一种薄壁端齿环加工方法与流程

1.本发明属于航空薄壁件加工技术领域，具体涉及一种薄壁端齿环加工方法。


背景技术：

2.某型别航空发动机的主轴前锁紧座组件，是安装在发动机中央传动壳体内，控制精密传动零件，该组件中的单件为端齿环，该端齿环零件壁薄且端面棘齿较多，端面平面度误差要求较严，端齿环结构如图1所示，对发动机起着至关重要的作用。
3.端齿环零件轴向宽度5mm，壁厚最薄处仅为1.08mm，在环状端面上有222个40
°
的棘齿，其直立面一侧始终指向环中心，且棘齿最窄处仅有0.3mm，并有根部倒圆r0.25max，棘齿顶端面平面度仅为0.05mm。因零件壁厚较薄，加工时容易变形，端面平面度较难保证。端面棘齿底面较窄，且斜面呈展开状，对设备选择和刀具选型增加了难度。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种薄壁端齿环加工方法，利用该技术可以成功解决某发动机必换件国产化换件修理，解决因零件磨损换件需进口而导致整机无法修理的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.一种薄壁端齿环加工方法，包括如下步骤：
7.步骤1：控制变形
8.步骤1.1：夹持方案及毛坯结构确定
9.由于该零件为薄壁结构，且轴向宽度短、环端面积小，采用增加工艺台作为加持部位；根据零件总宽、切断刀宽度以及平整端面余量，确定毛坯轴向长度；根据余量切削方面因素考虑，确定毛料结构为环状毛坯结构；
10.步骤1.2：加工方案的确定
11.粗车毛坯内外表面的氧化层，首先平整端面，做为测量尺寸的基准，然后在靠近卡盘的端面位置，在毛坯外圆表面车一个环槽ⅰ，从而切断由夹持部位传递过来的形变延伸面，降低夹持力的影响；
12.然后，根据零件结构尺寸粗加工外轮廓，在零件切断端车出内外对称的环槽ⅱ，在精加工零件后切下零件时保证切断阻力给零件带来的形变应力；
13.步骤1.3：刀具的选择
14.根据零件结构选择加工刀具；为了保证单个齿形不变形，刀具材料选用硬质合金材料，且保证切削刃角度较小，从而避免齿牙变形及端面屈服变形；
15.步骤2：设备的选择
16.根据零件结构特征，完成零件轮廓的车削的同时完成棘齿特征的铣削，因此采用车铣复合加工中心；
17.步骤3：编制数控程序
18.编制车削循环、棘齿铣削加工及切断程序；
19.步骤4：零件加工
20.运行数控程序，完成车削、铣削和切断工序，通过对零件一次装夹完成零件加工。
21.步骤3中，编制车削循环、棘齿铣削加工及切断程序，其中棘齿铣削加工编制具体为：
22.为了避免出现分度误差累积的现象，无法满足第一齿和最后一个齿的宽度要求，将原有角度参数赋值改为公式代入方式，即c1＝360/222，将变量c1带入角度命令的程序行中c＝c1，利用数控程序控制分度精度，从而控制每齿的位置精度，减少累积误差。
23.步骤4中，零件加工，运行数控程序，完成车削、铣削和切断工序，通过对零件一次装夹完成零件加工，具体为：
24.步骤4.1：粗车加工，车削循环主要是针对零件轮廓的加工，所需刀具有外圆车刀、内孔车刀及环槽车刀；车削时为减少切削力造成的形变，先采用外圆车刀粗加工外轮廓，再采用内孔车刀粗加工内轮廓，最后采用环槽车刀加工环槽ⅰ和环槽ⅱ，且每次吃刀深度不大于0.2mm；
25.步骤4.2：铣削
26.棘齿的铣削过程分为粗加工、半精加工、精加工三步，每次完整加工一个圆周后在进行下一步加工，使得棘齿的齿厚一致，分布均匀，同时，通过数控程序控制每刀切削深度，保证端面平面度在0.03mm以内；
27.步骤4.3，精车加工，再次通过外圆车刀及内孔车刀对外轮廓和内轮廓进行精车加工；
28.步骤4.4：切断，采用环槽车刀进行切断处理，切断时采用内外双向切削的方式进行切断加工，防止单向切削时零件受力不均匀。
29.本发明的技术效果为：
30.采用本发明方法加工薄壁端齿环后，解决了某发动机必换件国产化换件修理，解决因零件磨损换件需进口而导致整机无法修理的问题。端齿环的单件成本为5000元，单台数量为件，年修理量为200台，年节约成本为：5000
