1、申請(qǐng)上海交通大學(xué)工程碩士學(xué)位論文高效精密樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)制備準(zhǔn)則及其試驗(yàn)研究學(xué) 校：上海交通大學(xué)院 系：機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院工程領(lǐng)域：機(jī)械制造及其自動(dòng)化交大導(dǎo)師：陳明 教授企業(yè)導(dǎo)師：孟璋琪 高工工程碩士：孟漪學(xué) 號(hào)：1090212030上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院2011年11月thesis submitted to shanghai jiao tong universityfor the degree of engineering masterthe design and manufacturing principle and the experiment study on high ef

2、ficiency and precise fir tree milling cutterm.d candidate：yi mengsupervisor()： min chensupervisor()： zhangqi mengspeciality： mechanical engineeringschool of mechanical engineeringshanghai jiaotong universityshanghai,p.r.china aug,2011上海交通大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用

3、的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 學(xué)位論文作者簽名：_ 日期：_上海交通大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)上海交通大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。本學(xué)位論文屬于 不保密。（請(qǐng)?jiān)谝陨戏娇騼?nèi)打“”）學(xué)位論文

4、作者簽名：_ 指導(dǎo)教師簽名：_日期：_ 日期：_高效精密樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)制備準(zhǔn)則及其試驗(yàn)研究摘 要金屬切削加工作為制造技術(shù)中最主要的工藝技術(shù)，決定著制造業(yè)中零件的加工效率、精度、質(zhì)量和成本。近幾十年來，高效先進(jìn)刀具得到了很大的發(fā)展，先進(jìn)刀具從材料及刀具結(jié)構(gòu)都發(fā)生了巨大的變化。本課題針對(duì)高效、高性能刀具的高效率、高速度、高精度和工業(yè)化生產(chǎn)的兩大需求，以樅樹型輪槽銑刀為列，來研究高效、高性能刀具的設(shè)計(jì)及其試驗(yàn)研究。樅樹型輪槽銑刀用來加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子根部輪槽，總體來說，目前我國加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)制造水平還比較低，尤其是精加工刀具還主要依賴進(jìn)口刀具為主。高效先進(jìn)樅樹型輪槽銑刀的研究，需

5、從刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刃磨仿真技術(shù)、制造工藝技術(shù)等多方面努力，以此提升我國汽輪機(jī)行業(yè)的制造技術(shù)水平以及參與國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，推動(dòng)工具行業(yè)快速持續(xù)發(fā)展。本文主要研究樅樹型輪槽銑刀的設(shè)計(jì)與制備，以及仿真技術(shù)對(duì)刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的應(yīng)用；通過建模仿真的研究，以此進(jìn)行刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)刀具切削影響的理論分析；同時(shí)通過加工現(xiàn)場(chǎng)切削試驗(yàn)，研究刀具加工時(shí)產(chǎn)生的切削力、切削溫度、切削振動(dòng)，對(duì)刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，從而解決先進(jìn)刀具應(yīng)用問題。關(guān)鍵詞：樅樹型輪槽銑刀，高效，精密，先進(jìn)刀具 the design and manufacturing principle and the experiment study on high

6、 efficiency and precise fir tree milling cutterabstractmetal cutting is one of the major processing technology in the manufacturing technology. it decides the machining efficiency, precision, quality and cost. in the past years, high efficiency and advanced tools have a prodigious development. advan

7、ced tools experience a great change from the material to the structure. this project aims to meet the two needs of high efficiency, high speed, high precision and industrial production. and the project takes example for the fir tree milling cutter, to study the design and experiment of the high effi

8、ciency and high performance tools.fir tree milling cutter is used to process the fir-type grooves in rotors. generally speaking, the manufacturing and designing level of the fir tree milling cutter is lower than some countries, especially the finishing tools major rely on the imports. so the study o

9、n high efficiency and advanced fir tree milling cutter must take effort to the structure designing, grinding simulation technology, manufacturing technology and so on. thus we can improve the manufacturing level of the steam turbine industry and competitive strength taking part in the international

10、market, in order to promote the rapid and sustainable development in the tools industry.this paper major study the application to the tool modeling and the grinding simulation of technology tool structure designing. through the study on the modeling simulation, we can have a theoretic analysis that

11、the design of tool structure has a impact on the tool cutting. also through the cutting experiment on the working scene, we can study the cutting force, cutting temperature, cutting vibration produced in the machining process. it can help us verify the design of tool structure in order to solve the

12、application of the advanced tools. key words：fir tree milling cutter，high efficiency，precise，advanced tools 目 錄目 錄第一章 緒論.11.1 引言11.2 研究歷程及其國內(nèi)外現(xiàn)狀11.3 課題的來源及研究意義31.4 課題的主要內(nèi)容3第二章 樅樹型輪槽銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備.42.1 研究工作背景介紹42.2 高效精密樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)研究42.2.1粗切樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)52.2.2半精切樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)82.2.3精切樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)102.2.4 樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)準(zhǔn)則132.3

13、 高效精密樅樹型輪槽銑刀制備132.3.1 傳統(tǒng)鏟磨工藝分析142.3.2 樅樹型輪槽銑刀高效、精密磨削工藝分析152.4 本章小結(jié)16第三章 樅樹型輪槽銑刀建模仿真研究.173.1 建模仿真研究基本思想173.2 樅樹型輪槽銑刀建模仿真研究183.2.1樅樹型輪槽銑刀模型建立183.2.2 刀具切削溫度仿真預(yù)測(cè)分析203.2.3 刀具切削力仿真預(yù)測(cè)分析233.3 本章小結(jié)27第四章 樅樹型輪槽銑刀切削試驗(yàn)研究.284.1驗(yàn)內(nèi)容和方案284.1.1 試驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容284.1.2 試驗(yàn)方案284.2加工過程中的溫度分析324.3 切削加工過程中的力分析354.4切削加工過程中的振動(dòng)分析384.5

14、加工現(xiàn)場(chǎng)的切屑分析394.5.1粗加工刀具切屑形貌分析394.5.2半精加工刀具切屑形貌分析404.5.3精加工刀具切屑形貌分析414.6加工現(xiàn)場(chǎng)刀具磨損情況分析424.6.1粗加工刀具磨損分析424.6.2半精加工刀具磨損分析444.7本章小結(jié)47第五章 總結(jié)與展望485.1總結(jié)485.2本文的不足及展望48參考文獻(xiàn).50致 謝52攻讀碩士期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文.53 第一章 緒論1.1 引言隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)電力的需求呈快速增長之勢(shì)。近幾年來，我國電力需求增長每年達(dá)1520%左右。因此，我國電站建設(shè)壓力很大，而電站機(jī)組的單機(jī)容量也隨著大型火電設(shè)備設(shè)計(jì)制作技術(shù)的提高，趨向大型化。我國

