减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法和机匣

摘要

本发明公开了一种减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法和机匣，精密深孔处加工预留的加工余量为3a，分三次进刀加工至最终尺寸，三次进刀加工包括第一次进刀、第二次进刀和第三次进刀；三次进刀加工包括以下步骤：S1：进行第一次进刀加工，第一次进刀的进刀量a1为S2：测量精密深孔的孔径尺寸，计算剩余加工余量A，进行第二次进刀加工，第二次进刀的进刀量a2为a2＝A－a1；S3：再测量精密深孔的孔径尺寸，计算最终加工余量B，进行第三次进刀加工，第三次进刀的进刀量a3为B。本发明的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，通过三次进刀加工，利用让刀规律自动补偿消除让刀误差，提高切削稳定性，保证精密深孔的加工精度和表面质量。

权利要求

1.一种减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，用于钛合金或高温合金机匣精密深孔的加工，其特征在于，精密深孔处加工预留的加工余量为3a，利用减振镗刀采用相同的线速度和进给参数分三次进刀加工至最终尺寸，三次进刀加工包括第一次进刀、第二次进刀和第三次进刀；

三次进刀加工包括以下步骤：

S1：进行第一次进刀加工，所述第一次进刀的进刀量a1为S2：测量精密深孔的孔径尺寸，计算剩余加工余量A，进行第二次进刀加工，所述第二次进刀的进刀量a2为a2＝A－a1；

S3：再测量精密深孔的孔径尺寸，计算最终加工余量B，进行第三次进刀加工，所述第三次进刀的进刀量a3为B。

2.根据权利要求1所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，其特征在于，所述减振镗刀的刀杆长径比大于7。

3.根据权利要求1所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，其特征在于，所述第一次进刀的进刀量a1为所述减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4；和/或所述第二次进刀的进刀量a2为所述减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4；和/或所述第三次进刀的进刀量a3为所述减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4。

4.根据权利要求1所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，其特征在于，步骤S1中第一次进刀加工的让刀量w1为w1＝kx×a1，其中：kx为修正系数，a1为第一次进刀的进刀量；

第一次进刀加工的实际去除量Y1为Y1＝a1－w1。

5.根据权利要求4所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，其特征在于，步骤S2中，剩余加工余量A为A＝3a－Y1；

第二次进刀加工实际切削量为a2+w1；

第二次进刀加工的让刀量w2为w2＝kx×(a2+w1)；

第二次进刀加工的实际去除量Y2为Y2＝a2+w1－w2。

6.根据权利要求5所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，其特征在于，步骤S3中，最终加工余量B为B＝3a－Y1－Y2；

第三次进刀加工实际切削量为a3+w2；

第三次进刀加工的让刀量w3为w3＝kx×(a3+w2)；

第三次进刀加工的实际去除量Y3为Y3＝a3+w2－w3。

7.根据权利要求6所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，其特征在于，所述第三次进刀加工的实际去除量Y3与所述最终加工余量B之间存在加工误差Δa；

所述加工误差Δa小于等于0.0009。

8.根据权利要求3所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，其特征在于，三次进刀加工所采用的减振镗刀的刀尖圆角半径R为0.15mm～0.25mm。

9.一种采用权利要求1至8任一项所述的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法制备获得的机匣。

说明书

减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法和机匣

技术领域

[0001] 本发明涉及航空发动机机匣精密深孔加工领域，特别地，涉及一种减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法。此外，本发明还涉及一种包括上述减振刀具自动补偿切削
精密深孔的加工方法的制备获得的机匣。

背景技术

[0002] 航空发动机复杂钛合金、高温合金机匣上经常有一些精密深孔，主要用于安装配合轴承或精密构件等，其尺寸精度、形位要求及表面质量要求极高，直径公差0.01～0.015，
圆柱度小于0.005，同轴度小于0.01，表面粗糙度小于Ra0.4μm，采用数控机床加工，刀具需
要避开零件结构干涉悬伸长，刀杆长径比较大，加工振动大，一般采用减振刀具加工。

[0003] 减振刀具通过阻尼减振的方式，提高刀杆的动刚度，减小刀具切削振动，提升精密孔加工精度。减振刀具是弹性结构，刀杆静态刚性不强，切削时存在较大的让刀现象，特别
是针对钛合金、高温合金零件，切削性能差，切削抗力大，让刀现象更明显。切深越大，切削
力越大，让刀量也相应增大。

