一种涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺及加工装置
技术领域
[0001] 本
发明涉及机械工艺技术领域，特别涉及一种涡轮盘类零件
榫槽边缘光整加工工艺。
背景技术
[0002] 随着中国机械工业的发展，越来越多的机械设备已得到广泛使用。
[0003] 在航空技术领域，航空
发动机已经日趋成熟。航空发动机也叫航空飞机主发动机，是一种非常复杂的动
力装置，以外储箱中的液氢/液
氧为推进剂。航空发动机的组成结构很多，包括涡轮、
燃料泵、
燃烧室、各类
阀门及
万向节等。其中以燃烧室最为重要，其主要用于把高压空气与燃油混合燃烧，将
化学能转化为
热能，形成高温高压的燃气。
[0004] 涡轮盘是航空发动机涡轮
转子中的关键部件，在高温高压及复杂动
载荷下高速旋转，工作环境极其恶劣。涡轮盘榫槽部位与
叶片榫头部位相配合，由于叶片受力复杂，对盘榫槽的
接触面相互作用，使得涡轮盘榫槽边缘成为产生
应力集中的薄弱环节，如何提高涡轮盘榫槽边缘的表面
质量显得尤为重要。为了改善零件的外观质量，提高零件表面的
耐磨性，充分发挥每个零件的功能，保证产品的整机性能，零件在获得规定的尺寸
精度、几何精度之后，如尚未达到表面质量的要求，还要根据需要进行去除毛刺、
飞边、刀痕，以降低表面粗糙度值，改善表面应力状态，消除零件表面上残留的各种
缺陷等工作。
[0005] 在
现有技术中，对于涡轮盘类零件榫槽的
倒角及倒圆加工，传统的加工方式为钳工手工作业。此种工艺的工作劳动强度大，加工效率低，并且加工质量不稳定，难以满足航空发动机的质量要求。
[0006] 因此，如何降低涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺的手工操作强度，提高加工效率和质量，满足航空发动机的质量要求，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺，能够降低涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺的手工操作强度，提高加工效率和质量，满足航空发动机的质量要求。本发明的另一目的是提供一种涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工装置。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明提供一种涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺，包括：
[0010] 旋转
铣刀，并使所述铣刀沿预设路径进给，对所述工件上各榫槽的边缘进行倒角和/或倒圆；
[0011] 旋转所述工件及毛刷，并使所述毛刷沿预设路径进给，对所述工件上各榫槽的边缘进行
抛光。
[0012] 优选地，将工件安装到夹具上后，还包括：
[0013] 检测工件相对于加工面的
位置参数，并在旋转铣刀前根据检测到的位置参数对铣刀的预设路径进行修正。
[0014] 优选地，在检测工件相对于加工面的位置参数时，对所述工件的表面进行喷气并去除表面附着物。
[0015] 优选地，在将工件安装到夹具上时，调整工件的安装位置，并使工件的外圆跳动小于0.05mm。
[0016] 优选地，在对所述工件上各榫槽的边缘进行倒圆时，通过圆弧插补方式控制所述铣刀加工预设半径的圆弧。
[0017] 优选地，旋转铣刀时，使其转速达到20000～25000r/min；对所述工件上各榫槽的边缘进行倒角和/或倒圆时，使其进给速度达到600～700mm/min。
[0018] 优选地，旋转所述工件及毛刷时，使所述工件与所述毛刷的转向相反。
[0019] 本发明还提供一种涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工装置，包括：
[0020] 夹具，用于安装工件；
[0021] 铣刀，用于对所述工件上各榫槽的边缘进行倒角和/或倒圆；
[0022] 毛刷，用于对所述工件上各榫槽的边缘进行抛光；
