CN103934629A - 一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于软胎贴合装夹的航空薄壁膜盘加工方法，是在薄壁膜盘零件的车削加工中应用软胎夹具贴合技术的一种新型机械加工方法。该加工方法通过采用表面形貌测量装置测量已加工面的形貌，辅之以精密加工装置加工与之对应的软胎夹具与已加工面贴合，从而避免了传统加工中薄壁处应力变形大导致加工误差，极大地提高了加工精度，很大程度地提高了加工效率，而且加工薄壁膜盘零件最薄处能达到0.3mm，尺寸精度小于±0.008的标准。采用本发明加工方法加工的航空薄壁膜盘更能满足航空发动机中对使用的要求。

Description

一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法
技术领域
本发明涉及一种加工方法，尤其是一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法。
背景技术
随着科学技术和工业生产的发展，对于机械零件的加工精度和表面质量提出了更高的要求。高产、优质、低消耗，产品技术性好、使用寿命长，这是机械制造业所追求的基本目标，而这些目标的实现的基础就是加工精度。而精密薄壁件（通常指壁厚<1mm的零件）能够减少零件数量和装配的工作量，一件薄壁整体件可以代替原来用几十甚至几百个零件组成的部件，装配所占用的工时减少30%以上，同时提高使用寿命，将寿命提高1倍左右，因此薄壁件广泛应用于航空航天领域。薄壁件由于壁薄加工变形量大，加工精度很难保证，有20%-60%的加工误差是由薄壁件的装夹引起的，因而精密薄壁零件夹具的制造是薄壁零件加工中的重要环节。
对于薄壁盘类零件的装夹夹具的设计和制造，一般是采用一次性刚性装夹夹具，如图1所示。通过提高夹具的制造加工精度，减小装夹夹具对薄壁件加工变形的影响。而针对有在粗加工过程中已加工变形的薄壁盘类零件，通过刚性装夹夹具，如图2所示，会在薄壁盘类零件上产生装夹应力变形，如图2中的I所示；加工后，装夹应力变形会导致装夹后应力恢复变形，如图2中的II所示，从而影响薄壁盘类零件的最终加工精度。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工方法，减少或消除装夹应力变形，进而提高薄壁盘类零件的加工精度。
本发明的技术方案为，所述的加工方法包括以下步骤：
1、粗加工：
采用三维绘图软件，对待加工的薄壁盘类零件进行数字化三维构形，并输入进数控机床；
调整数控机床，使数控机床的主轴回转精度在0.02mm以内；
将表面形貌测量装置与精密加工装置装夹在调整好的数控机床上，调节表面形貌测量装置和精密加工装置的位置，使二者的运动轨迹相同，并且该轨迹在薄壁盘类零件端面的投影经过主轴的回转中心，偏差不大于0.05mm；
将薄壁盘类零件的毛坯件装安装在数控机床上，将零件薄壁以外的所有位置加工至设计尺寸；
设计并加工薄壁盘类零件精加工的夹具，所述的夹具与薄壁盘类零件接触部分为软胎，并将除软胎安装面以外的部分均加工至设计尺寸；
2、粗加工A面：
将薄壁盘类零件的任一端面定义为A面，另一面为B面；
装夹粗加工完毕的薄壁盘类零件，对A面进行粗加工，至A面最终留有设计规定的精加工余量；
3、加工软胎：
打开表面形貌测量装置，从外圆到薄壁膜盘回转中心沿直线测量加工后的零件的A面；
记录由表面形貌测量装置测得的数据，通过数据处理装置得出A面的形貌，并计算与A面相对应的数据，按此数据，在数控机床上用精密加工装置加工夹具的软胎安装面，该安装面加工后应与A面的形貌相对应；精密加工装置加工时，机床主轴的转速与线速度与测量形貌时相同；
4、加工B面：
将加工完成的软胎的安装面与零件的A面贴合在一起，装夹到数控机床上；
对B面进行加工至要求尺寸；
5、精加工A面：
将加工好B面的零件卸下，将夹具上的软胎的安装面加工成平面；
将零件的B面与软胎的安装面贴合在一起，装夹到数控机床上；
对A面进行精加工至要求尺寸；
6、最终检验。
上述方法中，所述的软胎的材料为铝、铜及其合金等，并且允许根据采用的不同软胎夹具材料，进行表面形貌测量操作和夹具软胎的精密加工操作时，机床主轴的转速和线速度做相应的调整；在步骤1中，为防止在粗车过程中工件产生过大的残余应力，粗车吃刀量控制在0.2mm内；在步骤2中，所述的余量不大于0.2mm；在步骤5中所述的软胎，可以是预先加工好的另一块软胎，并直接进行与零件的B面进行安装和对A面进行精加工；在上述方法中，在可以满足零件要求的精度前提下，可以在步骤2中粗加工A面后，然后直接精加工A面至设计尺寸，同时取消第5步骤。