15、大型火力發(fā)電廠的單機(jī)容量從300mw到亞臨界600mw等級(jí)，目前正在向超臨界1000mw等級(jí)大型汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)展。在今后數(shù)年內(nèi)，1000mw大型汽輪發(fā)電機(jī)組必將成為我國大型火力發(fā)電廠的主力機(jī)組1-4。汽輪機(jī)主要由轉(zhuǎn)子和靜體兩部分組成。轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)的核心部件，在高溫高壓的蒸汽介質(zhì)中，承受著離心力、彎矩和扭矩的作用，工作條件非常惡劣，因此，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子加工質(zhì)量的好壞將直接影響到整個(gè)汽輪機(jī)的性能，而輪槽的加工又是轉(zhuǎn)子加工中最為關(guān)鍵、最為困難的加工。百萬級(jí)水泵汽輪機(jī)輪槽結(jié)構(gòu)采用的是樅樹型輪槽，這種結(jié)構(gòu)的輪槽增大了葉根與輪槽的接觸面積，使載荷分布更加均勻，但其尺寸精度要求高，加工制造困難。這就給樅樹型輪槽

16、銑刀的設(shè)計(jì)帶來了很多問題，需要在刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)和刀具鍍層等方面進(jìn)行深入研究。金屬切削加工作為制造技術(shù)中最主要的工藝技術(shù)，決定著制造業(yè)中零件的加工效率、精度、質(zhì)量和成本5。即使到下個(gè)世紀(jì)切削加工仍將是機(jī)械制造業(yè)最基本最大量的工藝技術(shù)，必須給予充分重視。 充分認(rèn)識(shí)并努力推廣應(yīng)用先進(jìn)切削技術(shù)和高效刀具，提高加工生產(chǎn)效率，降低成本，加強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，已是我國機(jī)械制造業(yè)發(fā)展所面臨的需要盡快解決的重大問題6。就目前樅樹型刀具發(fā)展情況而言，國內(nèi)刀具行業(yè)起步晚、起點(diǎn)低，近年來日本、美國等工業(yè)發(fā)達(dá)國家相繼開發(fā)出輪槽分屑銑刀、硬質(zhì)合金鑲片等新型產(chǎn)品并用于生產(chǎn)，但價(jià)格非常昂貴。少數(shù)國內(nèi)骨干工具企業(yè)雖可

17、以生產(chǎn)部分加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用樅樹型輪槽銑刀，但在刀具品種、刀具質(zhì)量、刀具性能穩(wěn)定性和提供整體配套服務(wù)能力等方面與國外刀具制造商還有很大差距，使得國內(nèi)汽輪機(jī)行業(yè)用樅樹型輪槽銑刀仍以進(jìn)口為主。進(jìn)口刀具產(chǎn)品檔次高、形狀精度及位置精度高、加工產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性好、整體配套服務(wù)能力強(qiáng)。總體來說，目前我國加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)制造水平還比較低，尤其是精加工刀具還主要依賴進(jìn)口刀具為主。高效先進(jìn)樅樹型輪槽銑刀的研究，需從刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、刃磨仿真技術(shù)、制造工藝技術(shù)等多方面努力，以此提升我國汽輪機(jī)行業(yè)的制造技術(shù)水平以及參與國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力，推動(dòng)工具行業(yè)快速持續(xù)發(fā)展。1.2 研究歷程及其國內(nèi)外現(xiàn)狀由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)

18、子是采用整鍛轉(zhuǎn)子形式，加工時(shí)需要非常謹(jǐn)慎，一旦其中一個(gè)輪槽加工有誤，引起的損失將非常大，因此在加工前對(duì)加工的難點(diǎn)及可能引起的問題要進(jìn)行充分地分析。 如圖1、圖2：要加工的樅樹型分為內(nèi)外兩種形式： 圖1內(nèi)樅樹 圖2外樅樹 fig.1 internal fir-type fig.2 external fir-type在汽輪機(jī)制造行業(yè)，生產(chǎn)這些整體式轉(zhuǎn)子最耗時(shí)間工序之一是加工汽輪機(jī)葉根槽。 葉根槽是葉片在轉(zhuǎn)子上的定位點(diǎn)，最常見的葉根槽形式是樅樹型槽。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽的加工是一道非常重要同時(shí)又很復(fù)雜的工序。由于樅樹型葉根輪槽形狀復(fù)雜且精度要求高，通常采用成型法加工，主要方法包括成形拉削和成形銑削兩種：（

19、1） 成型拉削加工輪槽拉削效率較高，但需在專業(yè)拉床設(shè)備上完成，適合盤狀葉輪的加工，且輪槽拉刀價(jià)格昂貴，制造及修磨難度較大。對(duì)于整鍛轉(zhuǎn)子，目前尚不具備輪槽拉削的工藝條件和能力7。（2）成型銑削加工此種加工方法是目前行業(yè)內(nèi)最常用的加工方法。根據(jù)輪槽的大小及形狀一般采用3刀或4刀的加工方法（銑削包括開槽、粗銑型線和精銑，粗銑型線一般分為一刀或兩刀加工）。樅樹型輪槽采用3刀或4刀加工，由于其輪槽最窄處尺寸較小，銑刀對(duì)應(yīng)部位因刀具容屑槽等結(jié)構(gòu)尺寸的限制，刀具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和容屑能力受到限制，如直接采用成型粗銑進(jìn)行粗加工，切削量大，容易因切削抗力、振動(dòng)過大及切屑阻塞導(dǎo)致刀具斷裂。因此采用粗切、粗銑與精銑加工，

20、能有效減小刀具的切削用量，減小刀具切削負(fù)荷。樅樹型輪槽型線復(fù)雜，尺寸要求精度高，型線尺寸多為封閉尺寸。通常，樅樹型輪槽輪廓度公差范圍在0.070.10，主、次工作面間的間距誤差范圍在0.00910.013，產(chǎn)品精度要求很高，對(duì)于成形銑削加工而言，除設(shè)備及裝夾精度外，刀具精度是加工精度的主要影響因素，樅樹型輪槽銑刀的精度將直接影響被加工輪槽轉(zhuǎn)子的的精度。 高效精密樅樹型輪槽銑刀的制造涉及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、復(fù)雜槽形高效磨削兩大關(guān)鍵制造環(huán)節(jié)，每一個(gè)制造環(huán)節(jié)還涉及一系列的關(guān)鍵技術(shù)，雖然引進(jìn)了許多先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，但在一些關(guān)鍵制造技術(shù)方面還有待進(jìn)一步深入掌握技術(shù)原理和制造工藝。隨著設(shè)計(jì)制造水平的日益提高和刀具

