CN116689843A - 用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置和方法，装置包括定位板、周向和轴向定位调节机构三种定位结构，并结合机床坐标位置测量，从而实现了构件的精确定位。装置对工装卡板顶部铣平和在工装两侧设计支撑板，并在支撑板上设置可调节螺栓，使得构件中间刚度大变形量较小时，构件中间也不会与卡板顶部干涉，并当构件与支撑板之间有间隙时，防止切割过程振动。而在夹持过程中，为防止构件夹持变形严重或者向其中一侧倾斜，采用构件对称同时夹持方法，并且利用百分表控制夹持变形程度。本发明通过设计与工艺考虑，使得构件机床上切割后测量的弦长与自由状态下的弦长一致，不会出现切割变形回弹现象，从而有利于后续装配过程。

Description

用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置与方法

技术领域

本发明涉及金属带筋构件加工技术领域，具体涉及一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置与方法。

背景技术

铝合金网格加筋构件广泛应用于运载火箭贮箱壁板、飞机机翼等航空航天高端装备，具有承载能力强、整体刚性大等优点，因此其最终尺寸的准确性对空天装备的安全性、可靠性具有重要意义。金属构件在成形过程中，通常会留有一定工艺余量用于夹持、定位等，完成成形后再进行去除。成形后，对于一般构件可以采用线锯、电锯等进行人工切除工艺余量；但对于大型复杂带筋构件，尤其是网格高筋，无法采用上述人工方法切除工艺余量或者切割后精度不高，无法进行装配。

为此，本发明提出一种网格高筋壁板工艺余量切割方法及切割工装，实现对大型网格高筋壁板工艺余量的精确切割，从而提高装备的安全可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置，实现对大型网格高筋壁板工艺余量的精确切割，从而提高装备的安全可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置，包括框架结构、定位结构、支撑结构和夹持结构；所述框架结构包括底板，在所述底板上沿横向和纵向方向互相平行设置有若干个横向卡板和若干个纵向卡板，所述框架结构的顶面为与待加工的复杂网格加筋构件的弧面形状相匹配的弧形支撑面；所述定位结构包括分别位于所述框架结构横向两侧的周向定位调节机构、位于所述框架结构纵向一端的轴向定位调节机构以及位于所述框架结构纵向另一端的定位板；所述支撑结构包括设置在所述框架结构顶部四周的支撑板和设置在所述弧形支撑面中心位置的向下凹陷的干涉避让平台，位于所述框架结构横向两侧的两个支撑板上均设置有若干个可调节螺栓；所述夹持结构包括分别设置在所述框架结构横向两侧的若干个夹持组件，若干个所述夹持组件与若干个所述可调节螺栓错位设置。

进一步的，所述底板、所述横向卡板和所述纵向卡板均开设有若干个减重孔，且所述底板上所开设的孔位避开所述横向卡板和所述纵向卡板。

进一步的，所述框架结构的纵向两端分别设置有第一支撑板，靠近所述轴向定位调节机构一端的第一支撑板内侧平行间隔设置有第二支撑，所述第二支撑板与靠近所述定位板一端的第一支撑板之间连接有两个第三支撑板；所述第一支撑板、所述第二支撑板的两端以及每个所述横向卡板的顶部两端分别开设有让刀槽，且所述让刀槽位于两个所述第三支撑板的外侧。

进一步的，每个所述第三支撑板上间隔设置有4～6个可调节螺栓；所述支撑板的宽度为70～100mm。

进一步的，所述干涉避让平台为从所述弧形支撑面中心点往下切割10～20mm深度的平台。

本发明还提供一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的方法，采用上述的装置对网格加筋构件的工艺余量进行切割，所述方法包括如下步骤：

S1、构件定位：首先把待加工的复杂网格加筋构件吊到铣削装置上，通过轴向调节机构使得构件长度方向一端贴合定位板，然后通过调整装置横向两侧的周向调节机构使得构件中心对称；

