CN111001861B - 大型铝合金裙体内型腔数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，属于机械加工领域；加工方法的步骤为粗加工→定位和安装→刻线→采用等高分层的方式进行分区域粗铣加工→重新定位和安装→采用分区域跟随周边的方式进行精铣加工→车加工；本发明采用端铣刀对裙体内型腔分区域、分层粗铣加工，有效解决球头铣刀粗铣时切削力大、零件振动大、进给速度低的问题，使裙体内型腔铣加工效率提高30％以上。
Description
技术领域
本发明属于机械加工领域，具体涉及一种大型铝合金裙体内型腔数控加工方法。
背景技术
裙体是固体火箭发动机壳体的重要组成零件之一，起着连接固体火箭发动机各级发动机或其它舱段的作用，裙体设计为薄壁环形回转体，为减轻裙体的重量，材料一般采用铝合金，裙体连接法兰处的内表面，在非螺栓连接部位轴向厚度进行了减薄，在裙体内表面形成了凹凸形的型腔。
目前，裙体内表面型腔的加工采用数控机床切削加工的方法成型，粗铣、精铣选用的加工刀具均是球头铣刀，四轴联动方式沿圆周方向进给完成粗、精加工，由于球头铣刀端部容屑槽较浅、刀刃前角较小，粗加工切削余量较大时，致使球头铣刀切削力较大，裙体本身为薄壁件，刚性差，受较大切削力时易产生振动，造成刀具崩刃，采用该方法加工时，进给速度低，加工效率低。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，采用端铣刀对裙体内型腔分区域、分层粗铣加工，解决了铝合金裙体内型腔铣加工时的振动大、易打刀、进给率低等问题，使铝合金裙体内型腔加工效率大幅提高。
本发明的技术方案是：一种大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于具体加工方法的步骤如下：
步骤一：将待加工裙体件的毛坯件进行粗加工，所述待加工裙体毛坯件为环形回转体结构；在待加工裙体件的内、外周面留出加工余量，并在待加工裙体件的一端的端口外周面留出工艺台阶；
步骤二：所述裙体件在镗铣床工作台面上的定位和安装：
首先，将步骤一粗加工后的裙体件放置于镗铣床工作台面上，使其轴向垂直于镗铣床工作台面，且裙体件设置有工艺台阶的一端端面与镗铣床工作台面贴合；
然后，将镗铣床主轴上安装的刀的轴向调整为水平方向，再将裙体件中心轴调整至与镗铣床回转中心重合；
最后，沿裙体件的工艺台阶周向布置多个压板，用于将裙体件压紧固定于镗铣床工作台上；
步骤三：在镗铣床主轴上安装顶尖或刻线刀，操作镗铣床通过所述顶尖或刻线刀在裙体件外周面上刻线，刻线从裙体件的上端面外缘处起始，沿竖直方向向下设置，作为精加工时镗铣床工作台面回转轴的找正线；
步骤四：将镗铣床主轴上安装的顶尖或刻线刀拆下，安装端铣刀；采用等高分层的方式对裙体件内型腔进行分区域粗铣加工；加工时端铣刀轴向采用固定轴轮廓的加工形式；在裙体件内周面上端靠近外缘处沿周向加工出若干立方体凸块；且粗铣加工每个加工区域时，均留加工余量；
步骤五：完成步骤4粗铣加工后，将压紧裙体件的压板全部松开，释放工件由于粗铣加工后应力平衡破坏而产生的变形；
步骤六：重复步骤二的步骤，重新对粗铣加工后的裙体件进行找正、装夹，在镗铣床主轴上安装顶尖，正向或反向旋转镗铣床回转工作台至裙体件外圆上的刻线与顶尖对正为止，顶尖与刻线偏差应小于0.3mm；
步骤七：再将镗铣床主轴上安装的顶尖拆下，安装球头铣刀，采用分区域跟随周边的方式对裙体件内型腔进行精铣加工，加工时刀的轴向采用固定轴轮廓加工形式；
步骤八：将步骤七中精铣加工后的裙体件周向设置的压板全部松开，卸下裙体件，对裙体件内表面、外表面、工艺台阶进行车加工，将余量和工艺台阶车掉，完成零件的加工。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中加工余量为2mm～3mm。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中将镗铣床主轴上安装直角铣头，通过所述直角铣头将刀的轴向调整为水平方向。
