CN114879601A - 复杂型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了复杂型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法，属于复合材料壁板类工装数控加工领域。发明的一种多槽、大平面、小曲率“凸”型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法，简化了模板型面的数控加工过程，且加工后型面表面光滑达到Ra1.6、Ra3.2标准，无球刀加工时的硬点、接刀高度差等缺陷，型面精度高，变形小，人工抛光时工作量小，减少抛光时间，进一步提升生产效率，加工时刀具、刀片磨损小，节省加工成本，加工效率数倍提升，减少占用机床时间，经济性高。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料壁板类工装数控加工领域，特别是涉及一种多槽、大平面、小曲率“凸”型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法。
背景技术
壁板类碳毡成型模由模板组件与框架组件组成，模板组件包含模板、成型挡块、盖板等，模板轮廓尺寸3000mm左右，型面包含很多二级凹槽，槽上端开口为周圈斜面，其余型面为大面积平面和大面积小曲率“凸”型面，因此型面非常复杂。
在实际生产中，对这种复杂型面的模板大都采用大直径R刀粗铣，立铣刀加工平面、槽底和侧立面，球刀半精、精加工曲面。由于R刀粗铣后平面、槽底和侧立面余量较大，立铣刀加工时为了防止刀具刃口及刀具体崩碎，只能以设定加工进给量F＝100mm/min的20％～30％进行加工，加工速度缓慢，加工时刀具不断磨损，立铣刀底刃和侧刃磨损后出现进刀附近型面低退刀附近型面高、槽口尺寸变小的现象，偏差0.4mm左右，为了保证加工精度，加工过程需要更换多把新刀具。
球刀加工曲面的方法非常成熟，但是加工大面积小曲率型面时刀尖十分容易磨损，刀尖磨损后加工出来的型面表面较Ra12.5粗糙，达不到Ra1.6、Ra3.2标准要求，因此为保证型面表面质量，加工过程中就需要频繁更换新刀片，但更换新刀片后新旧刀片加工过的型面接合处会出现阶差0.3mm左右；球刀半精、精加工时为保证加工精度，加工步距参数不能太大，精铣时步距仅为0.3mm，同样也导致加工时间超长。
发明内容
壁板类碳毡成型模如图1、图2所示，中心多槽范围内为大平面，内部包括很多二级槽如图3，按从上至下定义为一级槽、二级槽，其中一级槽底面为挡块高度定位面，精度要求较高，外圈为小曲率“凸”型面，加工此类成型模不但费刀，而且加工效率特别低，加工精度也不高，为解决这些问题，本发明创造了一种多槽、大平面、小曲率“凸”型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法。
本发明的技术方案如下：
复杂型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法，步骤如下：
步骤一：总体型面采用大直径66R刀粗加工，转速S＝1500turn/min，进给量F＝6000mm/min，加工时先找正型面余量，采样间距200mm，调整型面直至余量均匀状态，翻面铣平工装底面后再次翻面加工，型面单面留量4mm，加工完成后退火去除加工应力。
步骤二：总体型面再次采用大直径66R刀粗加工，转速S＝1500turn/min，进给量F＝6000mm/min，型面单面留量1mm，加工完成后松压板检查底面基准面状态，平面度小于0.2mm可继续加工，否则需再次翻面铣平工装底面，直至平面度小于0.2mm。
步骤三：基于步骤二加工后未加工到位的型面及余量用高精度小直径20R刀加工，转速S＝2500turn/min，进给量F＝6000mm/min，型面留量0.2mm。
步骤四：多槽特征部分型面采用立铣刀加工，基于步骤三型面余量仅为0.2mm，加工余量变小，立铣刀在加工槽底平面和侧立面时可以设定加工转速S＝800turn/min，进给量F＝200mm/min进行高速铣削加工。