[0023] 主控中心，用于旋转所述铣刀并使其沿预设路径进给，以及旋转所述工件及毛刷，并使所述毛刷沿预设路径进给。
[0024] 优选地，所述铣刀具体为硬质
合金球头铣刀。
[0025] 优选地，所述毛刷表面上涂覆有金刚石磨粒。
[0026] 本发明所提供的涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺，主要包括三步，分别为：将工件安装到夹具上；旋转铣刀，并使铣刀沿预设路径进给，对工件上各榫槽的边缘进行倒角和/或倒圆；旋转工件及毛刷，并使毛刷沿预设路径进给，对工件上各榫槽的边缘进行抛光。其中，第一步的主要内容为工件的安装，将工件安装到夹具上固定，避免在后续步骤中产生振动。第二步的主要内容为倒角和/或倒圆的加工，通过动力驱动铣刀高速旋转，再控制铣刀沿着预设路径进行运动，实现进给，从而使得铣刀接触工件，对工件上各榫槽的边缘进行加工。此处由于某些涡轮盘类零件榫槽边缘只需倒角，同时某些涡轮盘类零件榫槽边缘又只需倒圆，而还存在部分涡轮盘类零件榫槽边缘既需要倒角又需要倒圆，因此铣刀可按照实际要求进行对应的加工操作。第三步的主要内容为榫槽边缘的抛光，通过动力同时驱动工件和毛刷高速旋转，再控制毛刷沿着预设路径进行运动，实现进给，从而使得毛刷接触工件，将工件上的不平整余量去除，从而对工件上各榫槽的边缘进行抛光。如此，本发明所提供的涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺，通过数控加工自动完成工件榫槽边缘的倒角、倒圆及抛光操作，大幅降低了手工操作强度，提高了加工效率和质量，从而更加容易达到航空发动机的质量要求。本发明所提供的涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工装置，其有益效果如上所述。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028] 图1为本发明所提供的一种具体实施方式中的加工工艺
流程图。
具体实施方式
[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0030] 请参考图1，图1为本发明所提供的一种具体实施方式中的加工工艺流程图。
[0031] 在本发明所提供的一种具体实施方式中，涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺主要包括三个步骤，分别为：将工件安装到夹具上；旋转铣刀，并使铣刀沿预设路径进给，对工件上各榫槽的边缘进行倒角和/或倒圆；旋转工件及毛刷，并使毛刷沿预设路径进给，对工件上各榫槽的边缘进行抛光。
[0032] 其中，在第一步中，主要内容为工件的安装，将工件安装到夹具上固定，避免在后续步骤中产生振动。具体的，由于工件为涡轮盘类零件，其整体形状呈圆盘状，因此可用对应的盘状夹具进行安装，比如倒角机夹具等，将工件中央位置的通孔插入到夹具上的固定轴上，通过
齿轮啮合互相紧固，同时工件的上下表面与夹具的两端面紧贴。
[0033] 在第二步中，主要内容为倒角和/或倒圆的加工。具体的，可通过动力驱动铣刀高速旋转，比如通过
电机或机床动力系统等带动铣刀旋转，一般可将铣刀的转速提升至24000r/min。当然，铣刀的转速还可为20000、21000、22000、23000、25000r/min或20000～
25000r/min之间的任意转速值。当铣刀到达预设转速后，即可控制铣刀使其沿着预设路径运动，实现进给。显然，该预设路径是根据工件上各榫槽的具体形状而设定的，可使铣刀沿着预设路径进给时对榫槽的边缘进行加工，比如倒角、倒圆等。需要说明的是，某些涡轮盘类零件榫槽边缘只需倒角，同时某些涡轮盘类零件榫槽边缘又只需倒圆，而还存在部分涡轮盘类零件榫槽边缘既需要倒角又需要倒圆，因此铣刀可按照实际要求进行对应的加工操作。此处，铣刀对工件上各榫槽的边缘进行加工时，可将其进给速度保持在690mm/min。当然，铣刀的进给速度还可为600、610、620、630、640、650、660、670、680、700mm/min或600～