S2、构件固定：首先在第三支撑板与构件的内型面之间垫上金属块，或者调整所述第三支撑板上的可调节螺栓使得螺栓顶住构件的内型面；然后采用装置横向两侧的夹持组件对构件进行固定；完成固定后，采用机床对构件上的中心筋条以及至少两条横向对称设置的侧部筋条的顶部Z坐标进行测量，如果横向对称设置的两条所述侧部筋条的顶部Z坐标的偏差值在0.5mm以内，则表明夹持固定后构件定位位置良好；拆除定位板，并采用机床测量构件的侧面初始平面度；

S3、构件粗切：首先采用机床对构件的最终切割线进行画线，以防止过切；接着对构件进行粗切，粗切时控制单边分别留有5～10mm的弦长工艺余量，以防止残余应力释放导致构件变形严重；同时为保证切割过程中构件仍然具有足够的刚度，构件横向两侧留有若干个工艺结构；完成粗切后，先拆除夹持组件，接着采用机床测量构件长度方向两个端部的弦长，然后将构件吊起使其竖直并处于自由状态，测量构件上下部的弦长，并分别与机床上测量得到的两个端部弦长进行对比；

S4、构件精切：重复步骤S1和步骤S2对经步骤S3粗切后的构件再次进行定位和固定；采用平均弦长法对构件进行多次精切割，使构件横向两侧的工艺余量逐渐减小，直到单边工艺余量为0.2～0.5mm，最后进行光刀处理，降低零件表面粗糙度；

S5、下部铣平：构件横向两侧精切完成后，对构件的下部端面进行铣平；

S6、精度检测：人工切除构件横向两侧剩余的工艺结构，采用超声测厚仪测量构件下端面的厚度，并将构件竖直吊起后进行内型面扫描测量精度。

进一步的，所述步骤S1中，完成定位后，采用机床对构件的中心筋条沿轴向进行测量坐标，查看其是否在一条直线上，否则采用周向调节机构对构件进行轻微调整直至满足要求。

进一步的，所述步骤S2中，为防止夹持固定过程中构件向一侧倾斜，对构件横向两侧的对称位置同时进行夹持，且夹持固定时，在夹持位置放置百分表，并控制百分表变形在0.5mm之内。

进一步的，所述步骤S4中，第一次精切时，构件横向两侧各预留0.8～1.5mm的工艺余量，切割后在机床上测量构件上部和下部的弦长；之后每次对构件横向两侧进行0.6～1mm的工艺余量精切，直到单边工艺余量为0.2～0.5mm。

进一步的，每次切割后构件的上部和下部弦长偏差值均为d；完成精切割后，构件上部的弦长为最终目标弦长加偏差值d的一半之和，构件下部的弦长为最终目标弦长减偏差值d的一半之差。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)、本发明的用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置，包括定位板、周向和轴向定位调节机构三种定位结构，并结合机床坐标位置测量，从而实现了构件的精确定位。同时，高筋构件由于整体与局部刚度差异大，成形过后易出现轻微过弯或者欠弯，本发明对装置的卡板顶部铣平，这种构件中间刚度大变形量较小时，构件中间也不会与卡板顶部干涉；在装置的横向两侧分别设置第三支撑板，第三支撑上开设有螺栓孔，且每个螺栓孔内设置有调节螺栓，当构件与第三支撑板之间有间隙时，为防止切割过程振动，可以调节螺栓使螺栓顶部顶住构件，或者在第三支撑板与构件之间垫上金属块。而在夹持过程中，为防止构件夹持变形严重或者向其中一侧倾斜，采用构件对称同时夹持方法，并且利用百分表控制夹持变形程度。为保证切割过程中具有足够刚度，切割时并不会完整切割，还留有一定余量的工艺结构，后续人工切除。为方便后续构件与其他零部件的装配，对构件采用上、下部弦长平均法进行切割，使得误差均匀分散，不会集中到一处；同时对比了构件在机床上切割后不同位置的弦长与竖直状态不同位置的弦长，具有良好的一致性。本发明装置通过上述设置，使得构件在机床上切割后测量的弦长与自由状态下的弦长一致，不会出现切割变形回弹现象，从而有利于后续装配过程。

