不干涉条件下的最大刚度厚度，提高了刀尖的结构寿命。所述调整系数K为根据排屑情况及冷却液流动所需空间进行多次试验所获得的经验参数，所述调整系数K的数值范围为0.6-\n0.9，通过公式：H＝K×(A/2+R1)所获得的所述刀尖13的最大厚度H，一方面可保障刚度要求，提升刀具使用寿命，另一方面可满足加工中排屑及冷却液流动的需要。\n[0046] 在一个具体实施例中，刀尖13和刀体12之间设置有第一过渡锥面125。即从图6中可见，第一过渡锥面125是一个变锥角的结构，其可避免刀具干扰。\n[0047] 在另一个具体实施例中，刀体12和刀杆11之间设置有第二过渡锥面115，第二过渡锥面115的最大锥角为40°。本实施例的结构设计同样是为了避免加工时刀具的干扰。\n[0048] 在还有一个具体实施例中，为了适应本发明的反向钩镗的加工工艺，本发明优选第一镗刀100加工时刀尖13是向下的，从而利用了刀背部分偏心的刚度，提高了刀具的寿命。\n[0049] 本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。\n[0050] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。