CN112355579B - 旋转类机匣的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转类机匣的加工方法，通过将旋转类机匣零件加工工序合并成四道车铣复合工序，大大缩短了零件转工、生产等待时间和加工准备时间，零件工艺路线分为粗、精加工，零件总共只需装夹三次，这样零件基准转换降低至3次，零件找正误差大大降低，并且采用车铣复合技术，还可以将基准和精密孔在一道工序中加工，可消除重复装夹找正误差，提高了精密孔位置度的合格率，大大提高了加工质量。

Description

旋转类机匣的加工方法

技术领域

本发明涉及航空发动机制造技术领域，特别地，涉及一种旋转类机匣的加工方法。

背景技术

航空发动机的旋转类机匣的结构复杂、精密，内腔油箱容积大，内部油路曲折复杂，外壁附有各个矢量和形状不一的凸台，截面尺寸多变，机匣油路出口有配合要求，多为精密孔，对机加工艺要求极高。传统机加尺寸加工工艺路线因充分考虑加工变形、精密尺寸加工稳定性等问题，其具体加工工艺路线如下：

但是，传统加工工艺路线存在以下缺点：

(1)工艺路线分为粗、精加工，同时每个阶段分别由两次车削工序、两次铣削工序组成，零件需要反复装夹四次，这样零件基准的转换次数为8次，必然带来一些尺寸链中环的数量增加，尺寸加工难度增加，尺寸加工精度较差，同时会增加重复装夹找正误差，导致尺寸、形位公差误差增大。

(2)装夹方式采用一圆定中心、一孔定角向、压板固定的方式，以这样的定位方式装夹的零件还是有移动间隙，定位精度低，所以为保证两端加工精度的传递，零件加工时还需要再次找正零件，才能保证零件加工精度，这样会增加找正次数和找正难度。

(3)工序冗长，总共有8道工序，零件转工、生产等待时间长，产品的加工周期长。

发明内容

本发明提供了一种旋转类机匣的加工方法，以解决目前的航空发动机旋转类机匣的加工工艺存在的装夹找正误差大、尺寸加工精度差、加工周期长的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种旋转类机匣的加工方法，包括以下步骤：

将第一套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将待加工机匣的小端安装到第一套夹具上，对待加工机匣的大端进行粗加工；

将第二套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将待加工机匣的大端安装到第二套夹具上，对待加工机匣的小端进行粗加工；

对待加工机匣的小端进行精加工；

将第三套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将待加工机匣的小端安装到第三套夹具上，对待加工机匣的大端进行精加工。

进一步地，每套夹具均带有三处定位销，通过三处定位销将待加工机匣安装到夹具上。

进一步地，所述将待加工机匣的小端安装到第一套夹具上的过程具体包括：

将待加工机匣的小端支靠面上的三处毛坯基准孔分别对准第一套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，并利用压板固定小端安装边。

进一步地，所述将待加工机匣的大端安装到第二套夹具上的过程具体包括：

将粗加工得到的大端支靠面上的三个精密孔分别对准第二套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，将螺钉穿过第二套夹具支靠面上的光孔后对准粗加工得到的大端支靠面上的一圈螺纹孔以固定待加工机匣。

进一步地，所述将待加工机匣的小端安装到第三套夹具上的过程具体包括：

将精加工得到的小端支靠面上的三处精密孔分别对准第三套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，并利用压板固定小端安装边。

进一步地，将夹具安装到工作台上后还需找正夹具支靠面和三处定位销。

进一步地，找正夹具支靠面和三处定位销的要求为：夹具支靠面跳动不大于0.005mm，夹具定位孔跳动不大于0.005mm，拖直侧边D基准跳动不大于0.005mm；或者，三处定位销跳动不大于0.005mm。

