CN103386621A - 一种复合舱段内斜口开口镗床夹具及其复合舱段内斜口开口方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合舱段内斜口开口镗床夹具及其复合舱段内斜口开口方法，属于机械加工技术领域。该镗床夹具包括定位盘，所述定位盘的一端安装有钢套，所述定位盘的上端面内部安装有定位销，所述定位盘的上端面安装有压板。本发明可以提高复合舱段内斜口开口精度。

Description

一种复合舱段内斜口开口镗床夹具及其复合舱段内斜口开口方法

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种复合舱段内斜口开口镗床夹具及其复合舱段内斜口开口方法。

背景技术

复合舱段一般是由各种不同功能的舱段组合而成，在飞行过程中与大气摩擦，外表面将会产生较大的热量，为保证产品在飞行过程中性能的稳定性，表面防热隔热就变的较为重要，因此一般的舱段由金属件（如铝合金)作为结构件壳体，而各种非金属复合材料由于密度小、质量轻、防热隔热性能好，通过缠绕、套装等方式覆盖在金属壳体上，形成一种多种材料叠加在一起的复合结构舱段。又为安装各种通讯仪器一般在复合舱段的内壁上安装加强框，以增加壳体的强度，这些加强框一般用钛合金材料制造，为仪器安装方便，常常要在相应的位置进行开口加工，这样开口部位就由三种材料铝合金、钛合金、非金属复合材料组成，一种复合舱段壳体就是由这三种材料组成的复合舱段，开口加工是该产品生产加工中的重点和难点。

复合舱段外形整体为圆柱状，由两部分组成，前段由幂次曲线Y=300(X/1800)^0.55(930≤X≤1800)形成的曲面，后段由φ600圆柱面组成。小端外径φ417，大端外圆φ600，总长度为1297±1。结构为金属壳体外表面缠绕玻璃钢防热层。金属壳体结构为铝合金（5A06）焊接结构，由前端框、后端框、蒙皮组成，焊接后通过机械加工前、后端面，保证端面的尺寸及形位公差；外表面缠绕一层玻璃钢防热层；在距前端面尺寸100的位置处安装透波盖转接板，透波盖转接板的材料为钛合金（Tc4），因此此处安装透波盖开口处就由三种材料组成。透波盖开口在距前端100mm处，开口长100mm,宽为40°的外小内大的喇叭形孔，开口要在玻璃钢、铝合金、钛合金三种材料上从外向内开通，开口处的外表面弦长为120mm。

现有的复合舱段防热层的开口镗削方法在实际应用中存在以下问题：

1）在镗削开口时，由于开口部位有玻璃钢、铝合金、钛合金组成，三种材料切削参数不同，不易选择，镗削时防热层容易起层、掉渣、脱块，防热层与金属之间产生分层。按一般金属材料切削条件进行加工，特别是目前刀具材料和冷却液受到限制的条件下，要达到理想的几何精度是非常困难的，因此在切削加工中就要经常改变切削参数，改变加工条件。

2）现有技术的装夹方式为采用端面定位压紧零件，进行加工时要先找正外圆，再找正象限线，由于象限线为手工划线，误差较大，从而使装配时销孔误差较大，造成装配困难。

3）斜角V形开口由于没有合适的设备进行加工，原来的加工方法是先按V形口的最小值粗加工，留余量，由装配时配修V形斜口的两面，修配量大，互换性差。

发明内容

本发明的目的是解决上述问题而提供了一种可以提高复合舱段内斜口开口精度的镗床夹具及其开口方法。

本发明所采用的技术方案是：

一种复合舱段内斜口开口镗床夹具，包括定位盘，所述定位盘的一端安装有钢套，所述定位盘的上端面内部安装有定位销，所述定位盘的上端面安装有压板。

进一步地，所述定位盘的两侧安装有起吊螺栓。

优选地，所述起吊螺栓的数量为两个。

优选地，所述定位销的形状为圆柱形。

优选地，所述定位销的数量为两个。

优选地，所述压板的数量为两个。

进一步地，所述定位销与所述定位盘的上端面内部过盈配合，所述钢套与所述定位盘的一端过盈配合。

一种权复合舱段内斜口开口方法，包括以下步骤：

（1）计算出镗床刀具偏移距离L值：复合舱段的曲线方程Y=300(X/1800)^0.55(930≤X≤1800)，开口位置b=100,开口处弦长2a=120±0.1,