21、廠家的不斷努力，國內(nèi)一些工具廠已能生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和形狀比較復(fù)雜的樅樹型輪槽銑刀，但精度較高的精切刀具仍以依賴進(jìn)口刀具為主。目前，隨著計(jì)算機(jī)硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，金屬切削過程的有限元仿真開始扮演越來越重要的角色。運(yùn)用有限元等計(jì)算機(jī)手段可以用較低成本揭示切削加工過程，且在較短時(shí)間內(nèi)獲得較為豐富的各種數(shù)據(jù)，對(duì)高效先進(jìn)刀具的設(shè)計(jì)有很大幫助。1.3 課題的來源及研究意義本課題來源于國家科技重大專項(xiàng)“汽車與航空發(fā)動(dòng)機(jī)用高效、高性能數(shù)控刀具”，課題編號(hào)2010zx04012-042。本項(xiàng)目針對(duì)高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)裝備的關(guān)鍵性工具之一高效、高性能、精密復(fù)雜、數(shù)控切削刀具開展研發(fā)，并形成產(chǎn)業(yè)化。由于國內(nèi)刀具行業(yè)起步晚、起

22、點(diǎn)低，先進(jìn)的刀具僅僅是隨著近年來數(shù)控機(jī)床的發(fā)展才開始研發(fā)生產(chǎn)，因此國產(chǎn)高性能刀具產(chǎn)品技術(shù)基礎(chǔ)比較薄弱，發(fā)展速度緩慢，競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。國外刀具行業(yè)能大舉搶灘中國市場(chǎng)的主要原因是：國外刀具產(chǎn)品檔次高、品種全、質(zhì)量穩(wěn)定性好、整體配套服務(wù)能力強(qiáng)，從而被廣泛應(yīng)用在發(fā)動(dòng)機(jī)零件精加工、高速高性能切削以及有特殊加工要求的地方，因此，諸多因素的綜合作用形成了國產(chǎn)刀具的被動(dòng)局面。通過本課題的研究，對(duì)于解決航空航天和汽車、能源設(shè)備等行業(yè)需要的高效、高性能、精密復(fù)雜、數(shù)控切削刀具的關(guān)鍵問題，對(duì)迅速改善刀具行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，提升我國高效、高性能刀具加工技術(shù)水平具有重大意義和實(shí)用價(jià)值。1.4 課題的主要內(nèi)容 本課題主要以樅樹型輪

23、槽銑刀為研究對(duì)象，以此研究高效、精密樅樹型輪槽銑刀的設(shè)計(jì)、制備和切削試驗(yàn)，具體研究?jī)?nèi)容如下：1). 對(duì)樅樹型輪槽銑刀的研究歷程以及國內(nèi)外的最新進(jìn)展及動(dòng)態(tài)作詳細(xì)的闡述；2). 主要研究高效、精密樅樹型輪槽銑刀的設(shè)計(jì)與制備。通過粗切、半精切、精切三種形式刀具的設(shè)計(jì)研究，形成樅樹型輪槽銑刀基本設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，在刀具制備方面，分析了樅樹型輪槽銑刀的精密磨削；3). 結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助手段，對(duì)樅樹型輪槽銑刀進(jìn)行建模仿真研究；通過建模仿真預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)出加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子用樅樹型輪槽銑刀的切削熱、切削力、殘余應(yīng)力大小，對(duì)高效精密刀具設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)論證；4). 通過樅樹型輪槽銑刀切削試驗(yàn)，研究樅樹型輪槽銑刀切削加工性能，包括加

24、工過程的熱分析，加工過程的力分析，加工過程的振動(dòng)分析，加工切屑分析，及刀具磨損情況分析，對(duì)刀具的切削性能做出綜合評(píng)價(jià)； 5). 對(duì)論文作總結(jié)和展望。第二章 樅樹型輪槽銑刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制備2.1 研究工作背景介紹汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸作為高速旋轉(zhuǎn)體，是在高溫、高壓和高速的工況下運(yùn)行的，工作條件十分惡劣，這就對(duì)零件的使用壽命和安全可靠性提出了很高的要求，尤其需要保證零件的加工精度和尺寸穩(wěn)定性，因此要求選擇的材料應(yīng)具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度、高的壽命以及優(yōu)良的導(dǎo)磁性能。一般來講，轉(zhuǎn)子軸材料多為高強(qiáng)度、高導(dǎo)磁、高塑性、高韌性及低脆性轉(zhuǎn)變溫度的鋼。轉(zhuǎn)子是汽輪機(jī)關(guān)鍵部件之一，其加工質(zhì)量直接關(guān)系到汽輪機(jī)性能。而轉(zhuǎn)子加工中最為

25、關(guān)鍵、最為困難的是輪槽的加工，保證了輪槽的加工質(zhì)量，就從根本上保證了轉(zhuǎn)子的加工質(zhì)量8。 從刀具角度看，樅樹型輪槽銑刀是轉(zhuǎn)子成型加工的刀具。銑刀在加工過程中由于切削環(huán)境的封閉性，（加工過程中會(huì)產(chǎn)生大量的切削力、切削熱、組織塑性變化、加工硬化），刀具磨損必然增加，同時(shí)由于所使用刀具型線的復(fù)雜性，刀具不同位置的切削用量、產(chǎn)生力和熱不同，必然會(huì)導(dǎo)致刀具磨損的不均勻性。這不僅會(huì)影響加工根槽的尺寸精度，還會(huì)影響刀具加工根槽的表面質(zhì)量。因此，合理選配輪槽銑刀將直接關(guān)系到輪槽型線尺寸精度和表面粗糙度，這就要求科研技術(shù)人員在研究過程中了解材料的力學(xué)性能和切削加工性，同時(shí)更要求選擇更好的刀具材料和參數(shù)角度及切削用