本发明通过在线或离线快速测量薄壁膜盘安装面表面形貌，经数据处理获得膜盘安装面的表面形貌，利用测量数据加工出薄壁膜盘的软胎夹具表面，大幅提升薄壁膜盘与软胎表面的贴合程度，从而减少加持变形和在切削过程中的应力变形，从而达到消除已加工变形误差对下一步加工精度的影响和切削过程中切削力对加工精度的影响。本发明克服了通常情况下薄壁膜盘类零件加工夹具只能进行一次性装夹的缺点，减少上一步工序造成的变形对下一步加工精度的影响。主要通过高精度的加工出针对已变形薄壁盘类零件的夹具，实现航空薄壁膜盘（外径为110mm，最薄处为0.3mm）的精确加工。同时，本发明具有快速准确的表面形貌测量能力和快速高效的形貌复制制造功能，加工软胎夹具的速度很快，提高了薄壁膜盘零件的加工效率。
附图说明
图1为原薄壁盘类零件加工方法的装夹示意图；
图2为原薄壁盘类零件加工方法加工后应力分布示意图；
图3为本发明的薄壁盘类零件加工方法的装夹示意图。
具体实施方式
如图所示，基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法包括以下步骤：
1、粗加工：
采用三维绘图软件，对待加工的薄壁盘类零件进行数字化三维构形，并输入进数控机床；
调整数控机床，使数控机床的主轴回转精度在0.02mm以内；
将表面形貌测量装置与精密加工装置装夹在调整好的数控机床上，调节表面形貌测量装置和精密加工装置的位置，使二者的运动轨迹相同，并且该轨迹在薄壁盘类零件端面的投影经过主轴的回转中心，偏差不大于0.05mm；
将薄壁盘类零件的毛坯件装安装在数控机床上，将零件薄壁以外的所有位置加工至设计尺寸；
设计并加工薄壁盘类零件精加工的夹具1，所述的夹具1与薄壁盘类零件3接触部分2为软胎，并将除软胎安装面以外的部分均加工至设计尺寸；
2、粗加工A面：
将薄壁盘类零件3的任一端面定义为A面，另一面为B面；
装夹粗加工完毕的薄壁盘类零件3，对A面进行粗加工，至A面最终留有设计规定的精加工余量；
3、加工软胎：
打开表面形貌测量装置，从外圆到薄壁膜盘回转中心沿直线测量加工后的零件3的A面；
记录由表面形貌测量装置测得的数据，通过数据处理装置得出A面的形貌，并计算与A面相对应的数据，按此数据，在数控机床上用精密加工装置加工夹具1的软胎安装面，该安装面加工后应与A面的形貌相对应；精密加工装置加工时，机床主轴的转速与线速度与测量形貌时相同；
4、加工B面：
将加工完成的软胎的安装面与零件3的A面贴合在一起，装夹到数控机床上；
对B面进行加工至要求尺寸；
5、精加工A面：
将加工好B面的零件卸下，将夹具1上的软胎的安装面加工成平面；
将零件的B面与软胎的安装面贴合在一起，装夹到数控机床上；
对A面进行精加工至要求尺寸；
6、最终检验。
上述方法中，所述的软胎的材料为铝、铜及其合金等，并且允许根据采用的不同软胎夹具材料，进行表面形貌测量操作和夹具软胎的精密加工操作时，机床主轴的转速和线速度做相应的调整；在步骤1中，为防止在粗车过程中工件产生过大的残余应力，粗车吃刀量控制在0.2mm内；在步骤2中，所述的余量为0.2mm；在步骤5中所述的软胎，可以是预先加工好的另一块软胎，并直接进行与零件的B面进行安装和对A面进行精加工；在上述方法中，在可以满足零件要求的精度前提下，可以在步骤2中粗加工A面后，然后直接精加工A面至设计尺寸，同时取消第5步骤。
实施例一
一种涡轴发动机动力轴膜盘，其外径为Φ112，膜盘厚度为0.6mm，最薄处为0.35mm，要求加工后的膜盘满足以下要求：膜盘型面轮廓度要求-0.004mm～+0.020mm，型面粗糙度要求Ra0.12，其具体加工步骤为：
1、粗加工：
采用三维绘图软件，对待加工的薄壁盘类零件进行数字化三维构形，并输入进数控机床；
调整数控机床，数控机床的主轴回转精度为0.01mm；将表面形貌测量装置与精密加工装置装夹在调整好的数控机床上，调节表面形貌测量装置和精密加工装置的位置，使二者的运动轨迹相同，并且该轨迹在薄壁盘类零件端面的投影经过主轴的回转中心，偏差的最大值为0.02mm；
将薄壁盘类零件的毛坯件装安装在数控机床上，将零件薄壁以外的所有位置加工至设计尺寸，为防止在粗车过程中工件产生过大的残余应力，粗车吃刀量为0.1mm；
设计并加工薄壁盘类零件精加工的夹具，所述的夹具与薄壁盘类零件接触的部分为软胎，材料为铝，并将除软胎安装面以外的部分均加工至设计尺寸；
