CN104842217B - 空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法 - Google Patents

空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种隔热瓦的加工方法，具体涉及一种空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，主要包括四轴转台找正、装卡四爪卡盘并找正、定义四轴回转中心及高度、对刀、调整数模并生成程序、隔热瓦粘接装夹、粗加工、半精加工、精加工、粘接面加工等步骤；本发明较好的解决了加工过程中刀具磨损严重、钻孔分层、变形等问题，加工精度在原有技术的基础上获得了大幅提高，可达到0.01mm甚至更高，并且加工效率也有了质的飞跃，节约了人力资源，产品的成品率较高，避免了不必要的损失。

Description

空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法
技术领域
本发明涉及一种隔热瓦的加工方法，具体涉及一种空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法。
背景技术
陶瓷纤维刚性隔热瓦主要覆盖在空天飞机外表面，用于高速飞行环境下的防热，要求产品具有高精度复杂三维曲面，以便与飞行器表面完全贴合。而陶瓷纤维隔热瓦在制作时一次成形一般只能做到比较规整的形状，并不能实现所有的设计特征，需要进行大量的二次机械加工来完成剩余的设计特征。刚性隔热材料主要的二次机械加工包括复杂曲面加工、特殊形状切割加工、盲槽加工、表面打磨加工等。目前传统的机械切削加工方法仍是刚性隔热材料加工的主要手段，在切削加工过程中遇到越来越多的问题，主要表现在以下几方面：
1、加工过程中刀具磨损严重，耐用度低。由于材料质软，在加工过程中无法用冷却液对加工区域进行冷却，材料本身导热能力较差，切削过程中产生的热量导致切削区域温度过高，并且热量集中在切削刃附近很窄的区域内，纤维的回弹及粉末状的切屑又容易擦伤刃口和后刀面，因此刀具的磨损十分严重，后刀面容易产生沟状磨损，耐用度较低。
2、加工过程中产生残余应力。在加工过程中，加工表面的加工精度及表面粗糙度达不到要求，并且由于材料呈现各向异性，加工时在切削力的作用下容易产生分层、撕裂等缺陷，容易产生残余应力。
3、材料装夹困难。由于材料本身的特性，密度和强度较低，利用传统的装夹方式极易对材料的内部结构产生破坏，影响材料的自身性能。
4、加工效率较低，加工时间较长。加工过程中进给速度过快及吃刀量过大容易造成材料受力过大而严重降低材料性能甚至报废，因此加工过程中必须采用较低的进给速度和较小的进刀量来保证材料性能不受破坏以及材料的加工精度。
发明内容
为了解决上述技术问题中的不足，本发明的目的在于：提供一种空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，易装夹，能够提高加工效率和加工精度，并且能起到保护刀具的作用。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：
所述空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，加工方法基于UG软件，采用四轴联动数控机床对隔热瓦进行加工，包括以下步骤：
a、四轴转台找正，利用百分表对四轴转台的Y轴和Z轴进行找正，将四轴转台置于工作台上，使四轴转台的第四轴与机床的Y轴相平行，将百分表固定在加工中心的Z轴上，此时百分表的指针打在四轴转台的工作台面上，沿Y方向摇动手轮，同时微调第四轴位置进行Y方向找正，找正之后，继续沿Z方向摇动手轮，进行Z方向找正；
b、装卡四爪卡盘并找正，清理四爪卡盘底面以及四轴转台的工作台面，将四爪卡盘固定在第四轴工作台上，进行初步找正，采用百分表对四爪卡盘的外圆打表，转动四爪卡盘进行微调，直至找正；
c、对四轴回转中心进行定位并定义回转中心的高度；
d、对刀，将所有刀具的Z向值对到四轴转台的工作台面上；
e、调整数模并生成程序，利用三维软件UG调整数模，定义粗加工、半精加工和精加工的加工余量，并利用软件的加工功能自动生成程序；
f、隔热瓦粘接装夹，将隔热瓦的毛坯面与铝块用胶粘接在一起，待胶固化后，用四爪卡盘夹住铝块，设定坐标系，然后测出设定的坐标系距离隔热瓦最高点的距离，调整装夹位置；
g、根据定义的加工余量，依次对产品进行粗加工、半精加工和精加工；
h、切断粘接面并进行加工，粘接面底部采用尼龙塑料板作为支撑，用牛鼻刀砂轮进行磨削加工，慢慢累积曲面，最后完成加工。
进一步优选，步骤a中百分表的指针跳动为0-0.01mm，视为找正。