×1×
200＝100万元。此项技术可应用于各型号发动机薄壁件加工，具有广泛的推广意义。
附图说明
31.图1本发明的端齿环结构示意图，其中图1a为零件示意图；图1b为图1a的b向示意图；图1c为图1b局部放大示意图；图1d为图1a的a-a向示意图；
32.图2本发明零件防止变形环槽加工示意图；
33.图3本发明棘齿刀具示意图；
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
35.一种薄壁端齿环加工方法，包括如下步骤：
36.步骤1：控制变形
37.步骤1.1：夹持方案及毛坯结构确定
38.由于该零件为薄壁结构，且轴向宽度短、环端面积小，不利于单件径向夹持及轴向
夹持的装夹方式，因此采用增加工艺台作为加持部位；
39.根据零件总宽、切断刀宽度以及平整端面余量，确定毛坯轴向长度为40mm；根据较少余量切削方面考虑，确定毛料结构为外圆直径124mm、内孔直径90mm、宽度40mm的环状毛坯结构；
40.步骤1.2：加工方案的确定
41.粗车毛坯内外表面的氧化层，夹持一端光面，本实施例中夹持长度为10mm，车削另一端；
42.首先平整端面，做为测量尺寸的基准，然后在靠近卡盘的端面位置，在零件外圆表面车出一个宽3mm的环槽ⅰ，从而切断由夹持部位传递过来的形变延伸面，释放夹紧力和切削应力，降低夹持力的影响；
43.然后，根据零件结构尺寸粗加工外轮廓，在零件切断端车出内外对称的环槽ⅱ，本实施例中环槽ⅱ壁厚残留为2mm，环槽宽度6mm，在精加工零件后切下零件时保证切断阻力给零件带来的形变应力；而后进行零件的精加工；如图2所示；
44.步骤1.3：刀具的选择
45.根据零件结构选择加工刀具，其中加工端面棘齿的刀具比较特殊；根据零件端面棘齿特征采用成型加工，但考虑到每个单齿的结构特点，需要保持单个齿形不变形，因此刀具材料选择切削性能较高的硬质合金材料，同时选择切削刃角度较小的刀具，减小切削阻力，从而避免齿牙变形及端面屈服变形；本实施例中加工端面棘齿的刀具采用专用棘齿刀具，如图3所示；
46.步骤2：设备的选择
47.根据零件结构，需要完成零件轮廓的车削，同时完成棘齿特征的铣削，因此设备采用车铣复合加工中心，通过对零件一次装夹，完成车削、铣削及切断。
48.步骤3：编制数控程序
49.根据车削-铣削-切断的步骤，编制车削循环和铣削循环程序，其中棘齿铣加工程序需特殊要求，具体为：
50.由于该零件为222个棘齿均匀分布在圆周端面上，刀具应每加工一次零件旋转1.621621
°
，若编程赋值时将角度数值精确到小数点后三位，会出现分度误差累积的现象，无法满足第一齿和最后一个齿的宽度要求，从而影响位置度0.15mm的要求；因此需要将角度参数赋值改为公式代入方式，即c1＝360/222，将变量c1带入角度命令的程序行中c＝c1，利用数控程序控制分度精度，从而控制每齿的位置精度，减少累积误差。
51.步骤4：零件加工
52.步骤4.1：粗车加工，车削循环主要是针对零件轮廓的加工，所需刀具有外圆车刀、内孔车刀及环槽车刀；车削时为减少切削力造成的形变，先采用外圆车刀粗加工外轮廓，再采用内孔车刀粗加工内轮廓，最后采用环槽车刀加工环槽ⅰ和环槽ⅱ，且每次吃刀深度不大于0.2mm；其中外圆车刀型号为cnmg120404、内孔车刀型号为ccmt09t302，环槽车刀型号为gip3.0-0.4；
53.步骤4.2：铣削
54.棘齿的铣削过程分为粗加工、半精加工、精加工三步，每次完整加工一个圆周后在进行下一步加工，使得棘齿的齿厚一致，分布均匀，同时，通过数控程序控制每刀切削深度，
保证端面平面度在0.03mm以内；
55.步骤4.3，精车加工，再次通过外圆车刀及内孔车刀对外轮廓和内轮廓进行精车加工；
56.步骤4.4：切断，采用环槽车刀进行切断处理，切断时采用内外双向切削的方式进行切断加工，防止单向切削时零件受力不均匀。