26、量。目前，汽輪機(jī)組市場(chǎng)需求量大，前景非常廣闊，針對(duì)上述汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的加工性能，給刀具設(shè)計(jì)提供了很大的發(fā)揮空間。2.2 高效精密樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)研究隨著汽輪機(jī)葉片、轉(zhuǎn)子制造新技術(shù)、新工藝的不斷發(fā)展，加工工藝也逐步要求在數(shù)控加工中心高效完成葉片葉根型線的加工。而加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽型線的樅樹型輪槽銑刀，從刀具材料到外形結(jié)構(gòu)都經(jīng)歷了發(fā)展。樅樹型輪槽銑刀齒形型線復(fù)雜，且型線尺寸多為封閉型的。在刀具設(shè)計(jì)時(shí)，合理選擇刀具的幾何參數(shù)，對(duì)刀具切削起著重要作用。在論文中，以規(guī)格p12樅樹型輪槽銑刀為例，以此來研究高效精密樅樹型輪槽銑刀的設(shè)計(jì)研究。p系列樅樹型輪槽為汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽的一種型式，p型輪槽的工作面與輪槽外

27、齒面的連線成一定的角度。此種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以增大葉片的葉根與轉(zhuǎn)子輪槽在裝配時(shí)的接觸面積，使兩者在裝配后能有更大的接觸面積，從而使輪槽載荷分布均勻，使汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子工作運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。規(guī)格p12樅樹型輪槽銑刀為p系列輪槽銑刀中規(guī)格最大的一種。由于該規(guī)格輪槽銑刀型線最大處外徑較大，因此汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽很難用一把刀切削加工下來。根據(jù)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)際切削情況，輪槽轉(zhuǎn)子分三道工序切削，每道工序分別采用為粗切刀，半精切刀和精切刀三種類型刀具，刀具均采用鏟齒結(jié)構(gòu)。為了提升刀具的切削效率，輪槽轉(zhuǎn)子型線加工從普通機(jī)床轉(zhuǎn)變到高效數(shù)控機(jī)床加工，從而刀具材料從普通高速鋼w18cr4v、w6mo5cr4v2也轉(zhuǎn)變到含鈷高速鋼m42，甚至

28、粉末冶金高速鋼asp2052等。由于在高速數(shù)控機(jī)床加工，要求刀具具有較高的轉(zhuǎn)速。因此，刀具材料為普通高速鋼時(shí)，已不能承受刀具高速切削時(shí)產(chǎn)生的大量熱量，容易引起刀具刃口過熱退火，破壞刀具表面質(zhì)量9-11。根據(jù)刀具的實(shí)際切削情況以及性價(jià)比綜合因素考慮，p12規(guī)格樅樹型輪槽銑刀采用牌號(hào)為m42的含鈷高速鋼。m42含鈷高速鋼材料的使用，大大增加了刀具紅硬性，能承受刀具在高速切削時(shí)產(chǎn)生的熱量，適合在高速、高效數(shù)控機(jī)床上加工。圖3 p12樅樹輪槽銑刀齒形fig.3 p12 fir tree milling cutter profile2.2.1粗切樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì) 粗切樅樹型輪槽銑刀是汽輪機(jī)輪槽轉(zhuǎn)子根部

29、切削加工的第一道工序，主要用來在汽輪機(jī)輪槽根部銑削出一條槽來（開槽），減小下兩道工序，半精加工與精加工的切削余量。由于輪槽最窄處尺寸較小，銑刀對(duì)應(yīng)部位因刀具容屑槽等結(jié)構(gòu)尺寸的限制，刀具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和容屑能力受到限制，如直接采用成型半精銑進(jìn)行粗加工，其切削量大，容易因切削抗力、振動(dòng)過大及切屑阻塞導(dǎo)致刀具斷裂，同時(shí)刀具在切削時(shí)將產(chǎn)生大量的切削熱和切削振動(dòng)。p12粗切樅樹型輪槽銑刀刀齒采用3條槽結(jié)構(gòu)，由于只是用來開槽，因此刀具齒形在前刃面的投影為一條直線。針對(duì)粗切樅樹型輪槽銑刀的加工特性，刀具在設(shè)計(jì)時(shí)，采用等前角與等螺旋角設(shè)計(jì)，p12粗切銑刀外形結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖4 p12粗切樅樹型輪槽銑刀fig.4

30、 p12 rough working milling cutter（1）等前角設(shè)計(jì)通常情況下，在刀具設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)?shù)卦龃笄敖莖，主偏角kc，能減小切削力，并減小振動(dòng)。刀具前角增大，能使刀具切削輕快、鋒利；但前角增大，又會(huì)在加工時(shí)會(huì)引起被加工件的齒形誤差。因此，通常建議在粗切刀具時(shí)，使用大前角，能增加刀具的切削力，提升刀具的切削效率； 粗切樅樹型輪槽銑刀在設(shè)計(jì)時(shí)采用等前角設(shè)計(jì)，等前角角度5。 錐形刃刀具如模具銑刀、錐度鉸刀、指形銑刀等在金屬切削加工領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，而這些刀具的等前角加工可以說是刀具制造的核心工藝之一。由于刀具外輪廓為錐形角為，為了使刀具在前刃面為等前角，因此錐形刃刀具由于每點(diǎn)外圓直

31、徑不同，前刃面上每點(diǎn)偏心都不同，此時(shí)刀具的前刃面已不再是一條單純的直線，而是與每一點(diǎn)外圓直徑相關(guān)的空間曲線12。圖5 刀具前角幾何關(guān)系fig.5 geometry relationship of rake angel由圖5所示幾何關(guān)系，可以計(jì)算出刀具前角偏心距e： e = r.sin （2.1）式中：r-刀具半徑，-刀具前角，e-刀具前角偏心距。由式2.1，可分別計(jì)算出刀具每點(diǎn)上不同的偏心距，同時(shí)我們也可看出在刀具前角不變的情況下，銑刀的偏心距與刀具的外徑有關(guān)，當(dāng)?shù)毒咄鈴皆谧兓瘯r(shí)，偏心距也改變。粗切樅樹型輪槽銑刀在小端處承受的較大切削力，小端處由于齒槽齒背較窄，其強(qiáng)度不及大端處的強(qiáng)度。樅樹型粗

32、切銑刀等前角的設(shè)計(jì)，使粗切樅樹型輪槽銑刀在小端與大端處的前角一致，當(dāng)小端處外徑較小時(shí)，根據(jù)公式2.1可得，刀具的偏心距也相對(duì)較小，從而可以保證刀具的齒背的寬度，增加刀具在小端處的強(qiáng)度。 （2）等螺旋角設(shè)計(jì)在刀具制造條件許可時(shí)，可適當(dāng)取大螺旋角。由于刀具切削速度矢量不垂直于切削刃，使用大螺旋角樅樹型輪槽銑刀加工轉(zhuǎn)子輪槽，成型銑刀就具備了斜切削功能，切削刃單位長度上負(fù)荷大為減少，從而獲得了切削的平穩(wěn)性，這為該類刀具快速轉(zhuǎn)、大切深、快走刀創(chuàng)造了條件，并且對(duì)該類成型銑刀的切削效率和耐用度都有顯著的提高。粗切樅樹型輪槽銑刀刀齒在切削時(shí)切削量和負(fù)荷均較大，為了使刀具在切削時(shí)輕快、平穩(wěn)，滿足粗切刀切削要求，

