CN112570994A - 一种复杂形状接头加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂形状接头加工方法，通过获取待加工件的原始几何数据，构建该加工件的三维模型，采用锻造的方式锻造出该三维模型的粗坯，采用数控加工中心对粗坯的正面和背面进行粗加工，对粗坯的正面依次进行两次精加工，对粗坯的背面依次进行两次精加工成型；本申请的加工方法能够将采用普通铣床铣削接头零件改为采用数控加工中心完成，在数铣加工时，合理选用刀具，优化粗铣程序策略，较好的完成了零件的加工，保证了加工质量，提高了加工效率，减少了刀具成本。

Description

一种复杂形状接头加工方法
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特别涉及到利用数控机床进行具有复杂形状的接头加工的方法。
背景技术
随着航空航天领域和数控加工技术不断发展，为减轻重量或满足使用要求，零件多为复杂曲面、斜面和深腔等复杂特征构成，接头类零件是航天领域的重要零件，该类接头零件外形由多个斜面，多个曲面构成，有两个较大的下陷，背面为两个大斜面，零件材料为钢锻件且去除量大。该类接头零件由于形状复杂，加工过程中，零件装夹困难，零件的加工效率和质量难以保证。
现阶段该类零件在加工制造过程中，一部分首先采用数控加工完成接头零件正面粗精加工，然后采用普铣垫垫块铣零件背面两斜面，完成零件背面粗精加工，该方法由于采用普通铣床加工，接头零件在粗、精铣零件背面时装夹时间过长。接头类零件背面为两个大斜面，零件材料去除量大，普铣垫垫块铣零件背面两斜面，由于零件材料去除量大且吃刀较深，导致普通铣床负载大，这样影响铣床寿命，并且由于该零件的加工批量大，长时间大量切削，导致刀片容易报废，频繁换刀片，增加刀具成本。采用普通铣床铣削，加工过程零件振动明显，壁厚等尺寸和型面精度均不易保证，零件的加工效率低。
发明内容
本发明的目的是设计一种具有针对性的工装，根据工装提供一种加工方法，实现对于具有复杂形状的接头进行全程的数控加工，在解决接头装夹困难和加工效率低下的问题同时，提供零件的加工精度。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复杂形状接头加工方法，包括以下步骤：
S1:获取待加工件的原始几何数据，通过建模软件构建该加工件的三维模型；
S2:根据S1的三维模型，采用锻造的方式锻造出该三维模型的粗坯；
S3:采用数控加工中心对粗坯的正面和背面进行粗加工，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，步长深度0.3mm，采用体积块粗加工策略，斜向下刀，顺铣，扫描类型选用类型螺纹，完成粗坯正面和背面粗加工，留2mm加工余量，背面留工艺压台；
S4:采用数控加工中心对粗坯的正面进行第一次精加工，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，采用体积块加工策略，斜向下刀，顺铣，扫描类型选用类型螺纹，完成粗坯正面第一次精加工，留0.5mm加工余量；
S5:采用数控加工中心对粗坯的正面进行第二次精加工，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，步长深度0.3mm，采用轮廓铣削精加工策略，完成腔壁第二次精加工，保证工件中间筋宽10mm等尺寸；选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，刀痕高度0.006mm，采用切割线铣削精加工策略，法向引导步长20mm，完成中间筋顶部斜面第二次精加工；选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，步长深度0.3mm，采用轮廓铣削精加工策略，完成工件外形第二次精加工；选择φ10R5刀具，切削进给2200mm/min，刀痕高度0.006mm，采用切割线精加工策略，法向引导步长20mm，完成粗坯正面腔底第二次精加工，保证工件正面两腔深65mm等工件正面尺寸；选择φ10R5刀具，切削进给2200mm/min，采用轨迹铣削精加工策略，轮廓精加工走刀数20，完成腔底圆角清根。
S6:对粗坯背面进行区域划分，分为中间区域和上下两端区域；
S7:压板压在工件上下两端，采用数控加工中心对工件的背面中间区域进行第一次精加工，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，步长深度0.3mm，采用体积块加工策略，斜向下刀，顺铣，扫描类型选用类型螺纹，完成粗坯背面第一次精加工，留0.5mm加工余量，在此装夹状态下，采用数控加工中心，选择φ16R8刀具，切削进给2200mm/min，刀痕高度0.006mm，采用切割线精加工策略，法向引导步长20mm，对工件的背面此域进行第二次精加工到位，选择φ10R2刀具精加工此区域小斜面，保证工件最终尺寸；将压板压在工件中间部位，采用数控加工中心，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，步长深度0.3mm，采用体积块粗加工策略，斜向下刀，顺铣，扫描类型选用类型螺纹对工件的背面上下两端区域进行第一次精加工，余量0.5mm，在此装夹状态下，采用数控加工中心，选择φ16R8刀具，切削进给2200mm/min，刀痕高度0.006mm，采用切割线精加工策略，法向引导步长20mm，对工件的背面此域进行第二次精加工到位，保证工件大斜面厚度为8mm，斜面角度6.3°等最终尺寸。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本申请的加工方法能够将采用普通铣床铣削接头零件改为采用数控加工中心完成，在数铣加工时，合理选用刀具，优化粗铣程序策略，较好的完成了零件的加工，保证了加工质量，提高了加工效率，减少了刀具成本。
