本發(fā)明涉及鈦合金構(gòu)件切削，具體為一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，大型鈦合金構(gòu)件作為航空傳動(dòng)系統(tǒng)的受力和包容部件，具有局部壁薄弱剛性、尺寸精度和加工表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，其切削穩(wěn)定性和加工質(zhì)量對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)服役性能有著重要影響。車削此類構(gòu)件內(nèi)表面時(shí)，切削力作用下構(gòu)件結(jié)構(gòu)、剛性多變，各工序剛度場(chǎng)與殘余應(yīng)力再平衡和加工變形具有不確定性，其加工誤差和加工質(zhì)量一致性難以精確控制。

2、切削層面積不僅影響切削變形，而且直接影響切削力和加工表面形貌，是控制切削穩(wěn)定性和加工質(zhì)量的重要工藝變量。采用立式車削加工中心連續(xù)切削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面時(shí)，受機(jī)床和構(gòu)件結(jié)構(gòu)、剛度的約束，刀具切削姿態(tài)和進(jìn)刀路線無(wú)法在大范圍內(nèi)變化，刀具與構(gòu)件表面加工傾角存在較大差別，使得多個(gè)加工表面的切削層面積并不相等，導(dǎo)致切削力載荷變動(dòng)大，切削穩(wěn)定性和加工質(zhì)量難以得到有效控制。

3、已有的車削大型圓錐面構(gòu)件切削層參數(shù)解算和工藝設(shè)計(jì)方法，僅以控制單個(gè)加工表面的切削力和加工質(zhì)量指標(biāo)為目標(biāo)，忽略加工傾角、刀具角度和切削參數(shù)之間匹配關(guān)系對(duì)多個(gè)加工表面的切削層面積的影響，無(wú)法滿足車削構(gòu)件多個(gè)加工表面切削層面積一致性的要求和加工質(zhì)量一致性要求，有必要對(duì)車削大型鈦合金構(gòu)件切削層參數(shù)和車削工藝設(shè)計(jì)方法進(jìn)行優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，包括以下步驟：

3、步驟一，解算車削內(nèi)表面殘留切削層面積：確定鈦合金構(gòu)件內(nèi)表面結(jié)構(gòu)、切削層參數(shù)及其進(jìn)刀路線，設(shè)定刀具切削加工傾角α為0°的構(gòu)件內(nèi)圓柱面，加工傾角α為34.6°的構(gòu)件內(nèi)圓錐面和加工傾角α為-90°的構(gòu)件小端底面，計(jì)算刀具主切削刃、副切削刃與刀具進(jìn)給速度的夾角，計(jì)算刀具工作主偏角和工作副偏角，確認(rèn)切削構(gòu)件內(nèi)圓柱面、內(nèi)圓錐面和小端底面的切削層面積受名義切削面積和殘留切削層面積影響；

4、步驟二，分析加工傾角對(duì)切削層面積的影響特性：采用相同刀具，保持刀具與鈦合金構(gòu)件軸線的姿態(tài)角不變，同時(shí)采用相同切削參數(shù)車削構(gòu)件內(nèi)表面，切削加工傾角為0°內(nèi)圓柱面和加工傾角為-90°小端底面的切削層面積相等，采用匹配的刀具車削具有不同加工傾角的構(gòu)件內(nèi)表面，可獲得具有高一致性的切削層面積；

5、步驟三、分析與評(píng)判切削層面積一致性：獲得刀尖角分別為80°和55°車刀，切削具有不同加工傾角內(nèi)表面的切削層面積，車削構(gòu)件內(nèi)表面切削層面積一致性的解算和評(píng)判方法為：

6、

7、其中，δad為切削層面積的一致性評(píng)價(jià)指標(biāo)，i、j分別為不同構(gòu)件內(nèi)表面，admi、admj分別為內(nèi)表面i、j的名義切削層面積，adhi、adhj分別為內(nèi)表面i、j的殘留切削層面積，adi、adj分別為內(nèi)表面i、j的切削層面積，且adj小于adi；

8、評(píng)價(jià)指標(biāo)δad越小，則車削構(gòu)件內(nèi)表面切削層面積一致性越高；

9、步驟四、確認(rèn)切削層面積一致性：設(shè)定車削構(gòu)件內(nèi)表面的切削層面積的一致性最高的目標(biāo)，以車削構(gòu)件內(nèi)表面切削力允許的切削層面積和刀具不發(fā)生切削干涉為約束條件，以刀具初始主偏角、刀尖角、刀尖圓弧半徑和每轉(zhuǎn)進(jìn)給量為變量，針對(duì)車削具有不同加工傾角的構(gòu)件內(nèi)表面，得到車削大型鈦合金構(gòu)件內(nèi)表面一致的結(jié)果。

10、進(jìn)一步的，步驟一中，刀具主切削刃s、副切削刃s’與刀具進(jìn)給速度vf的夾角κs、κs'分別為：κs＝270°-(α+κr0)、κs′＝270°-(α+κr0+εr)；