步骤五：型面中的大平面特征型面部分采用高精度小直径20R刀精铣，基于步骤三型面余量仅为0.2mm，加工余量变小，可以设定步距重合50％，转速S＝2500turn/min，进给量F＝3500mm/min进行加工。
步骤六：小曲率“凸”型面也采用高精度小直径20R刀精铣，步距1～3mm，转速S＝3000turn/min，进给量F＝4500mm/min，一次加工完成。
步骤七：型面中小部分其余类型型面、槽口采用Φ16R8球刀和Φ10立铣刀加工，Φ16R8球刀加工转速S＝3000turn/min，进给量F＝6000mm/min，Φ10立铣刀分层加工转速S＝3000turn/min，进给量F＝2000mm/min。
本发明的有益效果：本发明首先采用大直径66R刀粗加工整体型面，然后用高精度小直径20R刀进行补加工和替代球刀进行精加工，加工效率高，补加工后的加工余量小，进而降低立铣刀加工多槽特征型面时的刀具磨损，刀具使用寿命延长，1～2把立铣刀就能完成多槽特征型面部分槽底平面和侧立面型面的加工，并且多槽槽底平面高度、槽口尺寸精度符合公差要求，加工效率较大余量立铣刀加工提升7倍左右；型面中的大平面特征型面部分采用高精度小直径20R刀精铣加工完成后，大平面型面不会出现进刀点低退刀点高的现象，加工效率较大余量立铣刀加工提升66倍左右，型面精度±0.02mm以内；小曲率“凸”型面也采用高精度小直径20R刀精铣，步距1～3mm，一次加工完成，简化了球刀的半精铣、精铣加工流程，加工效率较球刀加工提升5倍左右，刀具加工产生的热量小，减小加工应力，减小模板变形，1把刀不换刀片加工完成后，肉眼几乎看不出刀片磨损，加工过后的型面表面光滑能达到Ra1.6、Ra3.2标准，型面精度±0.05mm以内。
附图说明
图1壁板类碳毡成型模工装立体示意图。
图2壁板类碳毡成型模工装二维示意图，其中(a)为主视图，(b)为侧视图，(c)为俯视图，(d)为A-A视图。
图3壁板类碳毡成型模工装槽的详细示意图。
图4Φ20R1.5数控铣刀刀片示意图。
具体实施方式
1)选取刀具。
粗加工：66R刀。因为余量大均选取普通66R刀加工即可；
基于第二次粗铣的补加工：Φ20R1.5R刀。根据模板型面凹槽转折处圆角需选取直径20及以下刀具，由于留下的加工余量小，刀具的参数必须精准可逆，因此选取Φ20R1.5R刀加工。φ20R1.5刀片外形如图4，刀片外形为规则方形，旋转直径D＝20mm，刀具刃口底角R＝1.5mm，刀片形状规则，刀具精度高，旋转偏差0.01mm；
槽底平面和侧立面精加工：Φ20立铣刀、Φ16立铣刀、Φ6立铣刀。根据模板多槽特征部分凹槽转折处圆角一级槽选取Φ16立铣刀加工，二级槽选取Φ20立铣刀加工，转折处选取Φ6立铣刀清角；
型面中大平面精加工：Φ20R1.5R刀。
型面中小曲率“凸”型面精加工：Φ20R1.5R刀。
型面中剩余小部分其余类型型面、槽口精加工：Φ16R8球刀、Φ10立铣刀。其余类型型面选取Φ16R8球刀加工，导气槽选取Φ10立铣刀加工。
2)第一次粗加工。找正型面余量，制找正加工基准面及翻面基准块，翻转工装，所留基准起尺寸，铣平工装底面，翻转工装，选取普通Φ66R刀加工，切削层深度＝0.5mm，此时工装型面处于毛坯状态，余量大，采用斜向进刀方式，进给量F＝6000mm/min，转速S＝1500turn/min，对型面顶面及内部凹槽进行粗加工，留余量4mm，制加工基准。第一次粗加工后退火去应力。
3)第二次粗加工。去除应力后，检查工装底面基准面状态，参考第一次粗加工基准，找正型面余量，制找正加工基准面及翻面基准块，翻转工装，所留基准起尺寸，铣平工装底面，翻转工装，同样选取普通Φ66R刀加工，切削层深度＝0.5mm，此时工装型面有余量4mm，较大，同样采用斜向进刀方式，进给量F＝6000mm/min，转速S＝1500turn/min，对型面顶面及内部凹槽进行第二次粗加工，留余量1mm，制加工基准。
4)基于第二次粗铣的补加工。第二次粗加工结束后，松压板检查工装底面状态，当平面度＜0.2mm时可继续进行补加工，当平面度≥0.2mm时，压板压实工装底面与工作台实点接触位置，制找正加工基准面及翻面基准块，翻转工装，所留基准起尺寸，再次铣平工装底面。
当平面度＜0.2mm时补加工的工序：选取Φ20R1.5刀加工，同样采用斜向进刀方式，切削层深度＝0.3mm，进给量F＝6000mm/min，转速S＝2500turn/min对型面顶面、内部凹槽及66R刀未加工到位处进行补加工，留余量0.2mm。