本申请针对接头零件设计了随形装夹工装可以快速实现接头零件的定位和装夹，解决装夹困难的问题，减少装夹时间。接头零件可以很好的贴合在工装上，可以减少加工过程零件的振动，壁厚和斜面角度等尺寸和型面精度均可得到保证。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为接头零件结构示意图；
图2为接头随形工装结构示意图；
图3、图4为实施例中零件的装夹示意图；
其中：1是待加工工件，2是随形工装，3是螺栓组件，4是压板，5是垫块，6是工艺压台。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
如图1所示，是本实施例待加工的零件结构示意图，该零件的长宽厚尺寸分别为：266mm×258mm×80mm，接头中间筋宽为10mm，横向加强筋宽为8mm，接头正面两腔深为65mm，接头大斜面厚度为8mm，斜面角度6.3°。接头零件的材料为30CrMnSiA，模锻件。该接头零件外形由多个斜面，多个曲面构成，有两个较大的下陷，背面为两个大斜面。该接头零件由于形状复杂，加工过程中，零件装夹困难，零件的加工效率和质量难以保证。
如图2所示，是本实施例中用于固定安装如图1中的零件结构的随形工装，该工装的安装面与待加工的零件的正面保持一致的形状，在与待加工件中的加强筋对应的地方，工装上设置有横向的定位槽和纵向的定位槽。该工装横向定位槽宽10.2mm，纵向的定位槽宽10.2mm，工装斜面角度6.3°，工装两大斜面上加工宽26mm的斜槽避开正面此部位的异形特征，保证工件能完全贴合工装，此工艺斜槽也方便操作者在完成工件加工后取下工件，在与待加工件中倒角R5对应的地方加工宽为10mm的工艺槽，避开倒角。当待加工件安装在随形工装上时，待加工件上的加强筋分别直接***到横向定位槽和纵向定位槽内，实现对于待加工件的快速定位与固定，实现待加工件的正面完全贴合在随形工装上。
如图3所示，当待加工件与随形工装进行固定时，利用螺栓、垫块和压块将待加工件固定压紧在专用随形工装上，对粗坯背面进行区域划分，分为中间区域和上下两端区域，图4中黑色框线区域为中间区域，加工过程中，通过变化压板压在待加工件上的相对位置，从而实现对待加工件的背面进行全区域的加工。压板压在工件上下两端，采用数控加工中心对工件的背面中间区域进行第一次精加工，余量0.5mm，在此装夹状态下，采用数控加工中心对工件的背面此域进行第二次精加工到位，保证工件最终尺寸；将压板压在工件中间部位，采用数控加工中心对工件的背面上下两端区域进行第一次精加工，余量0.5mm，在此装夹状态下，采用数控加工中心对工件的背面此域进行第二次精加工到位，保证工件最终尺寸。
利用上述的随形工装进行该接头的加工过程为：
首先，通过对该接头的物理外形进行设计，获取该接头的原始物理外形数据，通过软件生产该接头的三维模型。
根据三维模型，采用现有的锻造工艺锻造出与设计的三维模型基本相似的粗坯。
采用数控加工中心对该粗坯正面和背面的所有区域进行初步加工，使得加工后的粗坯加工余量为2mm。
将进行粗加工后的工件进行固定，对该工件的正面利用数控加工中心分别进行两次精加工，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，采用体积块加工策略，斜向下刀，顺铣，扫描类型选用类型螺纹，完成粗坯正面第一次精加工，留0.5mm加工余量；选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，步长深度0.3mm，采用轮廓铣削精加工策略，完成腔壁第二次精加工，保证工件中间筋宽10mm等尺寸；选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，刀痕高度0.006mm，采用切割线铣削精加工策略，法向引导步长20mm，完成中间筋顶部斜面第二次精加工；选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，步长深度0.3mm，采用轮廓铣削精加工策略，完成工件外形第二次精加工；选择φ10R5刀具，切削进给2200mm/min，刀痕高度0.006mm，采用切割线精加工策略，法向引导步长20mm，完成粗坯正面腔底第二次精加工，保证工件正面两腔深65mm等工件正面尺寸；选择φ10R5刀具，切削进给2200mm/min，采用轨迹铣削精加工策略，轮廓精加工走刀数20，完成腔底圆角清根。选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，采用切割线精加工策略，完成粗坯正面第一次精加工，留0.5mm加工余量，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，采用切割线精加工策略，完成腔壁第二次精加工；选择φ16R8刀具，切削进给2200mm/min，跨距10mm，采用切割线精加工策略，法向引导步长20mm，完成粗坯正面腔底第二次精加工，保证接头中间筋宽10mm，正面两腔深65mm等工件正面尺寸。
