CN110216426B - 一种基于子母工艺凸台的零件加工工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于子母工艺凸台的零件加工工艺方法，该方法在增加零件数控加工刚性的同时，可提高带工艺凸台零件的可加工性。该方法首先依据零件结构特点确定工艺凸台位置；然后通过评估加工过程中金属去除量的大小，选择合适规格的压紧螺钉，进而计算零件加工母工艺凸台截面大小，根据螺钉孔沉孔深度确定母工艺凸台高度；在加工过程中，依据加工区域同母工艺凸台位置关系及零件加工刀具刚性约束条件，最终确定子工艺凸台大小。本发明方法针对不同的加工状况采用子母工艺凸台，简化了工艺流程，并可在保证零件加工刚性的同时，提高带工艺凸台零件的可加工性，避免因工艺凸台约束采用大长径比刀具带来的刀具振动和加工效率低下的问题。

Description

一种基于子母工艺凸台的零件加工工艺方法

技术领域

本发明涉及一种零件加工工艺方法，尤其是一种采用子母工艺凸台的零件加工工艺方法，具体地说是一种用于增加零件刚性及可加工性的基于子母工艺凸台的零件加工工艺方法。

背景技术

数控加工中，通常通过设置工艺凸台实现对零件的装夹定位，增加零件的加工刚性。在加工过程中，不同工序、工步间加工区域以及加工约束条件存在较大差异。如果在零件整个加工流程中，采用不变的工艺凸台，对于零件狭窄难加工区域，会因加工区域同工艺凸台的位置关系约束增加后续工序的加工难度。对于这种情况，通常采用大长径比刀具，保守切削参数进行加工，这样将会加剧刀具的振动，同时会严重影响加工效率。目前针对上述问题，尚未出现有效的解决方法。

发明内容

本发明的目的是针对由零件加工区域同工艺凸台位置关系约束导致后续工序加工难度增加，加工效率低下的问题，发明了一种基于子母工艺凸台的零件加工工艺方法。子母工艺凸台是指根据加工需求变化的可变工艺凸台，当前加工工序工艺凸台为上道工序工艺凸台的子工艺凸台，同时也为下道工序工艺凸台的母工艺凸台。

本发明的技术方案是：

一种基于子母凸台的零件加工工艺方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1，根据零件结构及毛坯尺寸确定工艺凸台位置；

步骤2，依据零件材料信息，金属去除量选择合适规格的压紧螺钉；

步骤3，依据选择的粗加工压紧螺钉，并考虑后续子工艺凸台位置约束，确定粗加工母工艺凸台截面大小；

步骤4，依据压紧孔沉孔深度及零件是否需要进行双面加工，确定粗加工母工艺凸台的高度；

步骤5，精加工时，根据本工序精加工区域、刀具长径比约束确定精加工子工艺凸台的截面大小和高度；

步骤6，精加工不同工序加工时，若工艺凸台存在干涉，则以上道工序工艺凸台为母工艺凸台，重复步骤5，计算本道工序子工艺凸台的尺寸，直到精加工完成。

所述的工艺凸台位置的确定依据以下原则：在零件弱刚性轮廓处设置工艺凸台；在零件大的通孔处设置工艺凸台；在零件轮廓外，工艺凸台均匀分布；工艺凸台最小化；

所述压紧螺钉规格确定方法为：依据零件材料信息，金属去除量选择合适规格的压紧螺钉，金属去除量按下式进行计算：V=Ap×Ae×F。其中：V为金属去除量；Ap为切削深度；Ae为切削宽度；F为切削速度。

有色金属根据金属去除量范围选择压紧螺钉大小：V≤80000mm³ /min推荐选择φ12mm螺钉；80000 mm³≤V≤220000mm³推荐选择φ16螺钉；V≥220000mm³/min推荐选择φ18mm螺钉。黑色金属根据以下金属去除量范围选择压紧螺钉大小：V≤36000mm³/min推荐选择φ12mm螺钉；36000 mm³≤V≤120000mm³/min推荐选择φ16mm螺钉；V≥120000mm³/min推荐选择φ18mm螺钉。