进一步优选，步骤c中回转中心定位主要采用四爪卡盘夹住找正工装，调节四爪卡盘四个爪的位置并转动找正工装，使找正工装在第四轴上回转一周，并通过百分表对找正工装进行测量，用寻边器对出回转中心Y轴方向在机床上的机械坐标位置，在手动输入程序控制模式状态下设定机床的转速，摇动手轮和寻边器，使寻边器分别接触到找正工装的两侧，摇动手轮，使回转中心沿Z轴方向升高，查看回转中心Y轴方向的相对坐标w，沿Y轴方向移动二分之一的w，得到机床的机械坐标值，将机械坐标值输入到加工中心相对应的坐标系参数中。
进一步优选，步骤e中的粗加工、半精加工和精加工的加工余量分别设定为2mm、0.5mm和0mm。
进一步优选，找正工装为长度为100-300mm，直径10-50mm，圆柱度0-0.005mm的工具钢圆棒。
进一步优选，机床的转速设定为500-1000rad/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明较好的解决了加工过程中刀具磨损严重、钻孔分层、变形等问题，加工精度在原有技术的基础上获得了大幅提高，可达到0.01mm甚至更高，并且加工效率也有了质的飞跃，节约了人力资源，产品的成品率较高，避免了不必要的损失。
具体实施方式
下面对本发明实施例做进一步描述：
本发明所述空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，加工方法基于UG软件，采用四轴联动数控机床对隔热瓦进行加工，包括以下步骤：
a、四轴转台找正，利用百分表对四轴转台的Y轴和Z轴进行找正，将四轴转台置于工作台上，使四轴转台的第四轴与机床的Y轴相平行，将百分表固定在加工中心的Z轴上，此时百分表的指针打在四轴转台的工作台面上，将加工中心切换到手动模式，沿Y方向摇动手轮，同时微调第四轴位置进行Y方向找正，当百分表指针跳动小于0.01mm时可视为Y方向找正，找正之后，继续沿Z方向摇动手轮，进行Z方向找正，验证百分表指针跳动是否也小于0.01mm，如果大于0.01mm，说明四轴转台底面与机床工作台不平行，擦拭干净机床后重复上述过程，直到Y、Z方向百分表指针均小于0.01mm，四轴转台找正后有助于后续加工工件的对刀；
b、装卡四爪卡盘并找正，用有机试剂清理四爪卡盘底面以及四轴转台的工作台面，将四爪卡盘通过对应型号的螺栓固定在四轴工作台上，进行初步找正，采用百分表对四爪卡盘的外圆打表，转动四爪卡盘进行微调，直至百分表指针跳动不大于0.02mm时，视为找正；
c、对四轴回转中心进行定位并定义回转中心的高度，用四爪卡盘夹住找正工装，找正工装为长度为100-300mm，直径10-50mm，圆柱度0-0.005mm的工具钢圆棒，调节四爪卡盘四个爪的位置并转动找正工装，使找正工装在第四轴上回转一周，并通过百分表对找正工装进行测量，看百分表指针的跳动是否是在0.005mm以内，用寻边器对出回转中心Y轴方向在机床上的机械坐标位置，在手动输入程序控制模式状态下设定机床的转速，机床的转速设定为500-1000rad/min，摇动手轮和寻边器，使寻边器接触到找正工装的任一侧，定义Y轴的相对坐标为零，Z方向向上摇摇动手轮，Y方向手摇寻边器，使寻边器刚好接触找正工装另一侧，调整Z轴位置，使回转中心沿Z轴方向升高，查看回转中心Y轴方向的相对坐标w，沿Y轴方向移动二分之一的w，得到机床的机械坐标值，将机械坐标值输入到加工中心相对应的坐标系参数中，四轴回转中心找正完成；将百分表固定在Z轴主轴上，百分表指针寻找找正工装的最高点并移到此位置，记录此时百分表示值v，定义此时Z轴相对坐标为零,手摇机床Z轴，使百分表指针接触工作台，使百分表示值为v，此时Z坐标示值与找正工装半径的差值即为四轴回转中心到工作台的高度，将此数值定义为四轴回转中心高度；
d、对刀，将所有刀具的Z方向值对到四轴转台的工作台面上，将每种刀具的Z轴实际机械坐标值与回转中心高度之和作为每种刀具的Z轴坐标值，录入到相应参数表中；
e、调整数模并生成程序，利用三维软件UG调整数模，定义粗加工、半精加工和精加工的加工余量分别为2mm、0.5mm和0mm，并利用软件的加工功能自动生成程序，便于加工，有利于节约材料；
f、隔热瓦粘接装夹，将隔热瓦的毛坯面与铝块用胶粘接在一起，待胶固化后，用四爪卡盘夹住铝块，设定坐标系，然后测出设定的坐标系距离隔热瓦最高点的距离，根据所测得的值，调整装夹位置，有利于获得良好的装夹精度；
g、调用导入的加工程序，根据定义的加工余量，依次对产品进行粗加工、半精加工和精加工；
h、切断粘接面并进行加工，粘接面底部采用20mm左右的尼龙塑料板作为支撑，用牛鼻刀砂轮进行磨削加工，慢慢累积曲面，最后完成加工。
本方法在原来的加工基础上做了大幅的改动，在很大程度上提高了加工效率，保证了加工精度，解决了刀具磨损严重、钻孔分层、变形等众多技术难题，大大提高了成品率，降低了加工成本。