(2)、本发明的用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置，设置了让刀位置，切割过程中机床刀具不会损坏工装；同时本发明的铣削装置也设置了不同轴向长度构件兼容结构，适用于切割不同长度的构件。

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

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是本发明一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置的整体结构示意图；

图2是本发明中壁板与装置配合的整体结构示意图；

图3是本发明中壁板固定结构示意图，其中(a)为图2中M处放大结构示意图，(b)为图2中M处的横向截面结构示意图；

图4是本发明中壁板横向两侧(仅示出了部分)切割示意图；

其中，1-底板，2-横向卡板，3-纵向卡板，4-周向定位调节机构，5-轴向定位调节机构，6-定位板，7-支撑板，7.1-第一支撑板，7.2-第二支撑板，7.3第三支撑板，7a-让刀槽，8-干涉避让平台，9-可调节螺栓，10-夹持组件，11-工艺结构，A-复杂网格加筋构件，A1-中心筋条，A2-侧部筋条。

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，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

请参见图1至图4，本实施例的一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置，包括框架结构、定位结构、支撑结构和夹持结构；具体结构如下：

框架结构包括底板1、若干个横向卡板2和若干个纵向卡板3，若干个横向卡板2和若干个纵向卡板3分别沿横向和纵向方向互相平行设置在底板1上，底板1、横向卡板2和纵向卡板3均开设有若干个减重孔的网格板，且底板上所开设的孔位避开横向卡板2和纵向卡板3，带孔的横向卡板和纵向卡板焊接连接。框架结构的顶面为与待加工的复杂网格加筋构件A的弧面形状相匹配的弧形支撑面。定位结构包括分别位于框架结构横向两侧的多个周向定位调节机构4、位于框架结构纵向一端的多个轴向定位调节机构5以及位于框架结构纵向另一端的多个定位板6。具体的，框架结构横向两侧各设有两个周向定位调节机构4，框架结构纵向一端设有轴向定位调节机构5，框架结构纵向另一端设有三个定位板6。支撑结构包括设置在框架结构顶部四周的支撑板7和设置在弧形支撑面中心位置(装置中心对称处顶部)的向下凹陷的干涉避让平台8，位于框架结构横向两侧的两个支撑板7上均设置有若干个可调节螺栓9。支撑板7包括第一支撑板7.1、第二支撑板7.2和第三支撑板7.3，框架结构纵向两端分别设置有第一支撑板7.1，靠近轴向定位调节机构5一端的第一支撑板7.1的内侧平行间隔设置有第二支撑7.2，第二支撑板7.2与靠近定位板6一端的第一支撑板7.1之间纵向连接有两个第三支撑板7.3。为了避免切割过程中机床刀具损坏工装，两个第一支撑板7.1、第二支撑板的两端均开设有让刀槽7a，以及每个横向卡板的顶部两端分别开设有让刀槽7a，且这些让刀槽均位于两个第三支撑板7.3的外侧。夹持结构包括分别设置在框架结构横向两侧的若干个夹持组件10，若干个夹持组件10与若干个可调节螺栓9错位设置。

在一种具体的实施方式中，每个第三支撑板7.3上间隔设置有4～6个可调节螺栓9；所有支撑板的宽度均为70～100mm。框架结构的横向每侧设置有5～8个夹持组件10，且两侧的夹持组件对称设置。干涉避让平台8为从框架结构顶面的弧形支撑面中心点的下切割10～20mm深度的平台。