[0004] 如图1所示，进刀量为a0，切削时刀杆变形产生让刀，让刀量为w0，实际去除余量为a01，即w0＝a0－a01，切削后刀具回弹至进刀点，因此，加工时需要摸索不同切深时的让刀量，
效率低，极易导致尺寸超差。通常为了更好的保证尺寸精度，一般需要不断进刀3次～5次，
加工至最终尺寸，且最后两三次进刀量可能只有0.005mm～0.01mm，切深远小于刀尖圆角，
切削包容角太小从而产生径向切削力，同时易造成切削刃快速磨损，切削不平稳，影响精密
孔的加工精度和表面质量。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法和机匣，以解决减振镗刀加工时让刀量不稳定，反复补偿加工效率低、切削刃快速磨损、尺寸稳定性差的技术
问题。

[0006] 本发明采用的技术方案如下：

[0007] 一种减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，用于钛合金或高温合金机匣精密深孔的加工，精密深孔处加工预留的加工余量为3a，利用减振镗刀采用相同的线速度和
进给参数分三次进刀加工至最终尺寸，三次进刀加工包括第一次进刀、第二次进刀和第三
次进刀；

[0008] 三次进刀加工包括以下步骤：

[0009] S1：进行第一次进刀加工，第一次进刀的进刀量a1为

[0010] S2：测量精密深孔的孔径尺寸，计算剩余加工余量A，进行第二次进刀加工，第二次进刀的进刀量a2为a2＝A－a1；

[0011] S3：再测量精密深孔的孔径尺寸，计算最终加工余量B，进行第三次进刀加工，第三次进刀的进刀量a3为B。

[0012] 进一步地，减振镗刀的刀杆长径比大于7。

[0013] 进一步地，第一次进刀的进刀量a1为减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4；和/或，第二次进刀的进刀量a2为减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4；和/或，第三次进刀的
进刀量 a3为减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4。

[0014] 进一步地，步骤S1中第一次进刀加工的让刀量w1为w1＝kx×a1，其中：kx为修正系数， a1为第一次进刀的进刀量；第一次进刀加工的实际去除量Y1为Y1＝a1－w1。

[0015] 进一步地，步骤S2中，剩余加工余量A为A＝3a－Y1；第二次进刀加工的实际切削量为 a2+w1；第二次进刀加工的让刀量w2为w2＝kx×(a2+w1)；第二次进刀加工的实际去除量 
Y2为Y2＝a2+w1－w2。

[0016] 进一步地，步骤S3中，最终加工余量B为B＝3a－Y1－Y2；第三次进刀加工的实际切削量为a3+w2；第三次进刀加工的让刀量w3为w3＝kx×(a3+w2)；第三次进刀加工的实际去
除量Y3为Y3＝a3+w2－w3。

[0017] 进一步地，第三次进刀加工的实际去除量Y3与加工余量B之间存在加工误差Δa，加工误差Δa小于等于0.0009。

[0018] 进一步地，三次进刀加工所采用的减振镗刀的刀尖圆角半径R为0.15mm～0.25mm。

[0019] 根据本发明的另一方面，还提供了一种采用上述减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法制备获得的机匣。

[0020] 本发明具有以下有益效果：

[0021] 本发明的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，用于加工钛合金或高温合金机匣精密深孔，选用精加工的加工余量3a分三次进刀，并采用相同的线速度、进给参数，
即每次进刀的进刀量接近a，从而保证每次切削让刀量基本一致。由于减振刀具为弹性结
构，精加工时每次进刀产生的让刀量与回弹量基本一致，由此第二进刀、第三进刀的实际切
削量为此次进刀量与上一次进刀回弹量之和。第二次进刀量a2选择为A－a1，是为了在一定
程度上消除第一次进刀产生的让刀量w1，并利用每次进刀产生的让刀量互相抵消补偿，使
第二次进刀实际切削量与第三次进刀实际切削量基本一致，从而达到两次切削让刀量差值
无限小的目的，在最终第三次切削时，第二次切削的让刀回弹量与第三次切削让刀量基本
可以相互抵消，确保第三次加工的实际去除量与测得的最终的加工余量B基本一致，最大程
度上消除让刀误差，以获得更高地尺寸精度。因此，减振刀具采用上述切削进刀策略加工，
利用每次进刀的让刀规律自动补偿消除让刀误差，避免了摸索不同进刀时的让刀量，操作
者无需反复谨慎进刀，操作方法更简易便捷，从而提高加工效率。同时，避免了因反复进刀
未控制好让刀量造成尺寸超差，避免进刀量远小于减振镗刀的刀尖圆角时切削刃快速磨
损，切削稳定性更好，提高了精密孔的加工精度和表面质量。上述减振刀具自动补偿切削精
密深孔的加工方法应用范围广，还可应用于其它刚性较差的刀具加工精密孔的情况，并提
高了精密深孔的加工精度、表面质量，延长了刀具的寿命。