所述的粗加工母工艺凸台截面大小确定方法为：依据步骤3确定的粗加工压紧螺钉端头直径d _C 确定压紧孔最小沉孔直径D _C =d _C +6mm；依据毛坯形状确定母工艺凸台形状；通过设置压紧孔沉孔孔壁同工艺凸台边缘的最小距离ε=3mm；在确定压紧孔位置时，需要考虑后续工序子工艺凸台位置，避免压紧孔同子工艺凸台位置干涉；根据压紧孔位置及尺寸要求，确定粗加工母工艺凸台截面大小；

所述的粗加工母工艺凸台高度确定方法为：根据选定的粗加工压紧螺钉，确定压紧孔沉孔最小深度H _C =D+3mm，其中D为所选压紧螺钉直径；设定压紧孔中压紧体最小高度为H _min =D/2；当零件需要双面加工时，母工艺凸台高度H _M ≥2H _C +H _min ；当零件为单面零件时，母工艺凸台高度H _M ≥H _C +H _min 。

所述的精加工子工艺凸台确定方法为：依据步骤2的方法确定合适规格的精加工压紧螺钉；依据精加工压紧螺钉确定压紧孔沉孔直径D _C =d _C +3mm；通过设定沉孔孔壁同凸台最小距离δ=1mm，对子工艺凸台进行约束，依据母工艺凸台形状确定精加工子工艺凸台截面大小；沿机床加工主轴方向，计算精加工区域表面与工艺凸台上表面的距离L；通过调整子工艺凸台高度H _S 使得距离L满足下式：L≤min(2Rμ，D _max )，其中R为刀具半径；μ为满足刀具刚性条件下，刀具最大长径比，推荐值为μ≤4.5；D _max 为机床主轴、刀柄同工艺凸台、零件不发生干涉条件下，刀具的最大加工深度；为增加零件可加工性，子工艺凸台形状随精加工区域进行变化。

所述的在精加工不同工序加工时，如果工艺凸台存在干涉的情况，则以上道工艺工艺凸台为母工艺凸台，采用步骤5中同样的方法计算本道工序所需子工艺凸台的尺寸，直到精加工完成。

本发明的有益效果是：

1、依据零件加工区域的变化，采用子母工艺凸台，可在保证零件加工刚性的同时，增加零件与工艺凸台连接处的可加工性。

2、通过增加零件与工艺凸台连接处的可加工性，避免加工该区域时因工艺凸台约束采用刚性差的大长径比刀具，避免了刀具振动，同时增加了零件与工艺凸台连接处的加工质量和效率。

3、采本方案仅需对工艺凸台的结构进行设计即可保证质量和效率，避免了定制特殊刀具或设计专用工装，同时减少了加工工序。降低了加工难度，缩短了加工周期，从而降低了加工成本。

附图说明

图1为零件粗加工母工艺凸台示意图。

图2为精加工零件A面子工艺凸台示意图。

图3为精加工零件B面子工艺凸台示意图。

图4为图3中C-C向视图。

图5为具体零件不同加工工序工艺凸台示意图。

图6为实际零件不同工序工艺凸台示意图。

图示：1毛坯，2零件，3母工艺凸台，4粗加工压紧沉孔，5压紧体，6精加工压紧沉孔，7A面子工艺凸台，8B面子工艺凸台，9五轴加工刀具位置，10五轴加工刀柄位置，11刀具最大切削深度，12子工艺凸台分离体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提出的基于子母凸台的零件加工工艺方法进行说明，但本发明专利并不限于本实例。

见图1至图4，毛坯1为加工零件所需的毛坯大小，零件2为所需要加工的零件，该零件为双面零件，包括A面和B面。该零件的加工工艺路线为：粗铣B面—粗铣A面—精加工A面—精加工B面。在加工过程中，该零件的工艺凸台设置方法如下：

