CN114769688B - 加工薄耳片深槽口的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属切削加工领域，涉及加工薄耳片深槽口的方法。本发明采用上述方案，有效的控制了窄槽、深槽、薄耳片结构的加工变形，保证了槽口宽度、耳片相关尺寸精度和形位公差,零件加工合格率由不足50％达到了100％，对相似结构耳片的加工具有显著的借鉴意义，尤其在零件批量加工中，具有显著的经济效益，本发明特别适合于加工采用铝合金等易变形材料的具有深槽、薄耳片结构特点的零件。

Description

加工薄耳片深槽口的方法

技术领域

本发明属于金属切削加工领域，涉及加工薄耳片深槽口的方法。

背景技术

在航空产品中，大量次承力结构件采用航空铝合金板材作为首选材料。其中大部分支臂类零件或者连接件都设计了耳片及槽口结构，在加工过程中，槽口容易发生“收口”或者“张口”变形，耳片厚度及形位公差难以保证。铝合金材料本身易发生加工变形，槽口加工过程中必然会破坏材料内部的应力平衡，同时受到刀具震颤影响导致槽口加工困难，槽口及耳片尺寸难以保证。

窄槽、深槽结构一般不能采用棒铣刀直接加工，大多只能采用T型盘铣刀加工。传统加工方案一般有两种：

第一种为：数控铣将零件整体加工完成后，槽口由常规铣床手动加工保尺寸，此加工方案极度依赖工人的加工经验，难以控制耳片尺寸及位置公差精度，极易发生加工变形并导致零件报废。在实际生产中，对于厚耳片结构，易发生槽口“收口”，导致耳片边缘壁厚超差。而对于薄耳片深槽结构，易发生槽口“张口”并震颤，导致耳片变形，局部厚度尺寸大，槽口精度不合格。除此之外，此加工方案还存在加工周期过长的特点，加工经济性差，目前基本已经被全数控加工方式取代。

第二种为：零件全数控加工：先将耳片一侧表面精加工完成，再采用盘铣刀粗精铣槽口；最后将零件翻面，加工另一侧耳片表面。该方案对于厚度较大，槽口较浅的结构比较实用，对于薄耳片和深槽口的结构适应性差。在薄耳片和深槽口结构零件的实际加工中，多次出现“收口”或者“张口”变形，变形形式不可控，且耳片尺寸及位置公差精度也难以保证。

发明内容

为了解决带深槽耳片加工过程中变形因素导致的槽口尺寸、耳片壁厚尺寸及相关结构的形位公差难以保证的问题，本发明提供了一种更加有效的加工带深槽耳片的方法。

本发明的技术方案：

加工薄耳片深槽口的方法，步骤如下：

第一步，结构分析：根据零件结构，分析槽口宽度、槽口深度、耳片厚度尺寸及公差要求；分析耳片及槽口结构的平行度、平面度、对称度形位公差要求。

第二步，刀具设计：

2.1刀具结构设计：

刀具为“T”形结构，盘铣刀采用分体设计，分为刀片和刀杆。设定零件耳片槽宽度为a，槽口深度为b。

盘铣刀厚度H比槽口宽度a小1mm，即为：H＝(a-1)mm；盘铣刀刀盘直径D＝[(2b+20)+c]mm。其中20mm是为了防止刀杆碰撞毛料预留的安全余量；c是刀杆直径。大直径盘铣刀刀盘摆动及动平衡对槽口加工精度及槽口“收口”和“张口”影响极大，所以在刀具完成组装后要先进行动平衡检查及刀片摆动检查，降低刀具因素对槽口加工精度的影响。

2.2刀具参数设置：

a)盘铣刀粗加工参数：转速n＝100n/min，进给速度f＝80mm/min，刀具直径方向切深ap＝6mm，刀具轴线方向不分层，切削宽度＝盘铣刀厚度H。

b)精加工参数：转速n＝200n/min，进给速度f＝150mm/min，刀具直径方向切深＝槽口深度b，切削宽度＝0.5mm。

第三步，机床选择：

鉴于盘铣刀设计为大直径小厚度的分体式刀具，为了保证槽口尺寸及精度，加工零件时刀具线速度小，故不宜采用高速设备加工，本方案中选定的加工设备为普通数控铣床，要求低速性能好，扭矩高。