2、粗加工A面：
将薄壁膜盘面向动力轴一侧型面定义为A面，另一测型面为B面；
装夹粗加工完毕的零件，对A面进行粗加工，至A面最终留有设计规定的精加工余量；
3、加工软胎：
打开表面形貌测量装置，从外圆到薄壁膜盘回转中心沿直线测量加工后的零件的A面；
记录由表面形貌测量装置测得的数据，通过数据处理装置得出A面的形貌，并计算与A面相对应的数据，按此数据，在数控机床上用精密加工装置加工夹具的软胎安装面，该安装面加工后应与A面的形貌相对应；精密加工装置加工时，机床主轴的转速与线速度与测量形貌时相同；
4、加工B面：
将加工完成的软胎的安装面与零件的A面贴合在一起，装夹到数控机床上；
对B面进行加工至要求尺寸；
5、精加工A面：
将加工好B面的零件卸下，将夹具上的软胎的安装面加工成平面；
将零件的B面与软胎的安装面贴合在一起，装夹到数控机床上；
对A面进行精加工至要求尺寸；
6、最终检验。加工后的各项指标为：型面轮廓度为+0.01mm，表面粗糙度为Ra0.12。结论，零件合格。

Claims (6)

1.一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法，其特征是，所述的方法包括以下步骤： 
1）粗加工： 
采用三维绘图软件，对待加工的薄壁盘类零件进行数字化三维构形，并输入进数控机床； 
调整数控机床，使数控机床的主轴回转精度在0.02mm以内； 
将表面形貌测量装置与精密加工装置装夹在调整好的数控机床上，调节表面形貌测量装置和精密加工装置的位置，使二者的运动轨迹相同，并且该轨迹在薄壁盘类零件端面的投影经过主轴的回转中心，偏差不大于0.05mm； 
将薄壁盘类零件的毛坯件装安装在数控机床上，将零件薄壁以外的所有位置加工至设计尺寸； 
设计并加工薄壁盘类零件精加工的夹具（1），所述的夹具（1）与薄壁盘类零件（3）接触部分（2）为软胎，并将除软胎安装面以外的部分均加工至设计尺寸； 
2）粗加工A面： 
将薄壁盘类零件（3）的任一端面定义为A面，另一面为B面； 
装夹粗加工完毕的薄壁盘类零件（3），对A面进行粗加工，至A面最终留有设计规定的精加工余量； 
3）加工软胎： 
打开表面形貌测量装置，从外圆到薄壁膜盘回转中心沿直线测量加工后的零件（3）的A面； 
记录由表面形貌测量装置测得的数据，通过数据处理装置得出A面的形貌，并计算与A面相对应的数据，按此数据，在数控机床上用精密加工装置加工夹具（1）的软胎安装面，该安装面加工后应与A面的形貌相对应；精密加工装置加工时，机床主轴的转速与线速度与测量形貌时相同； 
4)加工B面
将加工完成的软胎的安装面与零件（3）的A面贴合在一起，装夹到数控机床上； 
对B面进行加工至要求尺寸； 
5）精加工A面： 
将加工好B面的零件卸下，将夹具（1）上的软胎的安装面加工成平面； 
将零件的B面与软胎的安装面贴合在一起，装夹到数控机床上； 
对A面进行精加工至要求尺寸； 
6）最终检验。 
2.如权利要求1所述的一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法，其特征是，所述的软胎的材料为铝、铜或其合金。 
3.如权利要求1所述的一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法，其特征是，所述的步骤1）中，为防止在粗车过程中工件产生过大的残余应力，粗车吃刀量控制在0.2mm内。 
4.如权利要求1所述的一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法，其特征是，所述的步骤2）中，所述的余量不在于0.2mm. 
5.如权利要求1所述的一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法，其特征是，所述的步骤5）中所述的软胎为预先加工好的另一块软胎，并直接进行与零件的B面进行安装和对A面进行精加工。 
6.如权利要求1所述的一种基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法，其特征是，在可以满足零件要求的精度前提下，可以在所述的步骤2）中粗加工A面后，然后直接精加工A面至设计尺寸，同时取消第5)步骤。 
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