利用随形工装将进行背面精加工的工件进行如图3所示的固定，在固定过程中，用木锤轻敲工件，保证内部完全贴合随形工装，然后通过打表找正验证装夹精度满足要求，然后通过螺栓、机加通用压板和垫块压紧零件。
对粗坯背面进行区域划分，分为中间区域和上下两端区域；在完成区域划分后，对固定后的工装的背面利用数控加工中心进行两次精加工，压板压在工件上下两端，采用数控加工中心对工件的背面中间区域进行第一次精加工，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，步长深度0.3mm，采用体积块加工策略，斜向下刀，顺铣，扫描类型选用类型螺纹，完成粗坯背面第一次精加工，留0.5mm加工余量，在此装夹状态下，采用数控加工中心，选择φ16R8刀具，切削进给2200mm/min，跨距10mm，采用切割线精加工策略，法向引导步长20mm，对工件的背面此域进行第二次精加工到位，选择φ10R2刀具精加工此区域小斜面，保证工件最终尺寸；将压板压在工件中间部位，采用数控加工中心，选择φ20R0.8刀具，切削进给2000mm/min，跨距12mm，步长深度0.3mm，采用体积块粗加工策略，斜向下刀，顺铣，扫描类型选用类型螺纹对工件的背面上下两端区域进行第一次精加工，余量0.5mm，在此装夹状态下，采用数控加工中心，，选择φ16R8刀具，切削进给2200mm/min，跨距10mm，采用切割线精加工策略，法向引导步长20mm，对工件的背面此域进行第二次精加工到位，保证工件大斜面厚度为8mm，斜面角度6.3°等最终尺寸。
通过本实施例进行加工该接头零件，在数铣加工时，合理选用刀具，优化粗铣程序策略，较好的完成了零件的加工，保证了加工质量，提高了加工效率，减少了刀具成本。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (8)

1.一种复杂形状接头加工方法，其特征在于包括以下步骤：
S1:获取待加工件的原始几何数据，构建该加工件的三维模型；
S2:根据S1的三维模型，采用锻造的方式锻造出该三维模型的粗坯；
S3:在数控加工中心中，选用螺纹扫描类型，采用体积块粗加工策略，斜向下刀，顺铣，对粗坯的正面和背面依次进行粗加工，粗加工后的加工余量不大于2mm；
S4:在数控加工中心中，选用螺纹扫描类型，采用体积块加工策略，斜向下刀，顺铣，对粗坯的正面进行第一次精加工，精加工后的加工余量不大于0.5mm；
S5:在数控加工中心中选用与粗加工时相同的刀具、切削进给速度、步长深度依次：
采用轮廓铣削精加工策略，对工件正面的腔壁进行加工，
采用切割线铣削精加工策略，对工件正面中间筋顶部斜面进行精加工，
采用轮廓铣削精加工策略，对工件的外形进行精加工；
选用与上述不同的刀具、切削进给速度，采用切割线精加工策略，对工件正面腔底以及腔壁进行精加工，采用轨迹铣削精加工策略，完成腔底圆角清根；
S6:对粗坯背面进行区域划分，分为中间区域和上下两端区域；
S7：通过螺栓、压板和垫块将工件装夹到专用随形工装上，压板压在工件上下两端，
在数控加工中心中对工件的背面中间区域，采用体积块加工策略，斜向下刀，顺铣，螺纹扫描类型，对粗坯背面第一次精加工，精加工后的加工余量不大于0.5mm，
保持该装夹状态不变，选择不同的刀具和切削进给速度，采用切割线精加工策略，对工件背面的中间区域进行第二次精加工；
将加工好的中间区域用压板进行压制，对工件背面其他区域进行加工，按照中间区域的加工过程完成对背面的其他区域的精加工，
加工完成后工件斜面厚度为8mm，斜面角度6.3°。
2.根据权利要求1所述的一种复杂形状接头加工方法，其特征在于：所述S2中进行粗坯锻造时，锻造出工件基本外形，外形尺寸为270mm×264mm×86mm，正面两腔深为46mm。
3.根据权利要求1所述的一种复杂形状接头加工方法，其特征在于设计一个用于装夹加工件的随形工装。
4.根据权利要求3所述的一种复杂形状接头加工方法，其特征在于所述随形工装的贴装面与待加工件正面外形一致，在所述随形工装上分别设置有横向和纵向的定位槽，所述定位槽用于定位待加工件的正面。
5.根据权利要求1或3、4任一所述的一种复杂形状接头加工方法，其特征在于在完成步骤5后，利用随形工装装夹待加工件。
6.根据权利要求5所述的一种复杂形状接头加工方法，其特征在于在进行待加工件与随形工装装夹时，利用不停的敲打待加工件表面实现装夹精度的要求，通过螺栓、压板和垫块压紧待加工工件。
7.根据权利要求6所述的一种复杂形状接头加工方法，其特征在于在进行S7的过程中，对粗坯背面进行区域划分，分为中间区域和上下两端区域，通过变化压板压在待加工件上的相对位置，实现对于待加工件上背面所有区域的精加工。
8.根据权利要求1所述的一种复杂形状接头加工方法，其特征在于在S3中，将完成粗加工后的工件加热到温度为180～210℃，保温1小时后，出炉在空气中冷却，降低工件中的应力。
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