33、因此p12規(guī)格的粗切樅樹型輪槽銑刀刀具采用等螺旋角25設(shè)計(jì)。螺旋錐銑刀屬非標(biāo)準(zhǔn)刀具，適用于復(fù)雜曲面的加工。隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展和機(jī)械加工對(duì)象的復(fù)雜化，這類刀具的需求量有了大幅度的上升。等螺旋角為錐度銑刀又一核心設(shè)計(jì)技術(shù)，等螺旋角圓錐螺旋線的特點(diǎn)是螺旋線上任意一點(diǎn)的切線始終與母線成定角等螺旋角13-14。圖6 螺旋線導(dǎo)程與螺旋角和工件直徑的關(guān)系13fig.6 relationship between lead、helix angel and the diameter of workpiece由圖6可得：p = d/tan （2.2）式中：p-螺旋線導(dǎo)程，d-工件直徑，-螺旋角。由式2.2可知，當(dāng)導(dǎo)

34、程為常數(shù)時(shí)，如工件直徑為定值，則螺旋角也為一定值。當(dāng)螺旋線在錐體上時(shí)，由于工件直徑是一變量，在導(dǎo)程是一個(gè)常數(shù)時(shí)，螺旋角就隨著直徑的增大而增大；如果要求螺旋角是一個(gè)常數(shù)，即螺旋線上各點(diǎn)的螺旋角相等，則導(dǎo)程必然隨工件直徑的變化而變化，反應(yīng)到等螺旋角錐銑刀上，就表現(xiàn)為刀具型線上每點(diǎn)沿軸線方向上各處導(dǎo)程是不相等的。p12粗切樅樹型輪槽銑刀采用等螺旋角25，使用該大螺旋角樅樹型粗切銑刀加工汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子根部，由于刀具切削速度矢量不垂直于切削刃，成型銑刀就具備了斜切削功能，切削刃單位長度上負(fù)荷大為減少，從而獲得了切削的平穩(wěn)性15-18。通常由于刀具的小端處刀齒齒背較窄，因此刀具在切削時(shí)容易在小端處產(chǎn)生崩刃現(xiàn)象

35、。當(dāng)?shù)毒哌x取較大螺旋角，且為等螺旋角時(shí)，則刀具在切削刃上的每點(diǎn)螺旋角一致，且均為25，那樣刀具小端在切削時(shí)也能承受較大的切削力，使刀具切削輕快鋒利，能有效緩解刀具在小端處的崩刃現(xiàn)象。2.2.2半精切樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)（1）半精切輪槽銑刀的研制半精切樅樹型輪槽銑刀是汽輪機(jī)輪槽轉(zhuǎn)子輪槽根部切削加工的第二道工序，用來粗銑樅樹型輪槽轉(zhuǎn)子的型線。半精切銑刀與粗銑刀雖然都是輪槽根部的粗銑加工，其不同在于，粗銑刀用來在輪槽根部開槽，對(duì)加工精度要求相對(duì)較低。但半精切樅樹型輪槽銑刀，需要銑出樅樹型輪槽的粗型線，根據(jù)被加工輪槽轉(zhuǎn)子的大小，一般為精加工留0.200.40mm左右余量。若半精銑刀在齒距或型線尺寸上誤差

36、較大，接下來再通過下道工序精銑刀的加工，則很難保證精銑的尺寸。因此，對(duì)于半精銑刀的設(shè)計(jì)，其齒形精度應(yīng)與精銑刀相同，以此保證轉(zhuǎn)子輪槽精銑后的型線尺寸與精度。半精切刀具的齒形如圖7，其齒形是通過精切銑刀型線向內(nèi)平移0.22mm后得到該齒形。由圖7可見，半精切刀具型線也較為復(fù)雜。因此半精切刀具在設(shè)計(jì)時(shí)，除了要考慮切削強(qiáng)度方面的問題，還需考慮半精加工銑后的轉(zhuǎn)子輪槽型線能夠保證精加工的余量。圖7 半精切刀具輪廓fig.7 the contour of semi-finished milling根據(jù)工藝要求，一般轉(zhuǎn)子輪槽在加工時(shí)，半精加工可分為一刀或兩刀。在加工過程中，由于半精切輪槽銑刀與被加工輪槽轉(zhuǎn)子表

37、面的接觸面積較大，在切削時(shí)會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力，從而導(dǎo)致了刀具較大的切削力和較高的切削熱。此外，用半精切輪槽銑刀切削加工，被加工轉(zhuǎn)子輪槽表面的切屑面積較大，加工時(shí)產(chǎn)生的切屑難以盡快排除，當(dāng)走刀量過大時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，對(duì)切削效率和刀具使用壽命均產(chǎn)生很大影響。因此刀具在設(shè)計(jì)時(shí)，為使銑刀刃口各點(diǎn)在切削時(shí)較為平穩(wěn)，銑刀采用等前角10與等螺旋角5核心技術(shù)。（2）半精切輪槽銑刀的波形刃的研制半精切輪槽銑刀由于刀具型線的復(fù)雜，加工時(shí)與工件表面接觸面積比較多，銑刀還采用波形刃結(jié)構(gòu)。為了減少刀具在切削時(shí)的振動(dòng)以及提高刀具的耐用度，使刀具在切削時(shí)能暢快出屑，緩解刀具在切削時(shí)產(chǎn)生的切削熱，通常在半精切輪槽銑刀的每

38、條切削刃上，相應(yīng)磨出符合技術(shù)要求的幾條波形溝槽，即波形刃。在樅樹型輪槽銑刀的切削齒面上增加的波形刃，波形上下齒面分別采取圓弧連接，相鄰兩齒在軸向錯(cuò)開一定的距離。合理的波形刃設(shè)計(jì)，可使刀具在切削時(shí)減少與工件的接觸面積，刃口應(yīng)力分散，切削振動(dòng)小，切進(jìn)能力強(qiáng)，同時(shí)又使刀具切削厚度大，切削為厚而短的碎屑，排屑順暢，從而提高刀具工作效率高和工作壽命19-20。因此，根據(jù)刀具的實(shí)際切削情況，半精切樅樹型輪槽銑刀波形刃的研制需滿足波形刃在齒面上均勻分布，且波形具有一定的切削深度這兩個(gè)技術(shù)要點(diǎn)。波形刃波槽又稱為分屑槽，波形槽在每條切削刃上刃磨出的分屑槽是相互互補(bǔ)的，其軸向錯(cuò)開距離為每條切削刃的波形齒距/銑刀槽