计算出开口处圆弧半Y:X=100+930,Y=300*(X/1800)^0.55=220.689，计算出所述刀具偏移距离L：

γ=arcsin a/Y=arcsin60/220.689=15.776°，

β=90°-θ-γ=90°-20°-15.776°=54.224°，

L=Y*cosβ=220.689*cos54.224°=129，镗床刀具偏移距离L值为129mm；

（2）划开口线：在复合舱段的壳体表面划出开口的投影线，距复合舱段小端面尺寸50处划弦长125mm，距复合舱段小端面尺寸100处划弦长120mm，距复合舱段小端面尺寸150处划弦长115mm，将各弦长左边端点连接，将各弦长右边端点连接，形成梯形；

（3）用镗床夹具夹住复合舱段壳体小端，利用两个定位销定位，定位盘与复合舱段壳体的小端内孔对接，用压板将复合舱段的壳体与镗床夹具夹紧，将复合舱段的壳体与镗床夹具一起吊装在镗床上，找正镗床夹具的外圆与镗床的圆盘中心一致，并找正钢套的孔中心，并确定镗床的转盘刻度，该转盘刻度即为舱段的壳体的开口中心位置的刻度，用百分表找正定位盘的外圆中心，再用百分表找正钢套的内孔的中心，即可开始加工；

（4）第一切割步骤：按划线最小位置尺寸留余量2.5mm,即按弦长110，先在复合舱段壳体开口的中心铣加工长方孔尺寸100×110；尺寸100为开口的上下两边，加工到尺寸，弦长尺寸110的两边为40°的两边，加工为测量基准边，左边设为a,右边设为b；

（5）第二切割步骤：切割复合舱段壳体斜孔左边，将镗床B轴顺时针旋转20°，使斜孔的左边与镗床主轴平行，分别将X轴移动120，留9mm余量；X轴移动121.5，留7.5mm余量；X轴移动123，留6mm余量；X轴移动124.5，留4.5mm余量；X轴移动126，留3mm余量；X轴移动127.5，留1.5mm余量；X轴移动128.5，留0.5mm余量；粗加工左边斜边，测量加工的斜孔左边与基准孔边b的尺寸，根据实测尺寸确定最后的精加工余量，X轴移动129，精加工左边斜边到尺寸，斜边与基准孔右边b尺寸为115；

（6）第三切割步骤：切割复合舱段壳体斜孔右边，将机床B轴逆时针旋转到-20°，使斜孔的右边与镗床主轴平行，X轴回镗床零点，分别将X轴移动120，留9mm余量；X轴移动121.5，留7.5mm余量；X轴移动123，留6mm余量；X轴移动124.5，留4.5mm余量；X轴移动126，留3mm余量；X轴移动127.5，留1.5mm余量；X轴移动128.5，留0.5mm余量；粗加工右边斜边，测量加工复合舱段壳体的孔口右斜边与左斜面的尺寸，根据实际尺寸确定最后的精加工余量，X轴移动129，精加工右边斜边到尺寸，左斜边与右斜边尺寸为120；

（7）从镗床夹具上取下加工的复合舱段，将斜口上的飞边毛刺用砂纸去除干净，复合舱段内斜口开口完成。

进一步地，所述复合舱段内斜口的开口角度为40°。

优选地，所述步骤（3）中定位盘的直径与复合舱段的壳体小端直径的的对接间隙为0.05mm～0.10mm，两个定位销的直径尺寸与复合舱段的壳体小端面两处销孔直径的对接间隙为0.01mm～0.025mm，钢套找正孔直径为φ10-φ15H6mm。