第四步，数控加工：

4.1加工方案设置：零件分两面加工，先加工第一面时先加工槽口，精加工槽口后在槽口内***特制垫块，继续加工第一面剩余部分；翻面后加工第二面。考虑到盘铣刀为分体结构，刀盘下方采用锁紧螺母拧紧，刀具最低点在刀柄螺杆顶端，加工时需要考虑零件摆放高度，防止刀具碰撞机床工作台。实际加工时可在毛料下方增加垫板，以抬高毛料槽口位置高度。零件耳片外缘距离毛料边缘留3mm～5mm即可。在毛料状态下第一个工步即为加工槽口，依靠毛料的整体刚度控制开槽变形。

4.2数控加工：槽口加工分为粗加工和精加工两个步骤。

①、粗铣槽口加工方式为：按槽口中间尺寸，刀具轴线方向不分层，槽口内表面上下面均匀留0.5mm余量，沿着刀具直径方面分层并作往复循环加工。

②、精铣槽口加工方式为：先加工槽口内侧下表面，再加工槽口内侧上表面，由此保证槽口宽度尺寸。精加工时刀具轴线方向和直径方向均不分层，一次加工成形。从毛料外下刀，在完成顺铣切削后刀具沿着走刀路径原路返回，以刀具逆铣的方式再次修整已切削表面，通过此方式可以降低精加工让刀程度及降低表面粗糙度。

③加工操作过程：

a)加工零件第一面：在机床平台上固定一块垫板，并将零件毛料放置在垫板上找正和压紧。其中，待加工槽口部位需要放置在垫板最边缘位置，便于盘铣刀加工。先加工粗铣槽口程序并检查槽口内侧上下表面相对于理论位置尺寸变动量，按变动量微调刀长后继续加工精铣槽口程序，完成槽口尺寸加工工步。在已精加工完成的槽口内***与槽口等宽的特制垫块后，先加工上侧耳片表面，保证耳片厚度尺寸，然后正常加工零件其他结构，完成零件第一面的切削工作。

b)加工零件第二面：零件翻面，槽口垫块不动。先加工耳片表面，保证耳片厚度尺寸，由此完成了整个耳片和槽口的全部加工工作。正常加工零件其他结构，完成零件第二面的切削工作。切断时在耳片两侧留工艺连接筋。

c)将零件从毛料上卸下，检查槽口尺寸，如果槽口发生“开口”或“张口”变形，安排校正工序，保证槽口尺寸精度和平行度要求。

本发明有益效果为：

本发明采用上述方案，有效的控制了窄槽、深槽、薄耳片结构的加工变形，保证了槽口宽度、耳片相关尺寸精度和形位公差,零件加工合格率由不足50％达到了100％，对相似结构耳片的加工具有显著的借鉴意义，尤其在零件批量加工中，具有显著的经济效益，本发明特别适合于加工采用铝合金等易变形材料的具有深槽、薄耳片结构特点的零件。

附图说明

图1是典型零件图；

图2是“T”形盘铣刀结构图；

图3是加工流程效果图；

图4是程序轨迹示意图。

其中：1毛料；2典型零件；3垫块；4盘铣刀；5程序走刀轨迹。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施的实力在附图中出示，其中自始自终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是实例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

该发明为窄槽、深槽、薄耳片结构类零件的加工提供了一种通用解决方案，以图1所示典型零件为例并结合附图，给出本发明方案的具体实施步骤：

1、分析零件本身及耳片的结构特点及尺寸要求，将毛料规格设计为上下及左侧相比零件理论外缘大50mm，保证加工过程中的高度；为了便于盘铣刀加工，毛料右侧距离零件外缘(即：耳片外缘)3mm(见图3)。结合盘铣刀结构特点，为了防止碰撞机床工作台。在毛料下方增加50mm厚度垫板，以抬高毛料槽口位置高度。

2、数控加工前准备工序：铣毛料上下平面及直角边，确定加工原点。

3、将毛料及50mm厚度垫板固定在机床工作台上，拉直找正并确定加工原点。用压板压紧毛料。其中右侧两个压板需避开槽口深度位置，防止后续撞刀

4、铣切毛料右侧的上下两处毛料躲避区(见图3)，此结构有两个作用：一是在开槽时可以起到释放内部应力的作用，二是起到缩短盘铣刀加工时间的目的。

5、粗加工槽口，按中间尺寸编制程序和加工，程序按刀具直径方向分层加工；槽口内表面上下面均匀留0.5mm余量(程序轨迹见图4；效果图见图3)。

6、粗加工完成后机床停机，测量槽口内侧下表面至毛料下表面的实际尺寸并与理论尺寸对比。

7、精加工槽口内侧下表面：按对比结果的偏差值偏移程序，保证槽口的位置精度。径向不分层，一刀直接加工到位。顺铣和逆铣加工各一次，刀具轨迹为顺铣加工后，刀具按原顺序走刀路线逆铣返回程序起点(见图4)。逆铣用于做光刀处理，防止加工让刀，保证尺寸和形位公差，并降低表面粗糙度。