39、數(shù)，其作用是用來起切削時(shí)斷屑作用。半精切輪槽銑刀在切削時(shí)，每條刀槽是在刀具高速旋轉(zhuǎn)時(shí)連續(xù)切削的，為使加工出來的零件表面具有較高的工件表面質(zhì)量，產(chǎn)品表面粗糙度符合加工要求，波形刃分屑槽的分布應(yīng)盡量均勻，使每條刀齒切削后，為下幾條刀齒留下均勻的余量，且使刀具在切削時(shí)每條切削刃盡可能受力均勻，從而使刀具均勻磨損，以此保證刀具的使用壽命。同時(shí)，波形刃分屑槽的槽深也影響刀具的使用壽命。當(dāng)槽深太深時(shí)，則會(huì)使刀具的強(qiáng)度下降。通常，由于結(jié)構(gòu)原因，刀具小端處的刀齒底部齒背寬度較窄，若分屑槽過深，刀具在小端處強(qiáng)度會(huì)下降，使原本就容易產(chǎn)生斷裂的小端齒槽增加了斷裂的危險(xiǎn)。當(dāng)槽深太淺時(shí)，又會(huì)使刀具重復(fù)修磨次數(shù)減少。因?yàn)?/p>

40、若波形分屑槽太淺，會(huì)影響刀具斷屑與排屑，失去分屑槽應(yīng)有的作用。通常，分屑槽深度取0.2-0.3mm左右，并根據(jù)實(shí)際加工情況及半徑切刀具型線尺寸進(jìn)行深度調(diào)整。以p12半精切樅樹型輪槽銑刀為例，p12半精切刀采用4刃結(jié)構(gòu)，每條刀槽上均分布波形分屑槽，如圖8所示。圖8 刀具波形刃分布示意圖fig.8 the distribution of milling wavy curve 圖8為四刃半精切銑刀的分屑槽分布(a、b、c、d分別代表銑刀的四條切削刃)，4條切削刃上的波形投影在同一個(gè)型線平面上應(yīng)如圖8分布。如圖8所示，每一條切削刃上的波形平均分布，周節(jié)均為1.6，相鄰切削刃的波形周節(jié)均為0.4（由每條

41、切削刃的波形齒距/銑刀槽數(shù)計(jì)算求得，即1.6除以4得）。銑刀在切削時(shí)， 第一條切削刃a刃先接觸被加工件進(jìn)行切削，當(dāng)a刃切削完畢，則銑刀在圓周上轉(zhuǎn)過一定角度，剩余二、三、四條切削刃即b、c、d刃依次參加切削。刀具在切削時(shí)，a刃上的分屑槽余量由b、c、d三條刃切削去除，b刃上的分屑槽余量由a、c、d三刃切削去除，c刃上的分屑槽余量由a、b、d三刃切削去除，d刃上的分屑槽余量由a、b、c三刃切削去除。銑刀切削時(shí)，在圓周上不停的做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這樣銑刀四條刀槽上的波形刃起到了在切削時(shí)分屑互補(bǔ)作用，同時(shí)由于波形的平均分布，使刀齒上每個(gè)參加切削的波形齒在切削時(shí)產(chǎn)生的切削力與切削熱均勻分布，能有效緩解刀具在切削

42、時(shí)產(chǎn)生的切削振動(dòng)，使切削平穩(wěn)。與四刃銑刀類似，三刃銑刀的分屑槽分布也應(yīng)遵循上述均勻分布原則。2.2.3精切樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)輪槽精銑刀是汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽加工最終成型的刀具，因此刀具精度是加工精度的主要影響因素。輪槽精銑刀其廓形是在專用機(jī)床上，進(jìn)行鏟磨加工最終形成。刀具精度主要通過刀具的加工工藝，刀具齒面鏟磨精度來保證，具體內(nèi)容在下一節(jié)樅樹型輪槽銑刀的制備中加以論述。樅樹型輪槽精銑刀是輪槽加工精度的最終保證，因此刀具的精度直接影響輪槽的精度。在保證刀具精度的同時(shí)，刀具加工壽命也是衡量精切銑刀好壞的一個(gè)重要指標(biāo)21。（1）零度前角與直槽設(shè)計(jì)精切輪槽銑刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與粗切、半精切刀具略有不同，其區(qū)別在于

43、：粗切與半精切刀具采用等前角與等螺旋角設(shè)計(jì)，但精切銑刀的前角為0，且刀槽為直槽，即螺旋角=0。由于精切輪槽銑刀與粗切、半精切輪槽銑刀的使用場(chǎng)合不同。粗切與半精切輪槽銑刀用來輪槽轉(zhuǎn)子開槽與粗銑型線工藝，刀具切除工件余量較大，刀具在切削時(shí)主要從在大余量切削時(shí)能切削輕快、平穩(wěn)，斷屑容易方面考慮。但輪槽精銑刀為輪槽的定型加工，若再采用帶前角與螺旋角設(shè)計(jì)，則會(huì)使刀具本身在結(jié)構(gòu)上存在造型誤差，精銑刀是轉(zhuǎn)子輪槽的直接成型，刀具通過切削再把誤差傳遞給輪槽轉(zhuǎn)子，從而最終影響轉(zhuǎn)子輪槽的成型精度。因此，下面通過對(duì)帶螺旋角與正前角的樅樹型輪槽銑刀建立數(shù)學(xué)方程，以此研究刀具造型誤差的產(chǎn)生。樅樹型輪槽銑刀齒側(cè)面為阿基米德

44、側(cè)鏟螺旋面，其齒側(cè)面方程為：x= （2.3）式中：p銑刀側(cè)鏟螺旋面導(dǎo)程，ry銑刀任意點(diǎn)半徑，0側(cè)鏟螺旋面角度。由于銑刀前刀面的母線是一條偏離一定中心值的一條直線，當(dāng)令此母線做螺旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，可得銑刀螺旋前刀面方程：x= （2.4）式中：pk銑刀螺旋槽導(dǎo)程，e銑刀前刃面偏心距。通過式2.3與式2.4聯(lián)立，即可得銑刀切削刃方程：（2.5）通過分析式2.5可得，當(dāng)式中pk =，e = 0，=0時(shí)，即刀具的前角與螺旋角都為零時(shí)，此為方程式的特殊情況，經(jīng)過計(jì)算，式2.5可簡(jiǎn)化為直線方程，此時(shí)通過刀具前刃面切削刃上的齒形為一條直線22。而當(dāng)?shù)毒邘敖桥c螺旋角時(shí)，即在式2.5的一般情況下，通過銑刀前刃面切削刃上