本发明实施例的一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的方法，采用上述的装置对网格加筋构件的工艺余量进行切割，本实施例中网格加筋构件A具体为壁板；该方法包括如下步骤：

S1、壁板定位：首先把待加工的壁板吊到铣削装置上，通过轴向调节机构5使得壁板长度方向一端贴合定位板6，然后通过调整横向两侧的周向调节机构4使得板材中心对称；完成定位后，再采用机床对壁板中心筋条沿轴向进行测量坐标，查看其是否在一条直线上，否则采用周向调节机构4对壁板进行轻微调整直至满足要求，具体如图2所示。

S2、壁板固定：实际成形后壁板两侧的内型面与工装卡板表面没有接触，为防止加工过程中壁板振动，首先在第三支撑板7.3与壁板的内型面之间垫上金属块，或者调整第三支撑板7.3上的可调节螺栓9使得螺栓顶住壁板内型面；然后采用装置横向两侧的夹持组件10对壁板进行固定；为防止夹持固定过程中壁板向一侧倾斜，壁板两侧对称位置同时进行夹持，且夹持固定时，在夹持位置放置百分表，控制百分表变形在0.5mm之内，这样既能压实也能防止壁板压变形。完成固定后，采用机床对壁板上的中心筋条A1以及至少两条横向对称设置的侧部筋条A1的顶部Z坐标进行测量，如果横向对称设置的两条侧部筋条A2顶部Z坐标的偏差值在0.5mm以内，则表明夹持固定后壁板定位位置良好，同时拆除定位板6，并采用机床测量壁板的侧面初始平面度；具体可选择中心筋条两侧的对称设置的任意两条侧部筋条，且优选该两条侧部筋条位于较靠近壁板横梁两侧的位置为宜。

S3、壁板粗切：首先采用机床对壁板最终切割线进行画线，防止过切；接着对壁板进行粗切，由于壁板工艺余量切割后可能发生残余应力释放导致变形严重，粗切时控制单边分别留有5～10mm的弦长工艺余量；为保证切割过程壁板仍然具有足够的刚度，壁板两侧留有若干个宽度为20～50mm、厚度为3～10mm的工艺结构11，如图2和图4所示。对壁板的切割顺序为先切割高筋再切割蒙皮；完成粗切后，先拆除夹持组件10，接着采用机床测量壁板长度方向(也即装置纵向)两个端部的弦长，然后把壁板吊起使其竖直并处于自由状态，采用卷尺人工测量上部和下部的弦长，并分别与机床上测量得到的两个端部弦长进行对比，发现两种测量方法得到的弦长相同，表明壁板可以用机床测量得到的弦长表示竖直自由状态测量得到的弦长。该结构设置中，壁板靠近轴向调节机构5的一端设置有吊耳，可以方便的将壁板吊起，且当将壁板吊起后，在上的一端(设置有吊耳的一端)称为“上部”，在下的一端(与吊耳相对的一端)称为“下部”。同时，为了方便后续描述，步骤S4～S6中继续将设置有吊耳的一端称为上部，与之相对的另一端称为下部。粗切时利用切刀对壁板横向两侧的工艺余量进行间断切割，而相邻的两条切割线之间未切割的部分称为一个“工艺结构”。

