本發(fā)明涉及一種大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度車削工藝設(shè)計方法。具體涉及車削圓錐面構(gòu)件上下端面和外圓錐面最大殘留高度解算方法，加工表面錐角對加工表面最大殘留高度影響的分析方法，下上端面和外圓錐面最大殘留高度一致性解算方法，每轉(zhuǎn)進量臨界值解算方法和大型圓錐面構(gòu)件車削工藝設(shè)計方案。

背景技術(shù)：

1、大型鈦合金圓錐面構(gòu)件直徑400mm至900mm，高度240mm，此類構(gòu)件作為航空傳動系統(tǒng)關(guān)鍵件，其切削加工表面首先必須實現(xiàn)精確控形，達到極高的幾何形狀精度要求，以滿足高疲勞壽命和高可靠服役性能要求。車削是加工大型鈦合金圓錐面構(gòu)件的主要工藝方法，此類構(gòu)件車削加工表面最大殘留高度不僅直接影響切削層面積，而且影響構(gòu)件的加工表面粗糙度和面形精度，是控制大型鈦合金圓錐面構(gòu)件加工精度的重要指標(biāo)。

2、車削大型圓錐面構(gòu)件下上端面和外圓錐面時，其已加工表面應(yīng)滿足最大殘留高度值低，且一致性高的要求。構(gòu)件加工表面錐角，刀具刀尖角、刀尖圓弧半徑、刀具主偏角、副偏角和進刀方向、每轉(zhuǎn)進給量是影響加工表面最大殘留高度的重要因素，上述工藝參數(shù)選擇不當(dāng)，不僅會導(dǎo)致刀具與工件發(fā)生切削干涉，而且直接影響加工表面最大殘留高度的大小和分布的一致性。已有的車削大型圓錐面構(gòu)件加工表面最大殘留高度解算和工藝設(shè)計方法，僅以控制單個加工表面最大殘留高度為目標(biāo)，忽略加工表面錐角和副切削刃、刀尖圓弧、每轉(zhuǎn)進給量之間匹配關(guān)系對加工表面最大殘留高度影響，無法滿足構(gòu)件多個加工表面最大殘留高度一致性的要求和加工面形精度的要求，有必要對大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度車削工藝設(shè)計方法進行研究。

3、本發(fā)明針對大型鈦合金圓錐面構(gòu)件高效、高品質(zhì)加工需求，研究車削圓錐面構(gòu)件下上端面和外圓錐面最大殘留高度及其關(guān)鍵工藝控制變量，提出上下端面和外圓錐面最大殘留高度一致性和每轉(zhuǎn)進量臨界值解算方法，結(jié)合大型鈦合金圓錐面構(gòu)件車削工藝實驗，構(gòu)建加工表面最大殘留高度解算模型，提出大型圓錐面構(gòu)件車削工藝設(shè)計方案，以提高車削大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度一致性和加工表面質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，而提出的一種大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度車削工藝設(shè)計方法。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度車削工藝設(shè)計方法，包括如下步驟：

4、s1.首先解算車削圓錐面構(gòu)件下上端面和外圓錐面最大殘留高度，刀具切削刃s、切削刃s'與刀具進給速度vf的夾角κs、κs'分別為：

5、κs＝270°-(α+κr0)，κs′＝270°-(α+κr0+εr)?，????????(1)

6、式中，κr0為刀具初始主偏角，κs為刀具切削刃s沿順時針與進給方向的夾角，κs'為刀具切削刃s'沿順時針與進給方向的夾角，α為加工表面錐角，vfs為沿刀具切削刃s方向的進給速度，vfs'為沿刀具切削刃s'方向的進給速度，εr為刀尖角，vf'為刀具切削刃s與s'所確定的刀具與工件干涉區(qū)內(nèi)的進給速度；

7、刀具切削刃s、切削刃s'與刀具進給速度vf的夾角κs、κs'分別為：

8、

9、式中，εr為刀尖角，κr為刀具工作時的主偏角，κr'為刀具副偏角，κs'為刀具切削刃s'沿順時針與進給方向的夾角，κs為刀具切削刃s沿順時針與進給方向的夾角，s與s'確定的刀具與工件干涉區(qū)內(nèi)的進給方向；