步骤1，在零件进行粗加工时，依据零件结构在零件轮廓周边均匀分布工艺凸台，如图1所示凸台位置；

步骤2，零件材料为铝合金，粗加工切深为4mm，切宽为10mm，转速8000r/min，进给2500mm/min，粗加工刀具为Φ32mm硬质合金刀，根据上述粗加工信息，依据金属去除量，最终选定规格为Φ16mm的压紧螺钉；

步骤3，对于Φ16mm压紧螺钉，螺钉头直径为24mm，依据粗加工压紧孔沉孔4直径D _C 计算公式计算结果为30mm；设置沉孔孔壁同工艺凸台边缘的最小距离ε=3mm；在确定粗加工母工艺凸台压紧孔位置时，需要考虑后续工序子工艺凸台位置，避免压紧孔同子工艺凸台位置干涉；根据压紧孔位置及尺寸要求，可确定3粗加工母工艺凸台截面大小；

步骤4，依据Φ16mm压紧螺钉，压紧孔沉孔深度H _C 计算出最小深度为为19mm；压紧孔中压紧体5最小高度H _min =16/2=8mm；由于粗加工时，需要两面加工，则3母工艺凸台高度H _M 需满足H _M ≥2*19+8=45mm；在满足上述条件下粗加工时依据毛坯尺寸设置母工艺凸台厚度，最终粗加工母工艺凸台设置为如图1所示的等高等位工艺凸台；

步骤5，粗加工B面、A面后，对零件A面进行精加工。依然采用Φ16mm压紧螺钉；精加工A面顶面时，为避免刀柄、主轴与母工艺凸台3发生干涉，依据零件顶面形状对粗加工母工艺凸台进行调整，如图2所示，由于母工艺凸台的高度变化，需对精加工压紧沉孔6的深度进行调整，满足压紧孔沉孔深度H _C 的要求，最终形成等位不等高的面子工艺凸台7A；

步骤6，精加工零件B面,如图3所示。加工中需要对零件外形进行加工；精加工A面时的A面子工艺凸台7存在干涉；以A面子工艺凸台7为母工艺凸台确定本工序子工艺凸台B面子工艺凸台8；

依据本工序精加工信息和金属去除量计算，选择Φ12mm压紧螺钉并制压紧孔和压紧沉孔，Φ12mm螺钉头直径为18mm, 依据精加工压紧沉孔直径D _C 计算公式计算结果为21mm；设定沉孔孔壁同工艺凸台边缘最小距离δ=1mm；精加工外形侧面时，刀具直径为20mm，为保证加工过程中刀具的刚性，最大刀具长径比为4；根据图4所示五轴加工刀具位置9和五轴加工刀柄位置10计算机床主轴、刀柄与零件、工艺凸台不发生干涉条件下，刀具11最大切削深度为83mm，沿外形法矢，精加工区域表面与工艺凸台上表面的距离L满足：L≤min2*20*4，83；根据L、压紧孔沉孔孔壁与工艺凸台边缘最小距离确定沿外形侧面法矢方向，子工艺凸台厚度为23mm；依照工艺凸台最小化原则，本工序子工艺凸台高度设置为30mm；由于精加工区域非规则形状，为增加零件可加工性，子工艺凸台形状随精加工区域进行变化；可通过分层铣削多余材料或铣断并移除图5所示的子工艺凸台分离体12的方式从图4所示精加工A面子工艺凸台7变化本工序加工子工艺凸台，最终形成如图3所示的等高不等位工艺凸B面子工艺凸台8；

在精加工后续工序加工中，如果子工艺凸台存在干涉，则采用同样的方法确定子工艺凸台，直到精加工完成。

图5为具体实施例中零件不同加工工序工艺凸台。a、b、c、d、e为零件加工不同阶段工艺凸台变化情况，图中虚线为母工艺凸台转变为子工艺凸台过程中被分离的部分。

图6为实际零件不同工序工艺凸台示意图。

其中：第一次建立的母工艺凸台3随着加工过程的变化形成了多个适应加工要求的子工艺凸台， A面子工艺凸台7主要通过移除子工艺凸台12分离体形成， B面子工艺凸台8主要通过分层铣削多余材料后形成。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于子母工艺凸台的零件加工工艺方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1，根据零件结构及毛坯尺寸确定工艺凸台位置；