S4、壁板精切：重复步骤S1和步骤S2对粗切后的壁板进行定位和固定。由于复杂网格带筋构件不同区域刚度不同，所以在成形后上、下部的弦长是有轻微偏差的。为方便后续装配，采用平均弦长法对壁板进行多次精切割，使壁板横向两侧的工艺余量逐渐减小，直到单边工艺余量为0.2～0.5mm，最后进行光刀处理，降低零件表面粗糙度。其中，第一次精切时，壁板横向两侧的工艺余量预留为0.8～1.5mm，切割后在机床上测量壁板上部和下部的弦长；之后每次对壁板横向两侧进行0.6～1mm的工艺余量精切割，并测量壁板上下部的弦长，直到单边工艺余量为0.2～0.5mm。每次切割后构件的上部和下部弦长偏差值均为d；完成精切割后，构件上部的弦长为最终目标弦长加偏差值d的一半之和，构件下部的弦长为最终目标弦长减偏差值d的一半之差。在一种具体的实施方式中，构件的最终目标弦长2500mm，粗切割时，左右两边分别留有弦长5mm余量，且从下部开始切割到上部，粗切后下部弦长为2510mm，上部弦长为2513mm。精切时采用平均弦长法，若测得粗切后上下弦长偏差值d为3mm，则最终需要得到的上部弦长为2498.5mm和下部弦长为2501.5mm。第一次精切时，左右两边各留有弦长1mm余量且从下部开始切割(该处的1mm单边余量是相对2498.5mm的弦长而言)，则切割后弦长为2500.5mm和2503.5mm，即第一次精切时的目标弦长就是2502mm；第二次精切时，左右两边各留有弦长0.3mm且下部开始切割，则切割后弦长为2499.1mm和2502.1mm，即第二次精切时时的目标弦长就是2500.6mm，最后单边0.3mm机床快速光刀，提高表面粗糙度，从而得到2498.5mm和2501.5mm，即光刀切割时的目标弦长就是2500mm。上述精切方法中，每次切割完上、下部弦长的偏差值基本保持3mm不变。

第一次精切时，横向两侧工艺余量单边预留为1mm；然后继续对壁板两侧工艺余量逐渐减小进行切割，直到单边工艺余量0.3mm。每一次精切割前壁板的上下部弦长偏差值为d，精切割后，壁板上部的弦长为最终壁板所对应的目标弦长加偏差值d的一半之和，壁板下部的弦长为最终壁板所对应的目标弦长减偏差值d的一半之差；例如粗切后壁板上部和下部的弦长偏差在1mm，则第一次切割后上部弦长为最终壁板所对应的目标弦长加上0.5mm，下部弦长为最终壁板所对应的目标弦长减去0.5mm。

S5、下部端面铣平：壁板两侧精切完成后，对下部的端面进行铣平。先对下部端面进行粗铣，再进行光刀精铣，确保端面厚度满足目标要求，最后采用百分表测量下部端面的平面度。

S6、精度检测：人工切除壁板横向两侧剩余的工艺结构，采用超声测厚仪测量壁板下部端面的厚度，并将壁板竖直吊起后进行内型面扫描测量精度。

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 (10)

1.一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的装置，其特征在于，包括框架结构、定位结构、支撑结构和夹持结构；所述框架结构包括底板(1)，在所述底板(1)上沿横向和纵向方向互相平行设置有若干个横向卡板(2)和若干个纵向卡板(3)，所述框架结构的顶面为与待加工的复杂网格加筋构件(A)的弧面形状相匹配的弧形支撑面；所述定位结构包括分别位于所述框架结构横向两侧的周向定位调节机构(4)、位于所述框架结构纵向一端的轴向定位调节机构(5)以及位于所述框架结构纵向另一端的定位板(6)；所述支撑结构包括设置在所述框架结构顶部四周的支撑板(7)和设置在所述弧形支撑面中心位置的向下凹陷的干涉避让平台(8)，位于所述框架结构横向两侧的两个支撑板(7)上均设置有若干个可调节螺栓(9)；所述夹持结构包括分别设置在所述框架结构横向两侧的若干个夹持组件(10)，若干个所述夹持组件(10)与若干个所述可调节螺栓(9)错位设置。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述底板(1)、所述横向卡板(2)和所述纵向卡板(3)均开设有若干个减重孔，且所述底板上所开设的孔位避开所述横向卡板(2)和所述纵向卡板(3)。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述框架结构的纵向两端分别设置有第一支撑板(7.1)，靠近所述轴向定位调节机构(5)一端的第一支撑板内侧平行间隔设置有第二支撑(7.2)，所述第二支撑板与靠近所述定位板一端的第一支撑板之间连接有两个第三支撑板(7.3)；两个所述第一支撑板的两端、所述第二支撑板的两端以及每个所述横向卡板的顶部两端分别开设有让刀槽(7a)，且所述让刀槽(7a)位于两个所述第三支撑板的外侧。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，每个所述第三支撑板上间隔设置有4～6个可调节螺栓(9)；所述支撑板的宽度为70～100mm。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述干涉避让平台(8)为从所述弧形支撑面中心点往下切割10～20mm深度的平台。