进一步地，在粗加工过程中，针对设计要素要求低的直接加工至尺寸，针对设计要素要求高的仅去除余量。

进一步地，在对大端进行粗加工的过程中，对大端面的平面度、大端面上三处精密孔的孔径和位置度进行工艺加严控制，将它们作为大端面平面、中心、角向粗基准。

进一步地，在对小端进行粗加工的过程中，对小端面的平面度、小端面上三处精密孔的孔径和位置度进行工艺加严控制，将它们作为小端面平面、中心、角向粗基准。

本发明具有以下效果：

本发明的旋转类机匣的加工方法，通过将旋转类机匣零件加工工序合并成四道车铣复合工序，大大缩短了零件转工、生产等待时间和加工准备时间，零件工艺路线分为粗、精加工，零件总共只需装夹三次，这样零件基准转换降低至3次，零件找正误差大大降低，并且采用车铣复合技术，还可以将基准和精密孔在一道工序中加工，可消除重复装夹找正误差，提高了精密孔位置度的合格率，大大提高了加工质量。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的旋转类机匣的加工方法的流程示意图。

图2是待加工机匣上的孔

D、V基准的数控工序图。

图3是待加工机匣上的孔

的铣削工序图。

图4是传统装夹方式的示意图。

图5是本发明优选实施例的装夹方式的示意图。

图6是待加工机匣上的孔

D、V、Z基准的加工工序图。

图7是待加工机匣上的孔

的加工工序图。

图8是传统装夹方式的夹具设计图。

图9是传统装夹方式中的机匣装夹示意图。

图10是传统装夹方式中刀具的加工可行域的示意图。

图11是本发明优选实施例中采取的装夹方式中刀具的加工可行域的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明的优选实施例提供一种旋转类机匣的加工方法，包括以下步骤：

步骤S1：将第一套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将待加工机匣的小端安装到第一套夹具上，对待加工机匣的大端进行粗加工；

步骤S2：将第二套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将待加工机匣的大端安装到第二套夹具上，对待加工机匣的小端进行粗加工；

步骤S3：对待加工机匣的小端进行精加工；

步骤S4：将第三套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将待加工机匣的小端安装到第三套夹具上，对待加工机匣的大端进行精加工。

可以理解，由于航空发动机的旋转类机匣通常采用铸造铝合金，而铸造铝合金在加工过程中去除余量多时，因应力释放会产生加工变形，因此铸造铝合金加工工艺路线需要分为粗、精加工两个阶段，以保证加工质量。

可以理解，航空发动机旋转类机匣的内腔和侧壁精密孔的位置度的平面、中心基准一般在零件两端回转中心，而在传统的加工工艺路线中，回转中心加工为车削加工，精密孔的位置度为铣削加工。例如，如图2和图3中所示，孔

的位置度

的中心基准V，平面基准D在传统加工工艺路线是在数车工序加工，而孔

又是在铣削工序才能加工，因此需要更换机床加工，机匣需要拆除重新装夹加工，这样会引入机匣重新找正误差和两个机床本身的加工误差，导致精密孔的加工难度增大。而本发明运用车铣复合加工技术，可将基准和精密孔在一道工序中加工，可消除重复找正和减少一个机床的加工精度。

可以理解，本实施例的旋转类机匣的加工方法，通过将旋转类机匣零件加工工序合并成四道车铣复合工序，大大缩短了零件转工、生产等待时间和加工准备时间，零件工艺路线分为粗、精加工，零件总共只需装夹三次，这样零件基准转换降低至3次，零件找正误差大大降低，并且采用车铣复合技术，还可以将基准和精密孔在一道工序中加工，可消除重复装夹找正误差，提高了精密孔位置度的合格率，大大提高了加工质量。

可以理解，在所述步骤S1中，第一套夹具带有三处定位销，通过三处定位销将待加工机匣安装到夹具上。具体地：将待加工机匣的小端支靠面上的三处毛坯基准孔分别对准第一套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，并利用压板固定小端安装边。另外，对待加工机匣的大端进行粗加工的内容包括：转换毛坯平面、中心、角向基准，粗加工零件大端车削、铣削内容，其中，大端车削、铣削内容包括加工出大端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔。并且，在对大端进行粗加工的过程中，对大端面的平面度、大端面上三处精密孔的孔径和位置度进行工艺加严控制，将它们作为大端面平面、中心、角向粗基准，以确保后续以大端支靠面为基准进行定位时的精准度。