Claims (6)

1.一种空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，加工方法基于UG软件，采用四轴联动数控机床对隔热瓦进行加工，其特征在于，包括以下步骤：
a、四轴转台找正，利用百分表对四轴转台的Y轴和Z轴进行找正，将四轴转台置于工作台上，使四轴转台的第四轴与机床的Y轴相平行，将百分表固定在加工中心的Z轴上，此时百分表的指针打在四轴转台的工作台面上，沿Y方向摇动手轮，同时微调第四轴位置进行Y方向找正，找正之后，继续沿Z方向摇动手轮，进行Z方向找正；
b、装卡四爪卡盘并找正，清理四爪卡盘底面以及四轴转台的工作台面，将四爪卡盘固定在第四轴工作台上，进行初步找正，采用百分表对四爪卡盘的外圆打表，转动四爪卡盘进行微调，直至找正；
c、对四轴回转中心进行定位并定义回转中心的高度；
d、对刀，将所有刀具的Z向值对到四轴转台的工作台面上；
e、调整数模并生成程序，利用三维软件UG调整数模，定义粗加工、半精加工和精加工的加工余量，并利用软件的加工功能自动生成程序；
f、隔热瓦粘接装夹，将隔热瓦的毛坯面与铝块用胶粘接在一起，待胶固化后，用四爪卡盘夹住铝块，设定坐标系，然后测出设定的坐标系距离隔热瓦最高点的距离，调整装夹位置；
g、根据定义的加工余量，依次对产品进行粗加工、半精加工和精加工；
h、切断粘接面并进行加工，粘接面底部采用尼龙塑料板作为支撑，用牛鼻刀砂轮进行磨削加工，慢慢累积曲面，最后完成加工。
2.根据权利要求1所述的空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，其特征在于，步骤a中百分表的指针跳动为0-0.01mm，视为找正。
3.根据权利要求1所述的空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，其特征在于，步骤c中回转中心定位主要采用四爪卡盘夹住找正工装，调节四爪卡盘四个爪的位置并转动找正工装，使找正工装在第四轴上回转一周，并通过百分表对找正工装进行测量，用寻边器对出回转中心Y轴方向在机床上的机械坐标位置，在手动输入程序控制模式状态下设定机床的转速，摇动手轮和寻边器，使寻边器分别接触到找正工装的两侧，摇动手轮，使回转中心沿Z轴方向升高，查看回转中心Y轴方向的相对坐标w，沿Y轴方向移动二分之一的w，得到机床的机械坐标值，将机械坐标值输入到加工中心相对应的坐标系参数中。
4.根据权利要求1所述的空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，其特征在于，步骤e中的粗加工、半精加工和精加工的加工余量分别设定为2mm、0.5mm和0mm。
5.根据权利要求3所述的空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，其特征在于，找正工装为长度为100-300mm，直径10-50mm，圆柱度0-0.005mm的工具钢圆棒。
6.根据权利要求3所述的空天飞机用陶瓷纤维刚性隔热瓦精密加工方法，其特征在于，机床的转速设定为500-1000rad/min。
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