CN102303226A

CN102303226A - 大型整体结构件数控加工变形控制方法

Info

Publication number: CN102303226A
Application number: CN201110203307A
Authority: CN
Inventors: 侯国强
Original assignee: Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd
Current assignee: Shenyang Aircraft Industry Group Co Ltd
Priority date: 2011-07-20
Filing date: 2011-07-20
Publication date: 2012-01-04
Anticipated expiration: 2031-07-20
Also published as: CN102303226B

Abstract

本发明涉及一种大型整体结构件数控加工变形控制方法，包括以下步骤：1）粗加工零件的中间段和过渡段；2）粗铣外形及中间大圆孔处外形；3）分层依次粗铣A、B表面内形；4）松开夹具，充分自然失效72小时；5）用百分表测量零件平面变形状态，根据测量结果，自然状态下，铣B面，然后半精铣中间大圆孔；6）翻面，自然状态下铣A面；7）半精铣A面内形和中间大圆孔；8）翻面，半精铣B面内形；9）精铣B面筋条厚度及缘条内形；10）翻面，精铣A面筋条厚度及缘条内形；11）精铣外形及中间大圆孔处外形；12）切断，把零件从毛坯中剔下。该方法对毛坯料的内应力的分布进行分析，利用切削方法的改变来减小残余应力对零件变形的影响。

Description

大型整体结构件数控加工变形控制方法

技术领域

本发明涉及一种大型整体结构件数控加工变形控制方法，用于机械加工领域。

背景技术

现代航空产品在选择高比强度材料的同时，大量采用具有较低结构重量比的整体结构，其与传统铆接结构组装部件相比，其具有重量轻、刚度高和可靠性高等优点，因此被广泛运用。但是整体结构件由单一毛坯切削加工而成，材料利用率低，在去除大量材料的同时也释放了大量的毛坯内应力，从而引发了加工变形超差的问题，并将影响产品装配和使用性能，现有加工技术并不能够保证零件的加工精度，超差问题严重。

若按照常规加工方案，该板材的加工可先切除A面34.5mm，翻面后再切除B面34.5mm。对此过程进行了计算分析，当A面材料切除后，失去平衡的内应力场将导致较大的加工变形，变形最大挠度为25.3mm。即使在零件周边布置压板装夹依然需要大约0.3MPa的真空吸力才能保持零件出于平直状态，而实际上真空吸力仅有0.06～0.08MPa。需要注意的是，虽然在零件边界上辅助以压板装夹可以压直零件但是仅零件边界处被压直，零件中央的大部分区域依然存在弯曲，达不到理想的平直。同时，为了将大挠度的变形压回平直状态需要较大装夹力，容易导致零件局部发生塑性变形。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种大型整体结构件数控加工变形控制方法，该方法对毛坯料的内应力的分布进行分析，利用切削方法的改变来减小残余应力对零件变形的影响。

为解决以上问题，本发明的具体技术方案如下：一种大型整体结构件数控加工变形控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）粗加工零件的中间段和过渡段，A面腹板单面余量4mm，侧面余量3mm；

2）粗铣外形及中间大圆孔处外形，侧壁按最大轮廓留3mm余量，底面留10mm余量；

3）分层依次粗铣A、B表面内形，采用由内到外的螺旋走刀路径依次完成：

3.1）切除A面厚度12mm；

3.2）翻面，切除B面厚度16mm；

3.3) 翻面，切除A面厚度8mm；

3.4）翻面，切除B面厚度9mm；

3.5）翻面，切除A面厚度14mm，在采用精加工参数，切除底面和侧壁0.5mm；

3.6）翻面，切除B面厚度9mm，在采用精加工参数，切除底面和侧壁0.5mm；

4）松开夹具，充分自然失效72小时；

5）用百分表测量零件平面变形状态，根据测量结果，自然状态下，铣B面，保证A面加工余量足够，然后半精铣中间大圆孔，大圆孔厚度留3mm；

6）翻面，自然状态下铣A面；

7）半精铣A面内形，侧面留1mm余量，腹板、筋高、缘条高留0.5mm余量，半精铣中间大圆孔，大圆孔厚度留3mm；

8）翻面，半精铣B面内形，侧面留1mm余量，腹板、筋高、缘条高到位；

9）精铣B面筋条厚度及缘条内形；

10）翻面，精铣A面筋条厚度及缘条内形；

11）精铣外形及中间大圆孔处外形；

12）切断，把零件从毛坯中剔下。

该大型整体结构件数控加工变形控制方法采用上述步骤后，通过开槽释放毛坯内应力，并且通过优化零件双面的加工量，并且通过优化零件双面的加工量，控制加工过程中的变形量，从而使得装夹力均匀化分布，能够加工出合格零件。

