CN101966606B - 大型结构件铣削加工变形的控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种大型结构件铣削加工变形的控制方法，属于机械工程领域中的零件加工变形控制，其特征是采用在铣刀前部喷射冷却液的同时在铣刀的后部同时喷射冷却液并用变形控制器进行碾压。本发明能有效的释放大型结构件在铣削加工过程中产生的应力变形，达到控制大型结构件加工变形的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械加工技术，尤其是一种铣削加工中的变形控制方法及装置，具体地说是一种大型结构件铣削加工变形的控制方法及装置。
背景技术
目前，由毛坯板材加工的零件，特别是大型结构件，通常出现较大的加工变形，导致零件无法直接使用，严重时造成加工零件的报废。为了有效的消除零件加工后的加工变形，通常采用锤击、多辊式矫直机和火焰矫正方法等，这些方法都极易破坏零件的薄弱部位，直接影响零件的使用性能。因此，研究一种不易破坏零件的薄弱部位，又能有效控制铣削加工变形的方法是提高大型结构件加工质量的关键。
发明内容
本发明的目的是针对目前大型结构件铣削加工过程中易出现的变形大，易进行二次校正且容易损坏的问题，发明一种大型结构件铣削加工变形的控制方法及装置。
本发明的技术方案之一是：
一种大型结构件铣削加工变形的控制方法，其特征是在铣刀的前进方向一侧向铣刀加工区别和待铣削表面喷射高压冷却液的同时，在铣刀的后方增加一个变形控制器对已加工表面进行碾压，变形控制器在碾压的过程中从其内部向已加工表面喷射冷却液，以控制被加工表面的变形。
本发明的技术方案之二是：
一种大型结构件铣削加工变形的控制装置，它包括冷却液泵4、增压器5和冷却液喷头10，冷却液泵4的输入端与冷却液罐或池2相连，冷却液泵4的输出端与增压器5的输入端相连，其特征是所述的增压器5连接有两路输出，其中一路输出与冷却液喷头10相连，另一中输出与变形控制器9的进液口相连，冷却液喷头10位于铣刀6前进方向一侧，变形控制器9位于铣刀6的另一侧以便对已铣削表面进行碾压的同时向未碾压表面喷射冷却液；所述的变形控制器9由压轮23、中心轴22和惰轮21组成，压轮23安装在中心轴22上，惰轮21位于压轮23中并套装在中心轴22上，中心轴22为中空轴，它的一端伸出压轮23外与增压器5的一路输出相连，中心轴上设有与压轮23内腔相通的出液孔28，压轮23上设有喷液孔20。
所述的中心轴22的两端上安装有施加压力的支架12。
所述的喷液孔20上安装有单向阀。
所述的单向阀由堵塞25、弹簧26组成，堵塞25与弹簧26的一端相连，弹簧26的另一端与固定块24相连，固定块24镶装在喷液孔20中，固定块24上设有与喷液孔20相通的出孔29。
本发明的有益效果：
本发明可以有效的降低铣削加工表面和铣刀周围的温度，从而有效的控制了铣削残余应力；同时本发明提供的控制变形器还可对已加工表面进行碾压，进一步控制了铣削加工变形。本发明既可控制铣削加工变形，又可延长铣刀寿命，其潜在价值高，应用本发明铣削加工大型结构件，效率高，质量好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的变形控制器的结构示意图。
图3是图2的A-A剖视图。
图4是图2的俯视图。
图5是本发明的单向阀关闭时的结构示意图。
图6是本发明的单向阀打开时的结构示意图。
图7 是本发明的一个具体应用例中的铣削加工残余应力分布图。
图8是本发明的一个具体应用例中的铣削加工变形结果示意图。
图中：1为电气控制系统，13、14、15为受控于电气控制系统的电动阀门，7为工作台，8为工件。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种大型结构件铣削加工变形的控制方法，它通过在铣刀的前进方向一侧向铣刀加工区别和待铣削表面喷射高压冷却液的同时，在铣刀的后方增加一个变形控制器（如图2所示）对已加工表面进行碾压，变形控制器中的压轮在碾压的过程中从其内部向已加工表面喷射高压冷却液，通过快速冷却和压轮的碾压作用将变形控制在设定的范围以内。