5)槽底平面和侧立面精加工。一级槽选取Φ16立铣刀、二级槽选取Φ20立铣刀加工，此时型面余量较小，仅为0.2mm，可以提高加工速度，进给量F＝200mm/min，转速S＝800turn/min，加工槽底平面时采用斜向进刀方式，加工侧立面时采用圆弧进退刀方式；拐角处选取Φ6立铣刀分层加工清角，采用圆弧进退刀方式，切削深度＝0.1mm，进给量F＝1000mm/min，转速S＝1200turn/min，加工到位。
6)型面中大平面精加工。选取Φ20R1.5刀加工，采用斜向进刀方式，0＜步距＜D-2R，选取步距＝10mm即步距重合50％，进给量F＝3500mm/min，转速S＝2500turn/min，加工到位。
7)型面中小曲率“凸”型面精加工。选取Φ20R1.5刀加工，步距＝1.5mm，进给量F＝4500mm/min，转速S＝3000turn/min，加工到位。当步距＝1.5mm时，型面精度0.01mm，当步距＝5mm时，型面精度0.1mm。步距的设定值与刀具的直径及型面状态相关，刀具直径越大，步距的设定值可以适当增大，型面“凸”曲率复杂，刀具直径应适当减小,步距的设定值越大加工用时越少。
8)型面中剩余小部分其余类型型面、槽口精加工。曲面型面选取Φ16R8刀加工，步距＝0.3mm，进给量F＝6000mm/min，转速S＝3000turn/min，加工到位；导气槽是与型面等深度的槽，槽底曲率随型面变化而变化，选取Φ10立铣刀加工，进给量F＝2000mm/min，转速S＝3000turn/min，分层加工到位。
本发明的一种多槽、大平面、小曲率“凸”型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法，简化了模板型面的数控加工过程，且加工后型面表面光滑达到Ra1.6、Ra3.2标准，无球刀加工时的硬点、接刀高度差等缺陷，型面精度高，变形小，人工抛光时工作量小，减少抛光时间，进一步提升生产效率，加工时刀具、刀片磨损小，节省加工成本，加工效率数倍提升，减少占用机床时间，经济性高。
Claims (1)
1.复杂型面壁板类碳毡成型模的数控加工方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一：总体型面采用大直径66R刀粗加工，转速S＝1500turn/min，进给量F＝6000mm/min，加工时先找正型面余量，采样间距200mm，调整型面直至余量均匀状态，翻面铣平工装底面后再次翻面加工，型面单面留量4mm，加工完成后退火去除加工应力；
步骤二：总体型面再次采用大直径66R刀粗加工，转速S＝1500turn/min，进给量F＝6000mm/min，型面单面留量1mm，加工完成后松压板检查底面基准面状态，平面度小于0.2mm可继续加工，否则需再次翻面铣平工装底面，直至平面度小于0.2mm；
步骤三：基于步骤二加工后未加工到位的型面及余量用高精度小直径20R刀加工，转速S＝2500turn/min，进给量F＝6000mm/min，型面留量0.2mm；
步骤四：多槽特征部分型面采用立铣刀加工，基于步骤三型面余量仅为0.2mm，加工余量变小，立铣刀在加工槽底平面和侧立面时可以设定加工转速S＝800turn/min，进给量F＝200mm/min进行高速铣削加工；
步骤五：型面中的大平面特征型面部分采用高精度小直径20R刀精铣，基于步骤三型面余量仅为0.2mm，加工余量变小，可以设定步距重合50％，转速S＝2500turn/min，进给量F＝3500mm/min进行加工；
步骤六：小曲率“凸”型面也采用高精度小直径20R刀精铣，步距1～3mm，转速S＝3000turn/min，进给量F＝4500mm/min，一次加工完成；
步骤七：型面中小部分其余类型型面、槽口采用Φ16R8球刀和Φ10立铣刀加工，Φ16R8球刀加工转速S＝3000turn/min，进给量F＝6000mm/min，Φ10立铣刀分层加工转速S＝3000turn/min，进给量F＝2000mm/min。
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