附图说明

图1为大型整体结构件的结构示意图。

图2为大型整体结构件的的中间段与过渡段的划分示意图。

图中1、中间大圆孔；2、腹板；3、零件侧壁；4、零件外缘；5、零件筋条；6、过渡点；7、中间段。

具体实施方式

加工变形分析及工艺优化：利用毛坯数值模型依次在A面切除6mm、12mm、18mm、34.5mm厚度材料，B面部切除材料，对应半成品的变形量和真空夹具所能吸附的变形量列出下表，其变形量按照真空度80%计算，根据表1可知，当A面切除34.5mm厚度材料零件将产生较大弯曲变形，其变形程度远远超出真空夹具的吸附能力。当A面切除12mm时所产生的变形量与真空吸附能力相当，因此12mm为最佳切除厚度。同样依据该方法，得到表2所示的最佳切削厚度组合。

表1

A面去除厚度/mm	200mm零件的挠度/mm	真空吸附能力/mm	备注
				6	0.0009	0.0046
12	0.0079	0.0083	最佳切除厚度
				23	0.0188	0.0103
34.5	0.026	0.0172

表2

去除位置及厚度	200mm零件的挠度/mm	真空吸附能力/mm
			A面、12mm	0.0079	0.0083
B面、16mm	0.0101	0.014
			A面、8mm	0.0063	0.0158
B面、9mm	0.0034	0.0179
			A面、14.5mm	0.0021	0.0193
B面、9.5mm	0.0001	0.0251

如图1所示，该大型整体结构件为某型号机身整体框，采用国产7050铝合金预拉伸板加工制造，其毛料尺寸为8000×1500×80mm，零件尺寸为6500×1000×72mm，由于零件尺寸较大，双面加工，A面与B面为结构相同的两个面，采用上述的应力分析和工艺优化方案，对该大型整体结构件数控加工变形控制方法，包括以下步骤：

1）粗加工零件的中间段和过渡段，A面腹板单面余量4mm，侧面余量3mm，避免过渡段应力集中；

2）粗铣外形及中间大圆孔处外形，侧壁按最大轮廓留3mm余量，底面留10mm余量，主要是为了释放内应力；

3.1）切除A面厚度12mm；

3.2）翻面，切除B面厚度16mm；

3.3) 翻面，切除A面厚度8mm；

3.4）翻面，切除B面厚度9mm；

3.5）翻面，切除A面厚度14mm，在采用精加工参数，切除底面和侧壁0.5mm，去除表面残余应力层；

3.6）翻面，切除B面厚度9mm，在采用精加工参数，切除底面和侧壁0.5mm，去除表面残余应力层；

4）松开夹具，充分自然失效72小时；

5）用百分表测量零件平面变形状态，根据测量结果，自然状态下，铣B面，保证A面加工余量足够，然后半精铣中间大圆孔，大圆孔厚度留3mm，避免应力集中；

6）翻面，自然状态下铣A面，保证厚度72+0.5mm；

9）精铣B面筋条厚度及缘条内形；

10）翻面，精铣A面筋条厚度及缘条内形；

11）精铣外形及中间大圆孔处外形；

12）切断，把零件从毛坯中剔下。

根据上述方法，各加工阶段零件自由状态放置时的变形量如下表3：

表3

有上述表格可见，最后加工完的零件实际变形量仅为0.4mm，小于实际要求的0.5mm。

Claims

1.一种大型整体结构件数控加工变形控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)粗加工零件的中间段和过渡段，A面腹板面余量4mm，侧面余量3mm；

2)粗铣外形及中间大圆孔处外形，侧壁按最大轮廓留3mm余量，底面留10mm余量；

3)分层依次粗铣A、B表面内形，采用由内到外的螺旋走刀路径依次完成：

3.1）切除A面厚度12mm；

3.2）翻面，切除B面厚度16mm；

3.3) 翻面，切除A面厚度8mm；

3.4）翻面，切除B面厚度9mm；

4)松开夹具，充分自然失效72小时；

5)用百分表测量零件平面变形状态，根据测量结果，自然状态下，铣B面，保证A面加工余量足够，然后半精铣中间大圆孔，大圆孔厚度留3mm；

6)翻面，自然状态下铣A面；

7)半精铣A面内形，侧面留1mm余量，腹板、筋高、缘条高留0.5mm余量，半精铣中间大圆孔，大圆孔厚度留3mm；

8)_翻面，半精铣B面内形，侧面留1mm余量，腹板、筋高、缘条高到位；

9)精铣B面筋条厚度及缘条内形；

10)翻面，精铣A面筋条厚度及缘条内形；

11)精铣外形及中间大圆孔处外形；

12)切断，把零件从毛坯中剔下。