45、的齒形不再是一條單純的直線，而是一條與刀具前角和螺旋角有關(guān)的空間曲線，此曲線與理論前刃面直線齒形是有誤差的，從而引起刀具的齒形誤差。由于銑刀是采用成型法加工工件，刀具前刃面上的切削刃會(huì)影響被加工件的齒形，刀具的齒形誤差將直接傳遞給被加工件。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子輪槽齒形精度要求高，其又通過輪槽精銑刀最終成型，因此，輪槽精銑刀在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須保證前刃面切削刃的齒形精度。通過上述分析可以得出結(jié)論，為了保證精切樅樹型輪槽銑刀的齒形精度，刀具在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用零度前角與螺旋角，以此減小刀具在結(jié)構(gòu)上的造型誤差，保證刀具加工工件應(yīng)有的精度。（2）合理頂刃后角選取樅樹型輪槽精銑刀在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，頂刃后角的選取對(duì)刀具的加工

46、壽命會(huì)產(chǎn)生直接影響。通常在銑刀銑削加工過程中，考慮加工成本的經(jīng)濟(jì)性，成型銑刀需要重復(fù)使用，刀具用鈍后需再進(jìn)行修磨。如何使修磨后的銑刀型線保持不變，修磨后的刀具尺寸變化確保不影響輪槽型線的精度要求，銑刀頂刃后角的選取對(duì)銑刀修磨次數(shù)與壽命會(huì)產(chǎn)生影響。精切樅樹型輪槽銑刀齒背為阿基米德螺旋面，要經(jīng)過鏟齒形成后角。我們可以將銑刀刀齒的前刃面齒形沿齒厚方向，用過軸線(零度前角的情況)的平面，將刀齒剖切成許多個(gè)薄截面，每一個(gè)薄截面當(dāng)相當(dāng)一個(gè)切削平面，從理論上講，每一個(gè)切削平面的齒形都應(yīng)該保持不便。銑刀在機(jī)床上加工時(shí)，當(dāng)銑刀轉(zhuǎn)過一個(gè)齒形，砂輪徑向前進(jìn)k值（k值即為刀具的鏟背量），因而形成銑刀的后角23-24。

47、 圖9 刀具鏟背量示意圖fig.9 the cam of the milling刀具鏟背量如圖9所示，刀具頂刃后角與鏟背量k的具體計(jì)算公式為：k= （2.6）式中：d銑刀外徑，z刀具切削刃槽數(shù)，o-刀齒頂刃后角。由公式2.6可得，在外徑與切削刃槽數(shù)不變的情況下，鏟背量k值與頂刃后角o成正比關(guān)系，刀具在加工時(shí)選取的鏟背量k值將影響頂刃后角大小，從而直接影響刀具的切削使用。但由于樅樹型輪槽銑刀為錐度銑刀，實(shí)際切削刃口上每一點(diǎn)外徑都不相同，很難用公式2.6計(jì)算出刀具加工所需唯一k值。通常輪槽銑刀型線比較復(fù)雜，因此根據(jù)實(shí)際鏟磨情況，樅樹型輪槽銑刀的鏟背量k值根據(jù)刀具外徑大小，一般取2-4左右，并根據(jù)刀

48、具現(xiàn)場(chǎng)制備情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)確定刀具加工的鏟背量后，為了保證刀具能順利切削，還需按式2.7計(jì)算刀具齒面?zhèn)群蠼莄是否足夠大，一般情況下，側(cè)后角c應(yīng)不小于2。c=（2.7）式中：d銑刀外徑，z刀具切削刃槽數(shù)，刀具齒形角。分析式2.7可得，當(dāng)?shù)毒卟蹟?shù)與齒形角一定時(shí)，齒面?zhèn)群蠼莄與鏟背量k值成正比關(guān)系，k值的大小將直接影響側(cè)后角的大小。因此，可以的出結(jié)論：當(dāng)鏟背量k值取得過大或過小時(shí)，都會(huì)對(duì)刀具切削產(chǎn)生影響。具體結(jié)論如下：（1）在精加工時(shí)，刀齒頂刃后角o不能取過小，也就是刀具在設(shè)計(jì)時(shí)鏟背量k值不能取太小。因?yàn)榈毒咴诰庸み^程中，當(dāng)o過小時(shí)，根據(jù)計(jì)算，會(huì)引起側(cè)后角ac較小，刀刃不容易切入工件,刀具后刀

49、面與加工表面間的摩擦可能過大，這樣反而容易引起振動(dòng), 會(huì)使刀具與工件被加工表面的磨擦加劇，從而加快刀具磨損，造成加工表面的質(zhì)量及刀具壽命下降。（2）但當(dāng)k值取值過大時(shí)，對(duì)刀具的修磨次數(shù)會(huì)產(chǎn)生影響。在實(shí)際操作時(shí)，一般在確保刀具精度的同時(shí)還希望刀具具有盡可能長的切削壽命和較多的修磨次數(shù)，以此降低刀具成本。因此刀具在制造時(shí)應(yīng)合理選擇鏟背量k值，較大的鏟背量雖然可改善切削性能，但是，由于產(chǎn)品公差帶較窄，較大的鏟背后角使得修磨時(shí)刀具尺寸變化相對(duì)較大，導(dǎo)致刀具修磨次數(shù)的減少。2.2.4 樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)準(zhǔn)則綜上所述，通過粗切、半精切、精切三種類型樅樹型輪槽銑刀設(shè)計(jì)研究，在設(shè)計(jì)樅樹型輪槽銑刀時(shí)，為體現(xiàn)刀具

50、的高效性與精密性，應(yīng)按如下準(zhǔn)則：（1）關(guān)于刀具材料選用，由于加工生產(chǎn)效率的提升，輪槽轉(zhuǎn)子型線加工從普通機(jī)床轉(zhuǎn)變到高效數(shù)控機(jī)床加工。在高速數(shù)控機(jī)床加工時(shí)，要求刀具具有較高的轉(zhuǎn)速，從而刀具材料從普通高速鋼w18cr4v、w6mo5cr4v2到含鈷高速鋼m42，甚至粉末冶金高速鋼asp2052等適合高速切削的刀具材料。（2）關(guān)于粗切樅樹型輪槽銑刀，由于切削時(shí)工件去除較大余量，因此刀具在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用等前角與等螺旋角結(jié)構(gòu)。粗切刀具使用等前角結(jié)構(gòu)，能增加刀具的切削力，使切削輕快，提升刀具的切削效率。刀具采用等螺旋角結(jié)構(gòu)，螺旋角盡可能取大，如p12粗切刀采用等螺旋角25，這樣可以增加刀具的切削的平穩(wěn)性。，并

