CN101767264A - 一种异型接头类零件数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
一种异型接头类零件数控加工方法，三通接头外型面划分为以下几个部分：侧壁①；上下外型②；上部圆弧③；转接圆弧④；型槽⑤；止口外壁⑥；根部⑦；工艺夹头⑧；其特征在于：采用零件毛坯预留工艺夹头，以解决零件装夹变形问题，采用先数控铣加工外型面，再数控线切割加工内型面。本发明克服零件在加工过程中刚性极差，很难保证零件沿异型型面壁厚门的要求。可以应用于某机加力总管异型接头类零件制造，解决其无应力加工变形问题。
Description
技术领域
本发明涉及一些复杂结构、刚性较差的接头类零件，采用简单结构毛坯，实现复杂结构无应力加工工艺，尤其是应用于某机加力总管异型接头类零件制造，解决其无应力加工变形问题。
背景技术
加力总管上异型结构三通接头零件由于无铸造材料，且模锻分模困难，且不允许采用焊接结构的情况下，在研制周期短，采用自由锻毛坯制造该零件，采用普通加工和装夹方法，加工变形难以控制。具体问题是按设计基准先加工内型面，后加工外型面的方法，零件在加工过程中刚性极差，很难保证零件沿异型型面壁厚10+0.2mm的要求，因此要解决零件加工变形问题，提出在毛坯上增加工艺夹头，先加工外型面，后加工内型面，外型面采用数控铣加工，内型面采用数控线切割的方法，以解决零件加工和装夹过程中的变形这一难题。
发明内容
本发明的目的是解决难加工材料、异型结构三通接头刚性差加工装夹易变性问题，保证异型型面壁厚10+0.2mm的尺寸要求，零件结构如图1、2。技术方案：在毛坯中预留工艺夹头，以解决零件装夹变形问题，采用先数控铣加工外型面，再数控线切割加工内型面的方法，以最大限度地提高零件加工过程中的刚性，消除加工应力。实现零件加工部位无应力变形，加工后的尺寸、形状满足设计要求。
本发明提供了一种异型接头类零件数控加工方法，其特征在于：采用零件毛坯预留工艺夹头，以解决零件装夹变形问题，采用先数控铣加工外型面，再数控线切割加工内型面。加工工艺路线如下：自由锻→铣长方体→钳工划线→铣两平面→车工艺基准→车接头→铣外型面及焊接止口→车倒角→线切割内型槽→打磨重熔层→清洗→标印→检验。数控铣加工根据零件的结构特点，将三通接头外型面划分为以下几个部分，见图2。侧壁①上下外型②上部圆弧③转接圆弧④型槽⑤止口外壁⑥根部⑦工艺夹头⑧。
按设计基准采用先加工内型面，后加工外型面的方法，零件在加工过程中刚性极差，如果采用常规的装夹办法，零件加工过程是在应力变形的条件下进行的，除去夹具后，零件加工部位由于应力产生变形，满足不了设计的尺寸要求。要解决零件加工后变形问题，只能使零件加工部位在无应力条件下进行，采用零件毛坯预留工艺夹头，先加工外型面，后加工内型面，采用数控加工和数控线切割的工艺方案，解决这一难题。
技术解决方案：
1)采用零件毛坯预留工艺夹头；
2)先加工外型面，后加工内型面；
3)外型面采用数控铣加工的方法，应用虚拟仿真技术验证加工程序的正确性，采用工艺夹头装夹；
4)内型面采用数控线切割的方法，采用工艺夹头装夹，实现零件加工部位在无应力状态下进行加工，满足设计要求；
5)合理选择零件数控铣加工和数控线切割的工艺参数；
6)数控铣加工和数控线切割采用同一工件坐标原点，并严格控制坐标原点到异型型面圆弧中心的距离。
1零件加工工艺性分析
该零件结构复杂，为接头和异型构件的相贯结构。因异型构件和接头不同心，导致毛坯分模困难，不能同时保证两个结构的外部形状，且材料为难加工的GH625高温合金，给毛坯的模锻带来很大的困难。为缩短研制周期，在首台份毛坯采用自由锻件，所有的内外部形状皆由机械或电加工的方法完成。又异型构件的壁厚为10+0.2mm，在异型构件的两端有焊接止口，最小壁厚为0.7mm。零件刚性差，加工、装夹皆易变形，故必须采用合理的加工方案。