实施例二。
如图1-6所示。
一种大型结构件铣削加工变形的控制装置，它包括冷却液泵4、增压器5和冷却液喷头10，冷却液泵4的输入端通过管道19与冷却液罐或池2相连，在管道19上还可安装有过滤器3，以保证冷却液的洁净度，冷却液泵4的输出端通过管道18与增压器5的输入端相连，在管道18上还可安装受控于电气控制系统1（可采用计算机控制）的电动阀15，所述的增压器5连接有两路输出，其中一路输出通过管道16与冷却液喷头10相连，另一中输出可先通过管道17与软管11相连，再通过软管11与变形控制器9的进液口即中心轴22的孔槽27的一端相连，在管道16、17上也安装受控于电气控制系统1的电动阀14、13，以便控制冷却液的流速和流量。冷却液喷头10位于铣刀6前进方向一侧，变形控制器9位于铣刀6的另一侧以便对已铣削表面进行碾压的同时向未碾压表面喷射冷却液，如图1所示。所述的变形控制器9由压轮23、中心轴22和惰轮21组成，如图2所示，压轮23安装在中心轴22上，惰轮21位于压轮23中并套装在中心轴22上，惰轮21的长度应小于压轮23内腔的长度，惰轮21的两端离压轮23内端端面的距离最好应大于出液孔28的直径，惰轮21是一个只有大半个圆柱的结构，它始终有一部与压轮23的内腔包络，另一端与压轮23的内壁之间设有空间，以保证压轮23转动过程中惰轮21的始终保持原始状态不变，如图3所示，中心轴22为带有空槽27的中空轴，空槽27的输入端与软管11相连通，中心轴上设有与压轮23内腔相通的出液孔28，压轮23上设有多排喷液孔20，如图4所示，喷液孔20上可安装有常见的单向阀，也可安装有图5、6所示的单向阀，它可由堵塞25、弹簧26组成，堵塞25与弹簧26的一端相连，弹簧26的另一端与固定块24相连，固定块24镶装在喷液孔20中，固定块24上设有与喷液孔20相通的出孔29。中心轴22的两端上安装有施加压力的支架12。
本发明的工作过程为：
冷却液从冷却液罐或池2中经管道19流入过滤器3，再经泵4抽入增压器5内，从增压器5加压的冷却液经两路流入到加工表面和待加工表面。一路经管道17流入软管11，再经软管11流入控制变形器9，由控制变形器9喷射到已加工表面；另一路经管道16流入冷却喷头10，再由冷却喷头10喷射到工作台7上的工件8的待加工表面和铣刀6上。当冷却液经软管11流入控制变形器9中心轴22内的孔槽27里，并从中心轴22上面小孔28流入到压轮23的内腔中，因惰轮21的惯性作用，惰轮21向后以转轴22为轴心运动，将压轮23上后侧部分的喷液孔20堵死，冷却液仅从压轮23前方的喷液孔20射出，以达到冷却已加工表面的温度，从而达到控制铣削加工变形的目的。支架12施加压力，压轮23以转轴22为中心转动并碾压已加工表面，从而进一步控制了铣削加工变形。冷却液经冷却喷头10喷射到待加工表面和铣刀6上，降低这一区域的铣削温度，进而控制了铣削加工变形，且延长了铣刀寿命。铣削加工时，冷却喷头10、控制变形器9和铣刀6一起沿铣削方向运动。
图5、6为喷液孔及单向阀的结构图。单向阀主要由半钢球形堵塞25、弹簧26和顶半圆形固定块24组成，堵塞25和固定块24通过弹簧26连接。固定块24上开有出孔29。当惰轮21未压到的喷液孔20时，则堵塞25通过弹簧26弹出压轮23，喷液孔20开启，冷却液经过压轮23中的孔流入出孔29喷出，如图6；当惰轮21压到喷液孔20时，则堵塞25通过弹簧26收缩而挤入压轮23中的喷液孔20中，此时喷液孔20堵塞，如图5，固定块24始终固定在压轮23表面的喷液孔20中。
下面以一个具体的加工例为例进一步说明本发明的有益效果。