6.一种用于复杂网格加筋构件工艺余量精确铣削的方法，其特征在于，采用上述权利要求1-5中任一项所述的装置对网格加筋构件的工艺余量进行切割，所述方法包括如下步骤：

S1、构件定位：首先把待加工的复杂网格加筋构件(A)吊到铣削装置上，通过轴向调节机构(5)使得构件长度方向一端贴合定位板(6)，然后通过调整装置横向两侧的周向调节机构(4)使得构件中心对称；

S2、构件固定：首先在第三支撑板(7.3)与构件的内型面之间垫上金属块，或者调整所述第三支撑板(7.3)上的可调节螺栓(9)使得螺栓顶住构件的内型面；然后采用装置横向两侧的夹持组件(10)对构件进行固定；完成固定后，采用机床对构件上的中心筋条(A1)以及至少两条横向对称设置的侧部筋条(A2)的顶部Z坐标进行测量，如果横向对称设置的两条所述侧部筋条的顶部Z坐标的偏差值在0.5mm以内，则表明夹持固定后构件定位位置良好；拆除定位板(6)，并采用机床测量构件的侧面初始平面度；

S3、构件粗切：首先采用机床对构件的最终切割线进行画线，以防止过切；接着对构件进行粗切，粗切时控制单边分别留有5～10mm的弦长工艺余量，以防止残余应力释放导致构件变形严重；同时为保证切割过程中构件仍然具有足够的刚度，构件横向两侧留有若干个工艺结构(11)；完成粗切后，先拆除夹持组件(10)，接着采用机床测量构件长度方向两个端部的弦长，然后将构件吊起使其竖直并处于自由状态，测量构件上下部的弦长，并分别与机床上测量得到的两个端部弦长进行对比；

S4、构件精切：重复步骤S1和步骤S2对经步骤S3粗切后的构件再次进行定位和固定；采用平均弦长法对构件进行多次精切割，使构件横向两侧的工艺余量逐渐减小，直到单边工艺余量为0.2～0.5mm，最后进行光刀处理，降低零件表面粗糙度；

S5、下部端面铣平：构件横向两侧精切完成后，对构件的下部端面进行铣平；

S6、精度检测：人工切除构件横向两侧剩余的工艺结构(11)，采用超声测厚仪测量构件下部端面的厚度，并将构件竖直吊起后进行内型面扫描测量精度。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，完成定位后，采用机床对构件的中心筋条(A1)沿轴向进行测量坐标，查看其是否在一条直线上，否则采用周向调节机构(4)对构件进行轻微调整直至满足要求。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中，为防止夹持固定过程中构件向一侧倾斜，对构件横向两侧的对称位置同时进行夹持，且夹持固定时，在夹持位置放置百分表，并控制百分表变形在0.5mm之内。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S4中，第一次精切时，构件横向两侧各预留0.8～1.5mm的工艺余量，切割后在机床上测量构件上部和下部的弦长；之后每次对构件横向两侧进行0.6～1mm的工艺余量精切，直到单边工艺余量为0.2～0.5mm。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，每次切割后构件的上部和下部弦长偏差值均为d，完成精切割后，构件上部的弦长为最终目标弦长加偏差值d的一半之和，构件下部的弦长为最终目标弦长减偏差值d的一半之差。