10、刀具切削構(gòu)件外表面時，最大殘留高度hmax為：

11、

12、式中，α為加工表面錐角，κr0'為刀具初始副偏角，κr0為刀具初始主偏角，εr為刀尖角，f為工件每轉(zhuǎn)的進給量，hmax為殘留高度；

13、其中，加工表面錐角α的取值范圍為：

14、90°-κr0＜α＜270°-(κr0+εr)，或-90°-κr0＜α＜90°-(κr0+εr)?????????(12)

15、式中，α為加工表面錐角，κr0'為刀具初始主偏角，κr0為刀具初始主偏角，εr為刀尖角；

16、s2.根據(jù)步驟s1算出的參數(shù)，對加工表面錐角對加工表面最大殘留高度影響的分析，刀具切削過程中，其與工件發(fā)生干涉的加工表面錐角為：

17、90°-(κr0+εr)＜α＜90°-κr0?(13)

18、式中，α為加工表面錐角，κr0為刀具初始主偏角，εr為刀尖角，可刀具初始主偏角和刀尖夾角直接影響刀具與工件干涉區(qū)域的大小，采用該式可判別所選用的刀具切削具有不同加工表面錐角的構(gòu)件外表面是否發(fā)生切削干涉。

19、s3.根據(jù)s1步驟所計算出的刀具和大型圓錐面構(gòu)件加工的數(shù)據(jù)參數(shù)，通過上下端面和外圓錐面最大殘留高度一致性進行解算，上下端面和外圓錐面最大殘留高度一致性的解算方法為：

20、

21、式中，i、j分別為具有不同加工表面錐角的構(gòu)件外表面，δhmax為構(gòu)件i、j外表面最大殘留高度差值，hmaxj(αj,κr0j,εrj,fj)是構(gòu)件外表面最大殘留高中的最小值，δhmax是構(gòu)件外表面最大殘留高度分布一致性評判指標(biāo)，可獲得使兩個構(gòu)件外表面最大殘留高度分布一致性達到最好的切削工藝參數(shù)；

22、s4.當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑大于0mm時，車削大型鈦合金構(gòu)件外表面瞬時切削層關(guān)系,利用兩圓弧刃相交形成的最大殘留高度和切點s'r，獲得進給量臨界值fs'r為：：

23、

24、式中，rε為刀尖圓弧半徑，sr為刀具切削刃s與刀尖圓弧切點，s'r為刀具副切削刃s'與刀尖圓弧切點；

25、當(dāng)進給量小于臨界值fs'r時：

26、當(dāng)進給量大于臨界值fs'r時：

27、

28、式中，是進給量小于臨界值fs'r時加工表面最大殘留高度，是進給量大于臨界值fs'r時加工表面最大殘留高度；

29、采用刀具初始主偏角κr0分別為95°，對應(yīng)刀尖角εr為80°，刀尖圓弧為0.4mm和0mm時，車削直徑400mm至900mm大型圓錐面構(gòu)件外表面最大殘留高度解算結(jié)果的對比結(jié)果；

30、s5.依據(jù)步驟s1、s2、s3、s4的解算分析結(jié)果，采用刀尖圓弧半徑為0.4mm的切削參數(shù)方案，進行車削直徑400mm至900mm大型圓錐面構(gòu)件外表面驗算，獲得加工表面最大殘留高度結(jié)果，依據(jù)驗算結(jié)果，對加工表面最大殘留高度進行修正：

31、hmax＝kα×hmax'???(18)

32、式中，hmax'是修正后的加工表面最大殘留高度，kα是修正系數(shù)；

33、其中，當(dāng)加工表面錐角為-90°時，修正系數(shù)kα為1.663，當(dāng)加工表面錐角為33°時，修正系數(shù)kα為2.451，并且獲得的上、下端面和外圓錐面的最大殘留高度，解算結(jié)果與實驗結(jié)果的誤差小于6％，其分布表現(xiàn)出相近特性。