[0022] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

[0023] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

[0024] 图1是本发明的现有减振刀具切削让刀示意图；

[0025] 图2是本发明优选实施例的减振刀具三次进刀过程示意图，以及；

[0026] 图3是本发明优选实施例的加工误差Δa与kX关系曲线图。

[0027] 附图标号说明：

[0028] 1、粗加工表面；2、精加工表面。

具体实施方式

[0029] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

[0030] 图1是本发明的现有减振刀具切削让刀示意图；图2是本发明优选实施例的减振刀具三次进刀过程示意图；图3是本发明优选实施例的加工误差Δa与kX关系曲线图。

[0031] 如图2所示，本实施例的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，用于钛合金或高温合金机匣的精密深孔的加工，精密深孔处加工预留的加工余量为3a，利用减振镗刀
采用相同的线速度和进给参数分三次进刀加工至最终尺寸，三次进刀加工包括第一次进
刀、第二次进刀和第三次进刀；

[0032] 三次进刀加工包括以下步骤：

[0033] S1：进行第一次进刀加工，第一次进刀的进刀量a1为

[0034] S2：测量精密深孔的孔径尺寸，计算剩余加工余量A，进行第二次进刀加工，第二次进刀的进刀量a2为a2＝A－a1；

[0035] S3：再测量精密深孔的孔径尺寸，计算剩余加工余量B，进行第三次进刀加工，第三次进刀的进刀量a3为B。

[0036] 本发明的减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法，用于加工钛合金或高温合金机匣精密深孔，选用精加工的加工余量3a分三次进刀，并采用相同的线速度、进给参数，
即每次进刀的进刀量接近a，从而保证每次切削让刀量基本一致。由于减振刀具为弹性结
构，精加工时每次进刀产生的让刀量与回弹量基本一致，由此第二进刀、第三进刀的实际切
削量为此次进刀量与上一次进刀回弹量之和。第二次进刀量a2选择A－a1，是为了在一定程
度上消除第一次进刀产生的让刀量w1，并利用每次进刀产生的让刀量互相抵消补偿，使第
二次进刀实际切削量与第三次进刀实际切削量基本一致，从而达到两次切削让刀量差值无
限小的目的，在最终第三次切削时，第二次切削的让刀回弹量与第三次切削让刀量基本可
以相互抵消，确保第三次加工的实际去除量与测得的最终的加工余量B基本一致，最大程度
上消除让刀误差，以获得更高地尺寸精度。因此，减振刀具采用上述切削进刀策略加工，利
用每次进刀的让刀规律自动补偿消除让刀误差，避免了摸索不同进刀时的让刀量，操作者
无需反复谨慎进刀，操作方法更简易便捷，从而提高加工效率。同时，避免了因反复进刀未
控制好让刀量造成尺寸超差，避免进刀量远小于减振镗镗刀的刀尖圆角时切削刃快速磨
损，切削稳定性更好，提高了精密孔的加工精度和表面质量。上述减振刀具自动补偿切削精
密深孔的加工方法应用范围广，还可应用于其它刚性较差的刀具加工精密孔的情况，并提
高了精密孔的加工精度、表面质量，延长了刀具的寿命。

[0037] 本实施例中，减振镗刀的刀杆长径比大于7。基于钛合金或高温合金机匣的机构特性，减振刀具加工过程中需要避开零件结构干涉悬伸长，设计减振镗刀的刀杆长径比大于7
符合加工精密深孔的要求。

[0038] 本实施例中，第一次进刀的进刀量a1为减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4。和/或，第二次进刀的进刀量a2为减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4。和/或，第三次进
刀的进刀量a3为减振镗刀的刀尖圆角半径R的1/2～3/4。在进行精密深孔的精加工时，为保
证减振刀具的切削稳定性和减振刀具寿命，最佳进刀量一般选用刀尖圆角半径R的1/2～3/
4，同时为减小切削振动，应尽可能减小切削力，在合理范围内选择小进刀量，提高减振刀具
的锋利度。减振镗刀的刀尖圆角一般采用R0.2，进刀量通常为0.1mm左右。避免进刀量太小，
切削刃与加工表面挤压摩擦，导致切削刃快速磨损失效影响加工精度和表面质量，并避免
切削刃快速磨损，从而提高了刀具寿命，降低成本。

[0039] 如图2所示，本实施例中，步骤S1中第一次进刀加工的让刀量w1为w1＝kx×a1，其中： kx为修正系数，a1为第一次进刀的进刀量。第一次进刀加工的实际去除量Y1为Y1＝
0.9 0.75
a1－w1。上述w1＝kx×a1是基于径向切削力F获得的，径向切削力F为：F＝54×ap ×f ×
Kp，其中： ap为切深，f为减振镗刀每转进给量，即进给参数，Kp为修正系数，与工件材料力学
性能和刀具几何参数相关。根据上述关系式，在精密深孔精加工时，切深ap较小，径向切削
力F较小，在待加工零件材料、减振刀具几何参数、每转进给量不变时，径向切削力F和切深
ap近似成正比，同时减振镗刀为弹性结构，当径向切削力F不大时，切削让刀量wp与径向切削
力F近似成正比，从而得出让刀量wp与切深ap近似成正比，即wp＝kX×ap，kX为修正系数。因
此，即第一次进刀加工的让刀量w1与第一次进刀的进刀量a1近似成正比的关系。