8、精加工槽口内侧上表面，按第7步执行，保证槽口宽度尺寸。

9、在槽口内***与槽口等宽的垫块，铣零件上部耳片表面，保证耳片厚度尺寸；加工剩余部分结构。(效果图见图3)。

10、毛料翻面，拉直找正并确定加工原点。

11、加工另一耳片表面，保证耳片厚度尺寸(效果图见图3)。

12、加工剩余部分结构。切断毛料，留连接筋(效果图见图3)。

13、卸下零件，安排校正工序；送测量机测量耳片形位公差。由此，完成零件的加工和检查。

Claims (4)

1.加工薄耳片深槽口的方法，其特征在于，步骤如下：

第一步，结构分析：根据零件结构，分析槽口宽度、槽口深度、耳片厚度尺寸及公差要求；分析耳片及槽口结构的平行度、平面度、对称度形位公差要求；

第二步，刀具设计：

2.1刀具结构设计：

刀具为“T”形结构，盘铣刀采用分体设计，分为刀片和刀杆；设定零件耳片槽宽度为a，槽口深度为b；

盘铣刀厚度H比槽口宽度a小1mm，即为：H=（a-1）mm；盘铣刀刀盘直径D=[（2b＋20）+c]mm；其中20mm是为了防止刀杆碰撞毛料预留的安全余量；c是刀杆直径；

2.2刀具参数设置：

a）盘铣刀粗加工参数：转速n=100n/min，进给速度f=80mm/min，刀具直径方向切深ap=6mm，刀具轴线方向不分层，切削宽度=盘铣刀厚度H；

b）精加工参数：转速n=200n/min，进给速度f=150mm/min，刀具直径方向切深=槽口深度b，切削宽度=0.5mm；

第三步，机床选择：

设备为普通数控铣床；

第四步，数控加工：

4.1零件分两面加工，先加工第一面时先加工槽口，精加工槽口后在槽口内***与槽口等宽的垫块，继续加工第一面剩余部分；翻面后加工第二面；零件耳片外缘距离毛料边缘留3mm~5mm，在毛料状态下第一个工步即为加工槽口，依靠毛料的整体刚度控制开槽变形；

4.2槽口加工分为粗加工和精加工两个步骤；

①粗铣槽口加工方式为：按槽口中间尺寸，刀具轴线方向不分层，槽口内表面上下面均匀留0.5mm余量，沿着刀具直径方向分层并作往复循环加工；

②精铣槽口加工方式为：先加工槽口内侧下表面，再加工槽口内侧上表面，由此保证槽口宽度尺寸；精加工时刀具轴线方向和直径方向均不分层，一次加工成形；从毛料外下刀，在完成顺铣切削后刀具沿着走刀路径原路返回，以刀具逆铣的方式再次修整已切削表面。

2.如权利要求1所述的加工薄耳片深槽口的方法，其特征在于，步骤如下：所述的第四步中，加工零件第一面的具体操作如下：

在机床平台上固定一块垫板，并将零件毛料放置在垫板上找正和压紧；其中，待加工槽口部位需要放置在垫板最边缘位置，便于盘铣刀加工；先加工粗铣槽口程序并检查槽口内侧上下表面相对于理论位置尺寸变动量，按变动量微调刀长后继续加工精铣槽口程序，完成槽口尺寸加工工步；在已精加工完成的槽口内***与槽口等宽的垫块后，先加工上侧耳片表面，保证耳片厚度尺寸，然后正常加工零件其他结构，完成零件第一面的切削工作。

3.如权利要求1或2所述的加工薄耳片深槽口的方法，其特征在于，步骤如下：所述的第四步中，加工零件第二面具体操作如下：零件翻面，槽口垫块不动；先加工耳片表面，保证耳片厚度尺寸，由此完成了整个耳片和槽口的全部加工工作；正常加工零件其他结构，完成零件第二面的切削工作；切断时在耳片两侧留工艺连接筋。

4.如权利要求1或2所述的加工薄耳片深槽口的方法，其特征在于，步骤如下：所述的第四步中，还包括零件从毛料上卸下，槽口发生“收口”或“张口”变形，安排校正工序，保证槽口尺寸精度和平行度要求。