可以理解，在所述步骤S2中，第二套夹具也带有三处定位销，通过三处定位销将待加工机匣的大端安装到夹具上。具体地，将粗加工得到的大端支靠面上的三个精密孔分别对准第二套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，将螺钉穿过第二套夹具支靠面上的光孔后对准粗加工得到的大端支靠面上的一圈螺纹孔以固定待加工机匣。另外，对待加工机匣的小端进行粗加工的内容包括：小端车削、铣削内容，其中包括加工出小端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔。并且，在对小端进行粗加工的过程中，对小端面的平面度、小端面上三处精密孔的孔径和位置度进行工艺加严控制，将它们作为小端面平面、中心、角向粗基准。

可以理解，在所述步骤S3中，对小端进行粗加工后，无需再次装夹机匣，可直接对小端进行精加工，精加工的内容包括小端车削、铣削内容，例如对小端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔进行精加工，以满足小端高精度尺寸和技术要求。

可以理解，在所述步骤S4中，第三套夹具也带有三处定位销，通过三处定位销将待加工机匣的小端安装到夹具上。具体地，将精加工得到的小端支靠面上的三处精密孔分别对准第三套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，并利用压板固定小端安装边。另外，对大端进行精加工的内容包括大端车削、铣削内容，例如对大端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔进行精加工，以满足大端高精度尺寸和技术要求。

可以理解，如图4所示，传统的装夹方式为一圆定中心、一孔定角向、压板固定，如图5所示，而本发明采取的装夹方式是三孔定中心、角向，螺钉固定。在本发明中，每次将待加工机匣安装到夹具上都是通过三处定位销来实现加工中心的定位、定角向，待加工机匣采取三孔定位的方式，零件装夹完后移动间隙接近零，无需重复找正，减少了找正次数，降低了找正误差。而传统夹具使用的是一圆定中心、一孔定角向的装夹方式，机匣装完后机匣与夹具仍存在间隙，由此可见定位精度不高，实际加工过程中也发现无法满足加工要求，所以通常在机匣装夹完后仍需要再找正精密孔加工侧的平面、中心、角向基准，因此机匣加工需要找正夹具基准粗定位，再需要找正零件定位，增加了找正次数。例如，如图6和图7所示，大端精密孔

的平面基准D、中心基准V、角向基准Z在小端，孔

在零件大端，这样就需要夹具的定位精度和找正精度高，以及两端基准的相互转换精度高。而传统工艺路线是通过多工序不断修正，即采用一圆定中心、一孔定角向的定位方式，用夹具粗定位机匣一端(有基准的一端)，再校正机匣加工端，综合两端定位零件后加工，这样就是一个两端基准的传递精度的不断修正过程，但每次修正随着定位孔径的变大，也会导致夹具数量的增加。而本发明通过将一圆定中心、一孔定角向的定位方式改成一面三孔定位方式，提升了夹具的定位精度，将一端基准的加工精度经过夹具这个媒介直接传递给机匣另一端。在实际加工过程也验证了一面三孔定位方式装夹机匣，机匣的移动间隙为零，同时图6中的孔

的位置度也得到很好的保证。

另外，如图8和图9所示，传统的装夹方式中通常都是采取压板来固定待加工机匣，但是，由于航空发动机旋转类薄壁机匣的外壁附有各个矢量和形状不一的凸台，因此使用传统压板固定机匣时，易出现刀具与夹具干涉，这样就必然导致刀具悬伸部位加长，加工过程刀具易产生振动，或者需要另外设计夹具，重启一道工序加工。并且，压板固定的方式易出现压紧变形。另外，一般航空发动机旋转类薄壁机匣的支靠面是数车工序加工形成，而目前国内精度再高的数控设备加工完的支靠面平面度很难保证在0.01以内，而精密孔带支靠面为平面基准的位置度只有Ф0.02就很难保证，目前最好的加工方法是在最后加工精密孔时松压，让机匣尽量处于自由状态，但是这样必然会增加机匣因压紧力不够而受切削力影响导致机匣松动的风险，同时也增加了操作者技能水平的要求。而本发明中，利用了螺钉与机匣上的一圈螺纹孔配合来实现机匣的固定，使用螺钉固定，其压紧力较小，既能很好地约束机匣旋转，并且旋转类薄壁机匣的端面是零件刚性最好的部位，此状态下压紧的机匣最接近自由状态，压紧变形小，避免因支靠面平面度差导致零件加工变形的问题。如图10和图11所示，同时刀具四周加工可行域最大化，刀具在机匣四周无任何阻碍加工，有效避免刀具与夹具的干涉，使得机匣整个侧面均能加工。