[0040] 如图2所示，本实施例中，步骤S2中，剩余加工余量A为A＝3a－Y1。第二次进刀加工的实际切削量为a2+w1。第二次进刀加工的让刀量w2为w2＝kx×(a2+w1)。第二次进刀加工
的实际去除量Y2为Y2＝a2+w1－w2。上述剩余加工余量A为A＝3a－Y1，由于第一次进刀加工
后让刀回弹，a1＝a，第二次进刀加工的进刀量a2＝A－a1＝A－a＝3a－Y1－a＝3a－(a－ 
w1)－a＝a+w1。第二次进刀加工的实际切削量a2+w1＝a+w1+w1＝a+2w1。让刀量w2＝kx×
(a2+w1)＝kx×(a+2w1)。第二次进刀加工的实际去除量Y2为Y2＝a2+w1－w2＝a+2w1 －w2。

[0041] 如图2所示，本实施例中，步骤S3中，最终加工余量B为B＝3a－Y1－Y2。第三次进刀加工的实际切削量为a3+w2。第三次进刀加工的让刀量w3为w3＝kx×(a3+w2)。第三次进刀
加工的实际去除量Y3为Y3＝a3+w2－w3。上述最终加工余量B为B＝3a－Y1－Y2，B＝a3＝3a 
－Y1－Y2＝3a－(a－w1)－(a+2w1－w2)＝a+w2－w1。由于第二次进刀加工后让刀回弹，第
三次进刀加工的实际切削量a3+w2＝a+2w2－w1。第三次进刀加工的让刀量w3＝kx×(a3 +
w2)＝kx×(a+2w2－w1)。实际去除量Y3为Y3＝a3+w2－w3＝a+2w2－w1－w3。

[0042] 本实施例中，第三次进刀加工的实际去除量Y3与加工余量B之间存在加工误差Δ2
a。上述Δa＝B－Y3＝(a+w2－w1)－(a+2w2－w1－w3)＝w3－w2＝kx ×(4kx－1)×a。如图3 
所示，假设a为1时，建立坐标曲线，Δa与kx为比例关系曲线。钛合金、高温合金零件精密深
孔加工时，进给参数适中，每次进刀量a不大于0.2mm时，kx约为0.05～0.15，Δa通常为 ‑
0.0018～‑0.0004。精加工通常采用R0.2刀尖圆角，为保证表面质量、刀具寿命和切削稳定
性，每次进刀量a一般仅能选0.1mm左右，可以得出精密深孔加工误差Δa为‑0.0002～‑
0.0009。最终确定，精密深孔最大加工误差为0.0009，且可忽略不计。由于加工过程中测量
方法不变，测量误差小，综合考虑测量精度，镗刀进刀误差，精密深孔尺寸的加工精度可以
达到0.002。

[0043] 本实施例中，刀尖圆角半径R为0.15mm～0.25mm。

[0044] 如图2所示，上述减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法的具体步骤：

[0045] 以某型钛合金机匣精密深孔Φ50(0，+0.01)加工为例，减振镗刀的刀杆直径小于Φ40，悬伸长度接近310mm，刀杆长径比大于7，采用减振刀具加工。线速度Vc为50m/min，每
转进给量f为0.025mm，精加工刀尖圆角R0.2，每次进刀量平均为0.1mm左右。

[0046] S1、采用普通标准镗刀进行半精加工，使精密深孔预留约0.3mm精加工余量，加工余量大致接近0.3mm即可，测量获得孔实际加工余量0.27mm，采用减振镗刀进行精加工，分
三次进刀，第一次进刀的进刀量0.09mm，为实际加工余量的三分之一；

[0047] S2、测量精密深孔的孔径，计算剩余加工余量A为0.19mm，减振镗刀进行第二次进刀的进刀量为0.10mm，即0.19mm－0.09mm＝0.10mm；

[0048] S3、测量精密深孔的孔径，计算最终加工余量B为0.092mm，减振镗刀进行第三次进刀的刀量为0.092mm，加工至最终尺寸，获得精加工表面2。上述获得的精密深孔尺寸的加工
精度可以达到0.002以内。

[0049] 根据本发明的另一方面，还提供了一种采用上述减振刀具自动补偿切削精密深孔的加工方法制备获得的机匣。通过上述减振刀具自动补偿切削精密深孔的方制备获得的钛
合金或高温合金制备的机匣的精密深孔尺寸的加工精度可以达到0.002以内，符合机匣设
计要求。

[0050] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修
改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。