51、能避免通常刀具在小端處斷裂。（3）關(guān)于半精切樅樹型輪槽銑刀，刀具用來粗銑型線，留精加工余量，刀具雖然切削量沒粗切銑刀多，但需保證被加工輪槽轉(zhuǎn)子的精度與余量。因此刀具除了采取等前角與等螺旋角結(jié)構(gòu)外，由于刀具型線的復(fù)雜，加工時(shí)與工件表面接觸面積比較多，同時(shí)還采用波形刃結(jié)構(gòu)，用以切削時(shí)斷屑。半精刀需要輪槽轉(zhuǎn)子的齒形成型，為了保證齒形精度，刀具螺旋角不宜取過大，通常取5左右，螺旋角過大會(huì)引起刀具的造型誤差，從而影響工件的齒形精度。而切削刃口的波形刃則需采用錯(cuò)齒結(jié)構(gòu)，使波形平均分布在每條刀槽上，以保證切削的平穩(wěn)性。（4）關(guān)于精切樅樹型輪槽銑刀，刀具用來輪槽轉(zhuǎn)子的最終成型，刀具精度是加工精度的主要影響因素

52、，刀具應(yīng)按零度前角與螺旋角設(shè)計(jì)，以此減小刀具前刃面刃口的造型誤差，保證刀具的齒形精度。此外，由于精切刀具價(jià)格昂貴，因此刀具的壽命也是也是衡量刀具的一個(gè)指標(biāo)。原則上，精切銑刀在保證齒形不變的情況下，盡可能多的增加刀具修磨次數(shù)。因此影響刀具頂刃后角的鏟背量k值應(yīng)取在合理范圍內(nèi)，通常k值設(shè)定范圍在2-4左右。k值太大或太小均對(duì)使用產(chǎn)生影響，k值過小，會(huì)引起刀具齒側(cè)后角太小，這樣刀具在切削時(shí)會(huì)與工件被加工表面的磨擦加劇，從而加快刀具磨損。而k值過大時(shí)，則會(huì)影響刀具的修磨次數(shù)，減少刀具的使用壽命。 2.3 高效精密樅樹型輪槽銑刀制備汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子樅樹型輪槽根部是葉片的主要裝配部位，它的加工精度決定著裝配質(zhì)量

53、，并直接影響著汽輪機(jī)的安全運(yùn)行和效率。因此，樅樹型輪槽的尺寸精度、粗糙度、技術(shù)要求都很高。由于輪槽生產(chǎn)批量大，樅樹型輪槽加工過程中，常采用鏟齒成形銑刀即樅樹型輪槽銑刀，成形法加工獲得形狀和尺寸。樅樹型輪槽銑刀齒形復(fù)雜，刀具為鏟齒結(jié)構(gòu)，其齒形通常是通過鏟磨加工形成。隨著鏟齒刀具前刃面齒形的變化，需要不同的鏟磨工藝，相應(yīng)的鏟磨砂輪的截形也不同。傳統(tǒng)制備樅樹型輪槽銑刀的方法，通常在普通鏟齒車床上進(jìn)行鏟磨加工，鏟磨砂輪需要用金剛石滾輪或者用帶有金剛石筆的修整器進(jìn)行修整，鏟磨砂輪修整后的截形精度直接影響著輪槽精銑刀廓形的精度，進(jìn)而決定了輪槽廓形的精度。因?yàn)殓P齒結(jié)構(gòu)的刀具齒形所用成形砂輪的截形設(shè)計(jì)計(jì)算相當(dāng)

54、繁瑣，所以生產(chǎn)中常采用一些近似計(jì)算，但其精度往往達(dá)不到要求。此外，鏟磨過程中砂輪截形還會(huì)因鏟磨工藝、斜鏟角度、砂輪直徑、刀具幾何參數(shù)等的變化而發(fā)生一些變化，從而影響砂輪鏟磨刀具的齒形。因此，如何對(duì)輪槽銑刀進(jìn)行精密鏟磨，是制造合格的輪槽銑刀，保證樅樹型輪槽加工精度的關(guān)鍵所在25。 2.3.1 傳統(tǒng)鏟磨工藝分析近十幾年來，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于鏟齒刀具精度保持性的研究從未間斷過，提高刀具齒側(cè)面的鏟磨精度一直是機(jī)床刀具行業(yè)亟待解決的重要課題。究其原因，主要是在刀具鏟磨工藝等方面都存在著一系列的問題和誤差26。樅樹型輪槽銑刀齒形的鏟磨加工分徑向鏟磨和斜向鏟磨兩種。當(dāng)鏟床做徑向鏟磨運(yùn)動(dòng)時(shí)，鏟磨機(jī)理誤差較小；當(dāng)斜

55、向鏟磨時(shí)，砂輪既有鏟背運(yùn)動(dòng)(阿基米德螺旋運(yùn)動(dòng))，又有斜向分運(yùn)動(dòng)，此時(shí)砂輪截形同時(shí)受到斜鏟角度、砂輪直徑、工件幾何參數(shù)等多種因素的影響，因此鏟磨機(jī)理誤差較大27。為了改善汽輪機(jī)樅樹型輪槽銑刀的切削狀況，減少刀具側(cè)面與工件表面的摩擦。通常在設(shè)計(jì)時(shí)，我們?nèi)藶樵龃蟮毒叩膫?cè)后角，把刀齒設(shè)計(jì)成斜鏟齒結(jié)構(gòu)。常用方法是砂輪按照?qǐng)D紙給出的鏟齒方向水平移動(dòng)，移動(dòng)距離由k值(凸輪)決定，由于銑刀仍然繞軸線旋轉(zhuǎn)，其相對(duì)于銑刀的運(yùn)動(dòng)軌跡是一條空間曲線，而不是像正鏟齒那樣是平面阿基米德螺旋線28。雖然銑刀斜鏟齒結(jié)構(gòu)有利切削，但對(duì)于刀具的鏟磨加工會(huì)造成一定困難，影響刀具的鏟磨齒形精度。在鏟齒加工過程中，樅樹型輪槽、輪槽銑刀、鏟磨砂輪及砂輪磙子四者之間的關(guān)系如圖10所示。輪槽 銑刀 砂輪 砂輪磙子圖10輪槽、銑刀、砂輪關(guān)系示意圖fig.10 the relationship of the fir sl