本方案采用在毛坯中预留工艺夹头余量，先采用普通加工方法加工出工艺夹头和接头内孔，再数控铣加工外型面，最后采用数控线切割内型面的加工方案，在整个加工过程中，皆采用工艺夹头作为定位和装夹基准，巧妙地解决零件在加工和装夹过程中的变形问题。
2零件数控铣加工工艺路线的制定
数控铣加工根据零件的结构特点，将三通接头外型面划分为以下几个部分，见图2。
侧壁①；上下外型②；上部圆弧③；转接圆弧④；型槽⑤；止口外壁⑥；根部⑦；工艺夹头⑧。
根据零件为难加工的GH625材料，为减少零件加工过程中的残余应力和刀具磨损，将数控铣加工阶段划分为粗加工-半精加工-精加工，具体工艺路线如下：
粗铣两侧壁→粗铣上下型面→半精铣上下型面→精铣侧壁→精铣上下平面→精铣上部圆弧→精铣下部圆弧→精铣转接圆弧→精铣型槽→精铣止口外壁→清根。
3刀具的选择和加工工艺参数的确定
根据零件材料为难加工的高温合金，我们采用整体硬质合金刀具，T型刀采用高强度的M42高速钢刀具。在粗加工时，尽量采用大直径刀具、大切深、较低的转数和较小进给，以减少刀具的磨损；在半精加工时，选择刀具的直径尽量与加工的形状相匹配，使加工出的形状与零件的最终形状相类似，以保证给精加工预留的加工余量尽量均匀；精加工时，选择刀具的直径和转接R应与零件转接R相一致，保证零件的最终形状和转接R尺寸。
切削参数的选取，根据刀具手册提供的切削参数，并进行试切削，最终确定切削参数。数控铣加工工艺参数见表1。
表一数控铣外型面和焊接止口应用的程序刀具及切削参数
| 程序号 | 程序名称 | 使用刀具 | S(r/min) | F(mm/min) | αp(mm) |
| 00001 | 粗铣侧壁 | Φ20R2立铣刀 | 700～800 | 20～30 | 1 |
| 程序号 | 程序名称 | 使用刀具 | S(r/min) | F(mm/min) | αp(mm) |
| 00002 | 粗铣上下型面 | Φ20R2立铣刀 | 600～700 | 20～30 | 1 |
| 00003 | 半精铣上下型面 | Φ8R0.5立铣刀 | 800 | 50 | 1 |
| 00004 | 精铣侧壁 | Φ20R2立铣刀 | 800 | 25 | 0.3 |
| 00005 | 精铣上下平面 | Φ8R0.5立铣刀 | 800 | 50 | 0.5 |
| 00012 | 精铣上部圆弧 | Φ6R3球铣刀 | 600 | 25 | 0.5 |
| 00013 | 精铣下部圆弧 | Φ6R3球铣刀 | 600 | 25 | 0.5 |
| 00014 | 精铣转接圆弧 | Φ6R3球铣刀 | 600 | 25 | 0.5 |
| 00010 | 精铣型槽 | Φ8R0立铣刀 | 480 | 25 | 1 |
| 00009 | 精铣止口外壁 | Φ8R0.5立铣刀 | 480 | 25 | 0.5 |
| 00011 | 清根 | T型刀 | 480 | 25 | 0.47 |
4数控线切割工艺方案的确定
数控线切割采用工艺夹头作为零件定位和装夹基准，用v型块装夹，通过找正零件上相互垂直的两个表面上x、Y、2三个方向，达到零件加工精度要求后，方可进行线切割。线切割的走刀路线如图3，其加工工艺参数的选取通过工艺试验进行摸索，以保证加工过程中不断丝，加工后不变形为准。
数控线切割采用工艺夹头定位，用V型块装夹，通过找正相互垂直的两个表面，线切割的走刀路线如图3，其加工工艺参数如表2。
表2线切割内型槽加工条件参数
| ON | OFF | IP | HRP | MAO | SV | V | SF | C | PIK | CTRL | WK | WT | WS | WP |
| 008 | 014 | 2215 | 000 | 990 | 025 | 8 | 0050 | 0 | 000 | 0000 | 020 | 120 | 130 | 055 |