本发明的进一步技术方案是：所述压板的数量为6-8块。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤二中裙体件中心轴与镗铣床回转中心偏差小于0.1mm；调整方法为在镗铣床的主轴或主轴箱上安装百分表，将百分表头与裙体件外圆接触，旋转镗铣床回转工作台，根据百分表值变化情况，调整裙体件位置，直至镗铣床回转工作台旋转360°，百分表值变化量小于0.1mm。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤三中刻线的深度和宽度均不大于0.2mm，长度为30mm。
本发明的进一步技术方案是：所述步骤四中固定轴轮廓加工方式的具体操作为，镗铣床工作台不随其回转中心轴联动，刀的轴向固定，使其沿X、Y、Z周移动进行加工；加工完一个区域后，旋转镗铣床回转工作台到下一个加工区域，再进行粗加工，直至所有加工区域全部粗铣加工完成；粗加工每个加工区域时，均留1mm～1.5mm加工余量。
本发明的进一步技术方案是：步骤四中所述的分区域指的是对裙体件1内表面所要加工的区域分割成多个区域，分割时以凸块为中心，一个区域的第一加工区域分割线和第二加工区域分割线5分别位于所述凸块与其左、右相邻的两个凸块之间的角平分线上，用第一加工区域分割线和第二加工区域分割线5分割形成第一个加工区域4；
等高分层加工方式指的是：刀的轴向平行于所述凸块位于裙体件1径向上的中心线3，分层加工对加工区域4的余量进行切削加工，每层的切削深度均相等，为1mm～1.5mm，铣削方式为顺铣，加工步距为7.2mm；第一层加工完后，刀具移动到下一层进行切削，直到该区域粗加工完成，这种粗加工方式会在加工后的表面留下1mm～1.5mm的台阶，将所述台阶在精加工后去除。
本发明的进一步技术方案是：步骤七中所述的分区域是指对裙体件1内表面所要加工的区域分割成多个区域，分割时以凸块为中心，一个区域的第一加工区域分割线和第二加工区域分割线5分别位于所述凸块与其左、右相邻两个凸块之间的角平分线上，用第一加工区域分割线和第二加工区域分割线5分割形成第一个加工区域4；
跟随周边的加工方式为加工路径与所选加工区域4四周的分割线形状相同，刀具由加工区域中心切入，然后按区域周边形状由中心向外进给加工，直至加工到所选区域边界处，加工步距为0.5mm。
有益效果
本发明的有益效果在于：
1、采用端铣刀对裙体内型腔分区域、分层粗铣加工，有效解决球头铣刀粗铣时切削力大、零件振动大、进给速度低的问题，使裙体内型腔铣加工效率提高30％以上。
2、粗铣加工后，松开全部压板，让粗铣时零件内应力平衡状态破坏而产生的新的应力和变形释放，在精加工时消除变形产生的误差，从而保证了产品的尺寸精度。
附图说明
图1是本发明大型铝合金裙体零件的结构示意图；
图2是本发明中铣加工前车加工的状态结构示意图；
附图标记说明：1-裙体件，2-第一加工区域分割线，3-凸块中心线，4-第一个加工区域(粗实线围成的区域)，5-第二加工区域分割线，6-凸块，7-铣加工前零件状态，8-工艺台阶，9-加工坐标系。
具体实施方式待加工的内、外表面留出加工余量
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
步骤1：将毛坯在数控立式车床上加工至内型腔铣加工前的状态，如图2铣加工前零件状态7，铣加工前的零件形状为环形回转体，其截面母线形状应为最大包容尺寸，粗加工后在裙体件外、内表面留2mm～3mm余量，在裙体一端的外圆留出工艺台阶8，便于数控铣加工内型腔时装夹。
步骤2：步骤1完成后，将铣加工前零件状态7有工艺台阶一端的端面与镗铣床工作台面接触，垂直放置在工作台上，需加工内型腔的一端在上方。在机床主轴上安装直角铣头，使得刀的轴向保持水平状态；如采用五轴镗铣床通过旋转B轴将刀的轴向调整到水平状态。找正零件轴线与机床工作台回转中心重合，偏差小于0.1mm，在主轴或主轴箱上安装百分表，将百分表头与零件外圆接触，旋转机床回转工作台，根据百分表值变化情况，调整零件位置，直至工作台旋转360°，百分表值变化量小于0.1mm。用6～8块压板从外圆压住铣加工前零件状态7的工艺台阶8，压板沿圆周分布要大致均匀，压紧力要均匀，且保证加工过程中，零件不会松动。