步骤2，依据零件材料信息，金属去除量选择合适规格的压紧螺钉；

步骤3，依据选择的粗加工压紧螺钉，并考虑后续子工艺凸台位置约束，确定粗加工母工艺凸台截面大小；

步骤4，依据压紧孔沉孔深度及零件是否需要进行双面加工，确定粗加工母工艺凸台的高度；

步骤5，精加工时，根据本工序精加工区域、刀具长径比约束确定精加工子工艺凸台的截面大小和高度；

步骤6，精加工不同工序加工时，若工艺凸台存在干涉，则以上道工序工艺凸台为母工艺凸台，重复步骤5，计算本道工序子工艺凸台的尺寸，直到精加工完成；

所述压紧螺钉规格确定方法为：依据零件材料信息，金属去除量选择合适规格的压紧螺钉，金属去除量按下式进行计算：V=Ap×Ae×F；其中：V为金属去除量；Ap为切削深度；Ae为切削宽度；F为切削速度；有色金属根据金属去除量范围选择压紧螺钉大小：V≤80000mm3/min推荐选择φ12mm螺钉；80000 mm3≤V≤220000mm3推荐选择φ16螺钉；V≥220000mm3/min推荐选择φ18mm螺钉；黑色金属根据以下金属去除量范围选择压紧螺钉大小：V≤36000mm3/min推荐选择φ12mm螺钉；36000 mm3≤V≤120000mm3/min推荐选择φ16mm螺钉；V≥120000mm3/min推荐选择φ18mm螺钉。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的工艺凸台位置的确定依据以下原则：在零件弱刚性轮廓处设置工艺凸台；在零件大的通孔处设置工艺凸台；在零件轮廓外，工艺凸台均匀分布；工艺凸台最小化。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粗加工母工艺凸台截面大小确定方法为：依据步骤2确定的粗加工压紧螺钉端头直径dC确定压紧孔最小沉孔直径DC=dC+6mm；依据毛坯形状确定母工艺凸台形状；通过设置压紧孔沉孔孔壁同工艺凸台边缘的最小距离ε=3mm；在确定压紧孔位置时，需要考虑后续工序子工艺凸台位置，避免压紧孔同子工艺凸台位置干涉；根据压紧孔位置及尺寸要求，确定粗加工母工艺凸台截面大小。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粗加工母工艺凸台高度确定方法为：根据选定的粗加工压紧螺钉，确定压紧孔沉孔最小深度HC=D+3mm，其中D为所选压紧螺钉直径；设定压紧孔中压紧体最小高度为Hmin=D/2；当零件需要双面加工时，母工艺凸台高度HM≥2HC+Hmin；当零件为单面零件时，母工艺凸台高度HM≥HC+Hmin。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的精加工子工艺凸台确定方法为：依据步骤2的方法确定合适规格的精加工压紧螺钉；依据精加工压紧螺钉确定压紧孔沉孔直径DC=dC+3mm；通过设定沉孔孔壁同凸台最小距离δ=1mm，对子工艺凸台进行约束，依据母工艺凸台形状确定精加工子工艺凸台截面大小；沿机床加工主轴方向，计算精加工区域表面与工艺凸台上表面的距离L；通过调整子工艺凸台高度HS使得距离L满足下式：L≤min(2Rμ，Dmax)，其中R为刀具半径；μ为满足刀具刚性条件下，刀具最大长径比，推荐值为μ≤4.5；Dmax为机床主轴、刀柄同工艺凸台、零件不发生干涉条件下，刀具的最大加工深度；为增加零件可加工性，子工艺凸台形状随精加工区域进行变化。

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