34、優(yōu)選的，所述步驟s1中的式(4)、式(5)為刀具初始主偏角與刀尖角、加工表面錐角影響每轉(zhuǎn)進給量對最大殘留高度影響程度，同時發(fā)現(xiàn)，采用相同刀具，保持刀具與工件軸線的姿態(tài)角不變，同時采用相同切削參數(shù)，車削具有不同加工表面錐角的構(gòu)件外表面，通常其最大殘留高度并不相等。

35、優(yōu)選的，所述步驟s1中的采用的式(4)、式(5)獲得兩把刀具車削大型鈦合金構(gòu)件外表面的最大殘留高度hmax隨每轉(zhuǎn)進給量f變化曲線，其中兩把刀具初始主偏角κr0分別為95°與93°，對應(yīng)刀尖角εr分別為80°與55°。構(gòu)件內(nèi)徑400mm至900mm，構(gòu)件下上端面和外圓錐面加工表面錐角分別為-90°和33°

36、優(yōu)選的，所述步驟s2中的式(6)為刀具初始主偏角和刀尖夾角直接影響刀具與工件干涉區(qū)域的大小，采用式(6)判別所選用的刀具切削具有不同加工表面錐角的構(gòu)件外表面是否發(fā)生切削干涉，并獲得車削大型鈦合金構(gòu)件外表面的最大殘留高度hmax隨加工表面錐角α變化曲線和刀具切削干涉區(qū)域，其中兩把刀具初始主偏角κr0分別為95°與93°，對應(yīng)刀尖角εr分別為80°與55°，每轉(zhuǎn)進給量f為0.1mm/r，采用不同刀具，保持刀具與工件軸線的姿態(tài)角不變，同時采用相同切削參數(shù)，車削構(gòu)件外表面，刀具加工過程中的干涉區(qū)域不同

37、優(yōu)選的，所述步驟s2中的式(4)、式(7)獲得車削大型鈦合金構(gòu)件上下端面和外圓錐面的最大殘留高度一致性關(guān)系圖，其中兩把刀具初始主偏角κr0分別為95°與93°，對應(yīng)刀尖角εr分別為80°與55°，每轉(zhuǎn)進給量f分別為0.08mm/r、0.09mm/r、0.10mm/r。

38、優(yōu)選的，所述步驟s1中的式(4)通過改變初始主偏角、刀尖角和每轉(zhuǎn)進給量，可有效減小車削兩個構(gòu)件外表面的最大殘留高度差值δhmax。

39、優(yōu)選的，所述步驟s1中的式(4)、式(5)和步驟s4中的式(9)、式(10)解算出刀具初始主偏角κr0分別為95°，對應(yīng)刀尖角εr為80°，刀尖圓弧為0.4mm和0mm時，車削直徑400mm至900mm大型圓錐面構(gòu)件外表面最大殘留高度解算結(jié)果的對比結(jié)果。

40、優(yōu)選的，所述步驟s4中的式(9)、式(10)解算獲得出刀尖圓弧半徑為0.4mm的三個表面最大殘留高度解算結(jié)果，上、下端面和外圓錐面的最大殘留高度，解算結(jié)果與實驗結(jié)果的誤差小于6％。

41、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)效果和優(yōu)點：該大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度車削工藝設(shè)計方法，本發(fā)明依據(jù)構(gòu)件下上端面和外圓錐面與工件軸線所形成的錐角，及其對加工表面殘留高度的影響，構(gòu)建加工表面最大殘留高度一致性解算模型，利用加工表面錐角與刀具刀尖角、刀尖圓弧半徑、刀具主偏角、副偏角和進刀方向、每轉(zhuǎn)進給量之間的匹配關(guān)系，獲取車削大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度一致性的工藝設(shè)計方案，顯著減小了加工表面最大殘留高度解算模型的誤差，有效提高了車削大型圓錐面構(gòu)件加工表面殘留高度一致性。