设定加工坐标系9的原点，将镗铣床回转工作台回转中心设定为机床X、Y轴的加工原点，将裙体件上端面与镗铣床回转工作台回转中心轴的交点设定为镗铣床Z轴加工原点；然后操作镗铣床回转工作台回到初始零点位置，并设定为镗铣床C轴的加工原点。
步骤3：将回转工作台旋转至加工原点，即C0，在机床主轴上安装顶尖或刻线刀，将机床的X轴移动到加工原点X0，操作机床在零件外圆垂直刻线，刻线从上端面向下约30长，深度、宽度均不大于0.2mm，作为精加工时C轴的找正线。
步骤4：完成步骤3后，在机床主轴上安装φ12mm、3齿硬质合金端铣刀，主轴转速4000r/min，进给量1800mm/min，采用等高分层的方式对裙体件1内型腔进行分区域粗铣加工；，每层加工深度为1mm～1.5mm，加工步距为7.2mm，加工时采用的是固定轴轮廓加工，回转轴不联动，加工完第一个区域4后，旋转工作台转到下一个加工区域，再进行粗加工，直至所有加工区域全部粗铣加工完成。粗加工每个区域时，均留1mm～1.5mm加工余量。
步骤5：完成步骤4粗加工后，将压紧零件的压板全部松开，释放工件由于粗铣加工后应力平衡破坏而产生的变形。
步骤6：按照步骤2重新对零件进行找正、装夹，在机床主轴上安装顶尖，并将机床X轴移动到X0位置，正向或反向旋转工作台至零件外圆上刻线与顶尖对正为止，顶尖与刻线偏差应小于0.3mm。
步骤7：完成步骤6后，在机床主轴上安装φ12mm、2齿硬质合金球头铣刀，主轴转速6000r/min，进给量2000mm/min，加工步距为0.5mm，采用分区域跟随周边的方式对零件内型腔第一个加工区域4进行精铣加工，加工时采用的是固定轴轮廓加工，回转轴不联动，加工完一个区域后，旋转工作台到下一个加工区域，再进行精铣加工，直至所有加工区域全部精铣加工完成。
步骤8：完成步骤7后，将压板全部松开，卸下零件，对零件内表面、外表面、工艺台阶进行精车加工，完成零件的加工。
步骤4中所述的分区域、等高分层加工方式指的是：分区域：对裙体件1内表面所要加工的区域分割成多个区域，分割时以凸块为中心，分割线2、5分别位于要加工的凸块与其左、右相邻两个凸块之间的角平分线上，用分割线2、5分割形成第一个加工区域4；等高分层加工：刀轴与加工区域中的凸块中心线3平行，分层对加工区域4的余量进行切削加工，每层的切削深度均相等，为1mm～1.5mm，铣削方式为顺铣，加工步距为7.2mm，第一层加工完后，刀具移动到下一层进行切削，直到该区域粗加工完成，这种粗加工方式会在加工后的表面留下1mm～1.5mm的台阶，这些台阶将在精加工后去除。
步骤7中所述的分区域跟随周边的加工方式是指：分区域：分区域：对裙体件1内表面所要加工的区域分割成多个区域，分割时以凸块为中心，分割线2、5分别位于要加工的凸块与其左、右相邻两个凸块之间的角平分线上，用分割线2、5分割形成第一个加工区域4；跟随周边：指的是加工路径与所选加工区域4周边(图1中粗实线)形状相同，刀具由加工区域中心切入，然后按区域周边形状由中心向外进给加工，直至加工到所选区域边界处，加工步距为0.5mm。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (7)
1.一种大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于具体加工方法的步骤如下：
步骤一：将待加工裙体件的毛坯件进行粗加工，所述待加工裙体件的毛坯件为环形回转体结构；在待加工裙体件的内、外周面留出加工余量，并在待加工裙体件的一端的端口外周面留出工艺台阶；
步骤二：所述裙体件在镗铣床工作台面上的定位和安装：
首先，将步骤一粗加工后的裙体件放置于镗铣床工作台面上，使其轴向垂直于镗铣床工作台面，且裙体件设置有工艺台阶的一端端面与镗铣床工作台面贴合；
然后，将镗铣床主轴上安装的刀的轴向调整为水平方向，再将裙体件中心轴调整至与镗铣床回转中心重合；
最后，沿裙体件的工艺台阶周向布置多个压板，用于将裙体件压紧固定于镗铣床工作台上；
步骤三：在镗铣床主轴上安装顶尖或刻线刀，操作镗铣床通过所述顶尖或刻线刀在裙体件外周面上刻线，刻线从裙体件的上端面外缘处起始，沿竖直方向向下设置，作为精加工时镗铣床工作台面回转轴的找正线；