进一步地，所述及粗加工时，选用直径φ16、材料为YG8硬质合金的棒铣刀，粗加工切削参数为主轴转速n=200r/min～300r/min；进给量f=0.15mm/r～0.3mm/r；切削深度ap≤1.5mm；精加工时，选用超硬铝合金铣刀，直径φ12，圆角半径R6，精加工切削参数为主轴转速n=150r/min～180r/min；进给量f=0.1mm/r～0.2mm/r；切削深度ap≤1mm。

进一步地，复合舱段的斜口处材料为玻璃钢、铝合金以及钛合金三种材料组成。

本发明具有以下优点：

本发明利用特有的镗床夹具以及开口方法来加工斜口角度为40°的复合舱段内的斜口；通过对镗床切削参数进行控制，能够有效改善复合舱段外壳的防热层加工容易起层、裂纹、掉渣、脱块、断裂，成品合格率低的问题；对现有装夹方式进行了改进，利用镗床夹具加工时要先找正外圆，再找正钢套孔位置，改善了找正象限线，误差较大的缺陷，从而使加工的斜口位置准确，提高装配精度。同时本发明使斜口的尺寸精度有较大的提高，减轻修配工作量，降低了劳动强度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种复合舱段内斜口开口镗床夹具的结构示意图；

图2为发明实施例提供的一种复合舱段内斜口开口方法中步骤（2）的计算图；

图3为发明实施例提供的一种复合舱段内斜口开口方法中步骤（2）的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参照图1和图3，一种复合舱段内斜口开口镗床夹具，包括定位盘1。定位盘1的一端与钢套4过盈配合。定位盘1的上端面内部与两个圆柱形定位销3过盈配合。定位盘1的上端面安装有两个压板5。夹具体1的两侧安装有两个起吊螺栓2。

在复合舱段6内开40°的斜口，其过程如下：

（1）计算出镗床刀具偏移距离L值:曲线方程Y=300(X/1800)^0.55(930≤X≤1800)，开口位置b=100,开口角度2θ=40°，开口处弦长2a=120±0.1,求：刀具偏移距离L值。

解：开口处圆弧半径Y:X=100+930,Y=300*(X/1800)^0.55=220.689。

刀具偏移距离L：γ=arcsin a/Y=arcsin60/220.689=15.776°

               β=90°-θ-γ=90°-20°-15.776°=54.224°

               L=Y*cosβ=220.689*cos54.224°=129mm。

（2）划开口线：在复合舱段6的壳体表面划出开口的投影线：距小端面尺寸50处划弦长125mm，距小端面尺寸100处划弦长120mm，距小端面尺寸150处划弦长115mm，将各弦长左边端点连接，将各弦长右边端点连接，形成梯形，四尖角处划R6过渡圆角。

（3）安装步骤：将镗床夹具安装于复合舱段6的壳体小端，利用两个定位销3定位，用压板装置5将复合舱段6的壳体与夹具联接紧固，将复合舱段6壳体与镗床夹具一起吊装在T68镗床上，找正镗床夹具的外圆与镗床的圆盘中心一致，找正夹具上的钢套4孔，以确定复合舱段6壳体的象限位置，用压板5装置固定，找正镗床夹具的外圆与镗床的圆盘中心一致，并找正钢套4的孔中心，并确定镗床的转盘刻度，该转盘刻度即为复合舱段6壳体的开口中心位置的刻度，用百分表找正定位盘的外圆中心，再用百分表找正钢套4的内孔的中心，即可开始加工；定位盘1直径与复合舱段6的壳体小端直径的的对接间隙为0.10mm，两个定位销3的直径尺寸与复合舱段6的壳体小端面两处销孔直径的对接间隙为0.01mm,钢套4找正孔直径为φ15H6mm。

（4）第一切割步骤：按划线最小位置尺寸留余量2.5mm,即按弦长110，先铣加工长方孔尺寸100×110；尺寸100为开口的上下两面，直接加工到尺寸。弦长尺寸110为40°斜面的粗加工口，也为后续加工时的测量基准，设左边为a,右边为b。