用材料为W9Mo3Cr4V的铣刀，其直径为Φ30mm，刀具前角为18°，后角为27°，螺旋角为25°，齿数为3。工件材料为7022铝合金。铣削深度为4mm，铣削速度为300m/min，进给量为800mm/min，铣削宽度为4mm。用本发明提供的可控制铣削加工变形的铣削方法和装置和普通的数控铣床加工装置分别进行铣削，所得的铣削残余应力结果如图7所示，变形结果如图8所示，从图7可以看出，本发明提供的可控制铣削加工变形的铣削方法和装置引起的最小的残余应力为16MPa，最大的残余应力为34MPa，而普通的数控机床加工引起的残余应力最小为55MPa，最大残余应力为102MPa。从图8变形结果可以看出，用本发明提供的铣削加工装置引起的最小加工变形为0.11mm，最大加工变形为0.23mm，而普通的数控机床加工引起的加工变形最小为0.32mm，最大加工变形为0.63mm。用本发明铣削加工装置明显降低了铣削加工残余应力和加工变形。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (4)
1.一种大型结构件铣削加工变形的控制方法，其特征是在铣刀的前进方向一侧向铣刀加工区和待铣削表面喷射冷却液的同时，在铣刀的后方增加一个变形控制器对已加工表面进行碾压，变形控制器在碾压的过程中从其内部向已加工表面喷射冷却液，以控制被加工表面的变形；所述的变形控制器包括冷却液泵（4）、增压器（5）和冷却液喷头（10），冷却液泵（4）的输入端与冷却液罐或池（2）相连，冷却液泵（4）的输出端与增压器（5）的输入端相连，其特征是所述的增压器（5）连接有两路输出，其中一路输出与冷却液喷头（10）相连，另一路输出与变形控制器（9）的进液口相连，冷却液喷头（10）位于铣刀（6）前进方向一侧，变形控制器（9）位于铣刀（6）的另一侧以便对已铣削表面进行碾压的同时向未碾压表面喷射冷却液；所述的变形控制器（9）由压轮（23）、中心轴（22）和惰轮（21）组成，压轮（23）安装在中心轴（22）上，惰轮（21）位于压轮（23）中并套装在中心轴（22）上，中心轴（22）为中空轴，它的一端伸出压轮（23）外与增压器（5）的一路输出相连，中心轴上设有与压轮（23）内腔相通的出液孔（28），压轮（23）上设有喷液孔（20）；所述的中心轴（22）的两端上安装有施加压力的支架（12）。
2.一种大型结构件铣削加工变形的控制装置，它包括冷却液泵（4）、增压器（5）和冷却液喷头（10），冷却液泵（4）的输入端与冷却液罐或池（2）相连，冷却液泵（4）的输出端与增压器（5）的输入端相连，其特征是所述的增压器（5）连接有两路输出，其中一路输出与冷却液喷头（10）相连，另一路输出与变形控制器（9）的进液口相连，冷却液喷头（10）位于铣刀（6）前进方向一侧，变形控制器（9）位于铣刀（6）的另一侧以便对已铣削表面进行碾压的同时向未碾压表面喷射冷却液；所述的变形控制器（9）由压轮（23）、中心轴（22）和惰轮（21）组成，压轮（23）安装在中心轴（22）上，惰轮（21）位于压轮（23）中并套装在中心轴（22）上，中心轴（22）为中空轴，它的一端伸出压轮（23）外与增压器（5）的一路输出相连，中心轴上设有与压轮（23）内腔相通的出液孔（28），压轮（23）上设有喷液孔（20）；所述的中心轴（22）的两端上安装有施加压力的支架（12）。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征是所述的喷液孔（20）上安装有单向阀。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征是所述的单向阀由堵塞（25）、弹簧（26）组成，堵塞（25）与弹簧（26）的一端相连，弹簧（26）的另一端与固定块（24）相连，固定块（24）镶装在喷液孔（20）中，固定块（24）上设有与喷液孔（20）相通的出孔（29）。
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