步骤四：将镗铣床主轴上安装的顶尖或刻线刀拆下，安装端铣刀，采用等高分层的方式对裙体件内型腔进行分区域粗铣加工；加工时端铣刀轴向采用固定轴轮廓的加工形式；并在裙体件内周面上端靠近外缘处沿周向加工出若干立方体凸块；且粗铣加工每个加工区域时，均留加工余量；
步骤五：完成步骤4粗铣加工后，将压紧裙体件的压板全部松开，释放工件由于粗铣加工后应力平衡破坏而产生的变形；
步骤六：重复步骤二的步骤，重新对粗铣加工后的裙体件进行找正、装夹，在镗铣床主轴上安装顶尖，正向或反向旋转镗铣床回转工作台至裙体件外圆上的刻线与顶尖对正为止，顶尖与刻线偏差应小于0.3mm；
步骤七：再将镗铣床主轴上安装的顶尖拆下，安装球头铣刀，采用分区域跟随周边的方式对裙体件内型腔进行精铣加工，加工时刀的轴向采用固定轴轮廓加工形式；
步骤八：将步骤七中精铣加工后的裙体件周向设置的压板全部松开，卸下裙体件，对裙体件内表面、外表面、工艺台阶进行车加工，将余量和工艺台阶车掉，完成裙体件的加工；
步骤七中所述的分区域是指对裙体件1内表面所要加工的区域分割成多个区域，分割时以凸块为中心，一个区域的第一加工区域分割线和第二加工区域分割线分别位于所述凸块与其左、右相邻两个凸块之间的角平分线上，用第一加工区域分割线和第二加工区域分割线分割形成第一个加工区域；
跟随周边的加工方式为加工路径与所选加工区域四周的分割线形状相同，刀具由加工区域中心切入，然后按区域周边形状由中心向外进给加工，直至加工到所选区域边界处，加工步距为0.5mm；
所述步骤四中固定轴轮廓加工方式的具体操作为，镗铣床工作台不随其回转中心轴联动，刀的轴向固定，使其沿X、Y、Z轴移动进行加工；加工完一个区域后，旋转镗铣床回转工作台到下一个加工区域，再进行粗加工，直至所有加工区域全部粗铣加工完成；粗加工每个加工区域时，均留1mm～1.5mm加工余量。
2.根据权利要求1所述大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于：所述步骤一中加工余量为2mm～3mm。
3.根据权利要求1所述大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于：所述步骤二中将镗铣床主轴上安装直角铣头，通过所述直角铣头将刀的轴向调整为水平方向。
4.根据权利要求1所述大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于：所述压板的数量为6-8块。
5.根据权利要求1所述大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于：所述步骤二中裙体件中心轴与镗铣床回转中心偏差小于0.1mm；调整方法为在镗铣床的主轴或主轴箱上安装百分表，将百分表头与裙体件外圆接触，旋转镗铣床回转工作台，根据百分表值变化情况，调整裙体件位置，直至镗铣床回转工作台旋转360°，百分表值变化量小于0.1mm。
6.根据权利要求1所述大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于：所述步骤三中刻线的深度和宽度均不大于0.2mm，长度为30mm。
7.根据权利要求1所述大型铝合金裙体内型腔数控加工方法，其特征在于：步骤四中所述的分区域指的是对裙体件内表面所要加工的区域分割成多个区域，分割时以凸块为中心，一个区域的第一加工区域分割线和第二加工区域分割线分别位于所述凸块与其左、右相邻的两个凸块之间的角平分线上，用第一加工区域分割线和第二加工区域分割线分割形成第一个加工区域；
等高分层加工方式指的是：刀的轴向平行于所述凸块位于裙体件径向上的中心线，分层加工对加工区域的余量进行切削加工，每层的切削深度均相等，为1mm～1.5mm，铣削方式为顺铣，加工步距为7.2mm；第一层加工完后，刀具移动到下一层进行切削，直到该区域粗加工完成，这种粗加工方式会在加工后的表面留下1mm～1.5mm的台阶，将所述台阶在精加工后去除。
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| GR01 | Patent grant | ||
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