（5）第二切割步骤：切割斜孔左边a：将镗床B轴顺时针旋转20°，分别将X轴移动120，留9mm余量；X轴移动121.5，留7.5mm余量；X轴移动123，留6mm余量；粗加工左边斜边。X轴移动124.5，留4.5mm余量；X轴移动126，留3mm余量；X轴移动127.5，留1.5mm余量；X轴移动128.5，留0.5mm余量；粗加工左边斜边a,测量加工的孔口斜边a与基准孔右边b的尺寸，根据尺寸确定最后的精加工余量。再将X轴移动129，精加工左边斜边a到尺寸，斜边a与基准孔边b尺寸为115。尺寸129可根据测量的实际尺寸进行调整。

（6）第三切割步骤：切割斜孔右边b：将镗床B轴逆时针旋转到-20°，使斜孔的右边与镗床主轴平行，X轴回机床零点，分别将X轴移动120，留9mm余量；X轴移动121.5，留7.5mm余量；X轴移动123，留6mm余量；X轴移动124.5，留4.5mm余量；X轴移动126，留3mm余量；X轴移动127.5，留1.5mm余量；X轴移动128.5，留0.5mm余量；粗加工右边斜边。测量加工的孔口右斜边与左斜面的尺寸，根据实际尺寸确定最后的精加工余量。X轴移动129，精加工右边斜边到尺寸，左斜边a与右斜边b尺寸为120。

（7）修整步骤：松开压板5、起吊螺栓2，从镗床夹具上取下加工的复合舱段6，将复合舱段6斜口上的飞边毛刺用砂纸去除干净即可。

上述步骤中粗加工时选用直径φ16、材料为YG8硬质合金的棒铣刀，粗加工切削参数为主轴转速n=200r/min；进给量f=0.3mm/r；切削深度ap为1.5mm；精加工时选用超硬铝合金铣刀，直径φ12，圆角半径R6，精加工切削参数为主轴转速n=170r/min；进给量f～=0.2mm/r；切削深度ap为1mm。所述复合舱段的斜口处材料为玻璃钢、铝合金以及钛合金三种材料组成。用样块检孔口40°斜面，要求样块与产品贴合间隙不大于0.1mm。

本发明利用特有的镗床夹具以及开口方法来加工斜口角度为40°的复合舱段内的斜口；通过对镗床切削参数进行控制，能够有效改善复合舱段外壳的防热层加工容易起层、裂纹、掉渣、脱块、断裂，成品合格率低的问题；对现有装夹方式进行了改进，利用镗床夹具加工时要先找正外圆，再找正钢套孔位置，改善了找正象限线，误差较大的缺陷，从而使加工的斜口位置准确，提高装配精度。同时本发明使斜口的尺寸精度有较大的提高，减轻修配工作量，降低了劳动强度。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种复合舱段内斜口开口镗床夹具，其特征在于，包括定位盘，所述定位盘的一端安装有钢套，所述定位盘的上端面内部安装有定位销，所述定位盘的上端面安装有压板。

2.根据权利要求1所述的复合舱段内斜口开口镗床夹具，其特征在于，所述定位盘的两侧安装有起吊螺栓,所述起吊螺栓的数量为两个。

3.根据权利要求1所述的复合舱段内斜口开口镗床夹具，其特征在于，所述定位销的形状为圆柱形,所述定位销的数量为两个。

4.根据权利要求1所述的复合舱段内斜口开口镗床夹具，其特征在于，所述压板的数量为两个。

5.根据权利要求1所述的复合舱段内斜口开口镗床夹具，其特征在于，所述定位销与所述定位盘的上端面内部过盈配合，所述钢套与所述定位盘的一端过盈配合。

6.一种权利要求1所述的复合舱段内斜口开口方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）计算出镗床刀具偏移距离L值：复合舱段的曲线方程Y=300(X/1800)^0.55(930≤X≤1800)，开口位置b=100,开口处弦长2a=120±0.1,

计算出开口处圆弧半Y:X=100+930,Y=300*(X/1800)^0.55=220.689，计算出所述刀具偏移距离L：

γ=arcsin a/Y=arcsin60/220.689=15.776°，

β=90°-θ-γ=90°-20°-15.776°=54.224°，

L=Y*cosβ=220.689*cos54.224°=129，镗床刀具偏移距离L值为129mm；

（2）划开口线：在复合舱段的壳体表面划出开口的投影线，距复合舱段小端面尺寸50处划弦长125mm，距复合舱段小端面尺寸100处划弦长120mm，距复合舱段小端面尺寸150处划弦长115mm，将各弦长左边端点连接，将各弦长右边端点连接，形成梯形；