本发明的优点：采用工艺夹头装夹，先数控跣加工外型面，后数控线切割加工内型面的工艺方案，解决异型结构、刚性差的接头类零件加工变形问题，加工后的零件尺寸满足设计要求。
附图说明
图1为三通接头零件结构三维模型；
图2为三通接头零件数控铣加工外型面三维模型；
图3为三通接头零件数控线切割走刀路线。
具体实施方式
实施例1
数控铣加工：
利用UG软件创建数控铣加3232序的零件三维模型，按照粗铣两侧壁→粗铣上下型面→半精铣上下型面→精铣侧壁→精铣上下平面→精铣上部圆弧→精铣下部圆弧→精铣转接圆弧→精铣型槽→精铣止口外壁→清根的加工工艺路线进行数控编程，选择四坐标立式加工中心设备，以工艺夹头作为零件定位和装夹基准，以接头圆柱端面旋转中心为工件坐标原点，在UG软件中，创建设备的三维模型，并将其导入到～ERICUT模拟软件中，按照设备的功能，创建该设备的后置处理文件，将UGCAM中生成的加工程序，通过后置处理生成G代码格式，导入到VERICUT软件中，进行模拟仿真，以优化数控程序，防止碰撞现象发生。经仿真后的数控程序再上机床上进行试切削，以摸索切削参数。
如粗铣侧壁，采用中Φ20R2的整体硬质合金立铣刀，转数S为700r/min，进给F为25mm/min，切削深度αp为1mm，加工后刀具磨损状态良好。
半精铣上下型面，采用由Φ8RO.5的整体硬质合金立铣刀，转数S为800r/min，进给F为50mm/min，切削深度αp为0.5-1mm，主要是去除粗加工后不均匀的加工余量，使精加工的余量均匀，加工后刀具磨损状态良好。
精铣止口外壁，在精铣型槽之后安排精铣止口外壁，主要是防止零件焊接止口的加工变形，采用由Φ8RO.5的整体硬质合金立铣刀，转数S为480r/min，进给F为25mm/min，切削深度op为0.5m，加工后刀具磨损状态良好，零件无变形。
零件的数控线切割：
采用数控慢走丝设备，水介质冷却，以零件工艺夹头作为装夹定位基准，采用万能方法V型块装夹，以接头圆柱端面旋转中，凸为工件坐标原点，通过找正零件接头圆柱端面和外圆，确定坐标原点，通过找正零件异型型面上相互垂直的两个表面上X、Y、Z三个方向的跳动在0.01mm以内，确定角向基准，按图3的走刀轨迹进行编程，加工参数从表2中所列的参数进行设定，在试加工中通过调整MAO和ON参数，来控制线切割过程中的断丝现象产生。
表2线切割内型槽加工条件参数
| ON | OFF | IP | HRP | MAO | SV | V | SF | C | PIK | CTRL | WK | WT | WS | WP |
| 008 | 014 | 2215 | 000 | 990 | 025 | 8 | 0050 | 0 | 000 | 0000 | 020 | 120 | 130 | 055 |
电流为4A电压为24V
按照表2中的加工参数加工的零件，其变形量满足零件加工精度的要求。
Claims (3)
1.一种异型接头类零件数控加工方法，三通接头外型面划分为以下几个部分：侧壁①；上下外型②；上部圆弧③；转接圆弧④；型槽⑤；止口外壁⑥；根部⑦；工艺夹头⑧；其特征在于：采用零件毛坯预留工艺夹头，解决零件装夹变形问题，采用先数控铣加工外型面，工艺路线如下：粗铣两侧壁→粗铣上下型面→半精铣上下型面→精铣侧壁→精铣上下平面→精铣上部圆弧→精铣下部圆弧→精铣转接圆弧→精铣型槽→精铣止口外壁→清根，再数控线切割加工内型面。
2.按照权利要求1所述一种异型接头类零件数控加工方法，其特征在于：所述的数控铣加工外型面和数控线切割内型面都采用工艺夹头定位。
3.按照权利要求1所述一种异型接头类零件数控加工方法，其特征在于：所述的数控铣加工和数控线切割采用同一工件坐标原点。
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