因此，在本发明中，结合待加工机匣自身的结构特性，选用了机匣装夹部位支靠面上三个精密孔定加工中心和角向基准，支靠面上一圈螺纹孔固定装夹方式，然后根据这个定位方式设计和制造夹具，一个平面、三处定位销、一圈光孔和配套螺钉。加工时，待加工机匣对准三处定位销安装，螺钉横穿夹具光孔固定在待加工机匣支靠面的螺纹孔内，这样的装夹方式，机匣移动间隙接近零，压紧力较小，机匣状态接近自由状态，压紧变形小，刀具干涉范围最小。

可以理解，作为优选的，将夹具安装到工作台上后还需找正夹具支靠面和三处定位销，以确保夹具本身的定位精度。其中，找正夹具支靠面和三处定位销的要求为：夹具支靠面跳动不大于0.005mm，夹具定位孔跳动不大于0.005mm，拖直侧边D基准跳动不大于0.005mm；或者，三处定位销跳动不大于0.005mm。其中，安装完夹具后，直接校验三处定位销具有一定的难度，而本发明通过对安装后的夹具的支靠面、定位孔、拖直侧边D基准这三者的跳动进行校验，可以间接地反映出三处定位销的跳动，降低了校验难度，提高了准确度。

可以理解，在粗加工过程中，针对设计要素要求低的直接加工至尺寸，提高加工效率，而针对设计要素要求高的仅去除余量，确保加工质量。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种旋转类机匣的加工方法，其特征在于，

包括以下步骤：

将第一套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将待加工机匣的小端支靠面上的三处毛坯基准孔分别对准第一套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，并利用压板固定小端安装边，对待加工机匣的大端进行粗加工，粗加工的内容包括：转换毛坯平面、中心、角向基准，粗加工零件大端车削、铣削内容，其中，大端车削、铣削内容包括加工出大端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔，在对大端进行粗加工的过程中，对大端面的平面度、大端面上三处精密孔的孔径和位置度进行工艺加严控制，将它们作为大端面平面、中心、角向粗基准；

将第二套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将粗加工得到的大端支靠面上的三个精密孔分别对准第二套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，将螺钉穿过第二套夹具支靠面上的光孔后对准粗加工得到的大端支靠面上的一圈螺纹孔以固定待加工机匣，对待加工机匣的小端进行粗加工，粗加工的内容包括加工出小端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔，在对小端进行粗加工的过程中，对小端面的平面度、小端面上三处精密孔的孔径和位置度进行工艺加严控制，将它们作为小端面平面、中心、角向粗基准；

对待加工机匣的小端进行精加工，精加工的内容包括对小端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔进行精加工；

将第三套夹具安装到车铣复合加工中心的工作台上，将精加工得到的小端支靠面上的三处精密孔分别对准第三套夹具上的三处定位销进行定位、定角向，并利用压板固定小端安装边，对待加工机匣的大端进行精加工，精加工的内容包括对大端支靠面上的多个精密孔和一圈螺纹孔进行精加工。

2.如权利要求1所述的旋转类机匣的加工方法，其特征在于，

将夹具安装到工作台上后还需找正夹具支靠面和三处定位销。

3.如权利要求2所述的旋转类机匣的加工方法，其特征在于，

找正夹具支靠面和三处定位销的要求为：夹具支靠面跳动不大于0.005mm，夹具定位孔跳动不大于0.005mm，拖直侧边D基准跳动不大于0.005mm；

或者，找正夹具支靠面和三处定位销的要求为：三处定位销跳动不大于0.005mm。

4.如权利要求1所述的旋转类机匣的加工方法，其特征在于，

在粗加工过程中，针对设计要素要求低的直接加工至尺寸，针对设计要素要求高的仅去除余量。

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