（3）用镗床夹具夹住复合舱段壳体小端，利用两个定位销定位，定位盘与复合舱段壳体的小端内孔对接，用压板将复合舱段的壳体与镗床夹具夹紧，将复合舱段的壳体与镗床夹具一起吊装在镗床上，找正镗床夹具的外圆与镗床的圆盘中心一致，并找正钢套的孔中心，并确定镗床的转盘刻度，该转盘刻度即为舱段的壳体的开口中心位置的刻度，用百分表找正定位盘的外圆中心，再用百分表找正钢套的内孔的中心，即可开始加工；

（4）第一切割步骤：按划线最小位置尺寸留余量2.5mm,即按弦长110，先在复合舱段壳体开口的中心铣加工长方孔尺寸100×110；尺寸100为开口的上下两边，加工到尺寸，弦长尺寸110的两边为40°的两边，加工为测量基准边，左边设为a,右边设为b；

（5）第二切割步骤：切割复合舱段壳体斜孔左边，将镗床B轴顺时针旋转20°，使斜孔的左边与镗床主轴平行，分别将X轴移动120，留9mm余量；X轴移动121.5，留7.5mm余量；X轴移动123，留6mm余量；X轴移动124.5，留4.5mm余量；X轴移动126，留3mm余量；X轴移动127.5，留1.5mm余量；X轴移动128.5，留0.5mm余量；粗加工左边斜边，测量加工的斜孔左边与基准孔边b的尺寸，根据实测尺寸确定最后的精加工余量，X轴移动129，精加工左边斜边到尺寸，斜边与基准孔右边b尺寸为115；

（6）第三切割步骤：切割复合舱段壳体斜孔右边，将机床B轴逆时针旋转到-20°，使斜孔的右边与镗床主轴平行，X轴回镗床零点，分别将X轴移动120，留9mm余量；X轴移动121.5，留7.5mm余量；X轴移动123，留6mm余量；X轴移动124.5，留4.5mm余量；X轴移动126，留3mm余量；X轴移动127.5，留1.5mm余量；X轴移动128.5，留0.5mm余量；粗加工右边斜边，测量加工复合舱段壳体的孔口右斜边与左斜面的尺寸，根据实际尺寸确定最后的精加工余量，X轴移动129，精加工右边斜边到尺寸，左斜边与右斜边尺寸为120；

（7）从镗床夹具上取下加工的复合舱段，将斜口上的飞边毛刺用砂纸去除干净，复合舱段内斜口开口完成。

7.根据权利要求6所述的复合舱段内斜口开口方法，其特征在于，所述复合舱段内斜口的开口角度为40°。

8.根据权利要求6所述的复合舱段内斜口开口方法，其特征在于，所述步骤（3）中定位盘的直径与复合舱段的壳体小端直径的的对接间隙为0.05mm～0.10mm，两个定位销的直径尺寸与复合舱段的壳体小端面两处销孔直径的对接间隙为0.01mm～0.025mm，钢套找正孔直径为φ10-φ15H6mm。

9.根据权利要求6所述的复合舱段内斜口开口方法，其特征在于，所述粗加工时，选用直径φ16、材料为YG8硬质合金的棒铣刀，粗加工切削参数为主轴转速n=200r/min～300r/min；进给量f=0.15mm/r～0.3mm/r；切削深度ap≤1.5mm；精加工时，选用超硬铝合金铣刀，直径φ12，圆角半径R6，精加工切削参数为主轴转速n=150r/min～180r/min；进给量f=0.1mm/r～0.2mm/r；切削深度ap≤1mm。

10.根据权利要求6所述的复合舱段内斜口开口方法，其特征在于，复合舱段的斜口处材料为玻璃钢、铝合金以及钛合金三种材料组成。

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