700mm/min之间的任意速度值。
[0034] 在第三步中，主要内容为榫槽边缘的抛光。具体的，可通过动力驱动工件和毛刷高度旋转，其中工件自然在夹具上回转运动，而毛刷可在
驱动轴等的带动下旋转。当毛刷达到预设转速后，即可控制毛刷使其沿着预设路径运动，实现进给。毛刷的预设路径同铣刀的预设路径类似，均是根据工件上各榫槽的具体形状而设定的，可使毛刷沿着预设路径进给时对榫槽的边缘进行加工，将榫槽边缘的部分不平整余量去除，从而将榫槽抛光。
[0035] 如此，本发明所提供的涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工工艺，通过数控加工自动完成工件榫槽边缘的倒角、倒圆及抛光操作，大幅降低了手工操作强度，提高了加工效率和质量，从而使涡轮盘类零件更加容易达到航空发动机的质量要求。
[0036] 另外，为了提高铣刀和毛刷对工件榫槽边缘的加工精度，本实施例在第一步与第二步之间增设了检测步骤。具体的，可在第一步完成之后，即将工件安装到夹具上之后，通过位置
传感器等检测工件相对于加工面的位置参数。比如，工件一般为圆盘状，而夹具也呈圆盘状，那么其加工面即为夹具的某个圆形表面。工件安装到夹具上后，要求工件的圆心与夹具表面的圆心同轴，而在安装时，很可能会出现偏差，导致两者实际上并不同轴。为此，在本步骤中，将工件相对于加工面的位置参数检测出后，即可对铣刀的预设路径进行修正，使其预设路径考虑到安装偏差的影响，从而在铣刀高速旋转并对工件榫槽边缘进行加工时，提高倒角、倒圆精度。
[0037] 进一步的，在检测工件相对于加工面的位置参数时，可同时采取提高检测精度措施，比如可通过
喷枪对工件的表面进行喷气，利用高速气流的冲击力将工件表面的附着物、杂质、抛光油等去除。如此，即可通过提高对工件的安装位置精度从而提高铣刀的预设路径的修正精确度。
[0038] 基于同样的考虑，在通过夹具安装工件时，可微调工件的安装位置，并不断测量工件的安装位置，保证工件的安装公差满足要求。比如，可使工件的外圆跳动处于0～0.05mm之间等。
[0039] 此外，若涡轮盘类零件的榫槽需要进行倒圆，则在通过铣刀对榫槽边缘进行加工时，可通过圆弧插补方式控制铣刀在榫槽边缘加工出符合预设半径的圆弧。当然，还可以通过直线插补方式或复杂曲线实时插补
算法等方式控制铣刀的加工操作。此处优选地，倒圆的圆弧半径一般可为R0.2～R0.5，或R0.5～R0.7之间。
[0040] 另外，在毛刷对工件榫槽边缘进行抛光前，需要将工件及毛刷均高速旋转。此处优选地，可将工件与毛刷的旋向相反，比如，在相同的参考面下，工件可为顺
时针旋转，而毛刷可为逆时针旋转。如此，工件和毛刷之间的相对转速即为两者转速值之和，大幅提高了单位时间内毛刷与工件榫槽边缘的接触面积，从而提高了毛刷对工件榫槽边缘的抛光效果和抛光效率。
[0041] 本发明还提供一种涡轮盘类零件榫槽边缘光整加工装置，主要包括夹具、铣刀、毛刷和主控中心。其中，夹具主要用于安装工件，而铣刀主要用于对工件上各榫槽的边缘进行倒角和/或倒圆，毛刷主要用于对工件上各榫槽的边缘进行抛光，而主控中心则用于控制铣刀旋转并使其沿自身的预设路径进给，同时控制工件及毛刷旋转，并使毛刷沿着自身的预设路径进给。
[0042] 在关于铣刀的一种优选实施方式中，该铣刀具体可为硬质合金球头铣刀，该硬质合金球头铣刀特别适应于复杂三维曲面加工，其具有独特的刀刃形状(S型或螺旋型)，加工精度较高。当然，该铣刀还可以为平头铣刀、成型铣刀等类型。
[0043] 在关于毛刷的一种优选实施方式中，该毛刷可根据工件上各榫槽的边缘加工位置的不同而分为横向毛刷和纵向毛刷，毛刷的方向区分是为了更容易地与工件榫槽边缘表面相接触，具体形状选择需要根据工件的情况而定。同时，本实施例还在毛刷的表面上涂覆了金刚石磨粒，如此，毛刷的硬度和耐久度得到大幅提升，从而提高了对工件榫槽边缘表面的抛光光滑度，使得粗糙度大幅降低，满足航空发动机的质量要求。当然，毛刷表面不仅可以涂覆金刚石磨粒，还可以涂覆刚玉等
研磨材料。
[0044] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