11、其中，α為加工傾角，κr0為刀具初始主偏角，εr為刀尖角。

12、進(jìn)一步的，步驟一中，刀具工作主偏角κr和工作副偏角κr'分別為：

13、

14、進(jìn)一步的，步驟一中，切削構(gòu)件內(nèi)圓柱面、內(nèi)圓錐面和小端底面的切削層面積ad受名義切削面積adm和殘留切削層面積adh影響；

15、ad＝adm-adh，adm＝f×ap；

16、其中，f為工件每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，ap為切削深度。

17、進(jìn)一步的，當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑為0時(shí)，殘留切削層面積為：

18、-90°＜α＜90°-(κr0+εr)和90°-κr0＜α＜90°。

19、進(jìn)一步的，當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑大于0時(shí)，且f>2rεsinκr'時(shí)，殘留切削層面積為：

20、

21、其中，hmax1為f>2rεsinκr'時(shí)的最大殘留高度，rε為刀尖圓弧半徑。

22、進(jìn)一步的，當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑大于0時(shí)，且f≤2rεsinκr'時(shí)，殘留切削層面積為：

23、

24、其中，hmax2為f≤2rεsinκr'時(shí)的最大殘留高度。

25、進(jìn)一步的，步驟二中，基于步驟一獲得具有不同加工傾角內(nèi)表面的切削層面積，其中，鈦合金構(gòu)件內(nèi)徑為484mm至824mm，構(gòu)件大端內(nèi)圓柱面、內(nèi)圓錐面和小端底面加工傾角分別為0°、34.6°和-90°，刀具初始主偏角κr0為95°，刀尖角εr為80°，刀尖圓弧半徑為0，切削深度ap分別為0.2mm、0.4mm、0.6mm。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

27、(1)本發(fā)明揭示出車削大型鈦合金構(gòu)件內(nèi)圓柱面、內(nèi)圓錐面和小端底面過(guò)程中，加工傾角、刀具工作主偏角、工作副偏角、刀尖圓弧半徑、進(jìn)刀方向、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量、切削深度對(duì)殘留切削層面積和實(shí)際切削層面積的影響，解決了已有工藝設(shè)計(jì)方法忽略內(nèi)表面加工傾角變化引起切削層面積變化問(wèn)題，和車削多個(gè)內(nèi)表面切削層面積不一致問(wèn)題。

28、(2)本發(fā)明可用于車削大型鈦合金構(gòu)件刀具角度選擇、工藝方案設(shè)計(jì)和加工表面形貌與切削力解算，為實(shí)現(xiàn)大型鈦合金構(gòu)件高效、高穩(wěn)定性車削加工提供基礎(chǔ)模型和工藝方法。

技術(shù)特征：

1.一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于：步驟一中，刀具主切削刃s、副切削刃s’與刀具進(jìn)給速度vf的夾角κs、κs'分別為：κs＝270°-(α+κr0)、κs′＝270°-(α+κr0+εr)；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于：步驟一中，刀具工作主偏角κr和工作副偏角κr'分別為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于：步驟一中，切削構(gòu)件內(nèi)圓柱面、內(nèi)圓錐面和小端底面的切削層面積ad受名義切削面積adm和殘留切削層面積adh影響；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于：當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑為0時(shí)，殘留切削層面積為：

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于：當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑大于0時(shí)，且f>2rεsinκr'時(shí)，殘留切削層面積為：

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于：當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑大于0時(shí)，且f≤2rεsinκr'時(shí)，殘留切削層面積為：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，其特征在于：步驟二中，基于步驟一獲得具有不同加工傾角內(nèi)表面的切削層面積，其中，鈦合金構(gòu)件內(nèi)徑為484mm至824mm，構(gòu)件內(nèi)圓柱面的大端、內(nèi)圓錐面和小端底面加工傾角分別為0°、34.6°和-90°，刀具初始主偏角κr0為95°，刀尖角εr為80°，刀尖圓弧半徑為0，切削深度ap分別為0.2mm、0.4mm、0.6mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種控制車削大型鈦合金構(gòu)件多個(gè)內(nèi)表面切削層面積的方法，包括四個(gè)步驟，車削內(nèi)表面殘留切削層面積的解算方法、加工傾角對(duì)切削層面積的影響特性、切削層面積一致性分析與評(píng)判方法、切削層面積一致性的工藝設(shè)計(jì)方法與工藝方案；本方法提出控制車削大型鈦合金構(gòu)件內(nèi)表面切削層面積的方法，該方法依據(jù)車削大型鈦合金構(gòu)件內(nèi)表面時(shí)，刀具與加工表面之間的加工傾角變化及其對(duì)加工表面殘留切削層面積的影響，提出車削構(gòu)件內(nèi)表面的切削層面積及其一致性的解算方法，以多個(gè)加工表面的切削層面積一致性最高為設(shè)計(jì)目標(biāo)，獲取車削大型鈦合金構(gòu)件內(nèi)表面的工藝設(shè)計(jì)方案。

技術(shù)研發(fā)人員：褚圣先,姚宏軍,董鵬,姜彬,趙培軼,汪子康,王長(zhǎng)清,李寶特
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航發(fā)哈爾濱東安發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/18