CN105290712B - 一种曲面零件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面零件的加工方法，包括对零件坯料进行粗加工，预留两个以上工艺凸台；利用工艺凸台将零件装夹；在工艺凸台上加工出辅助体；将辅助体作为零件的一部分参与铣削；从零件的一面加工零件到设计尺寸，保留辅助体；利用剩余的工艺凸台将零件翻面后装夹，用辅助支撑体进行支撑；加工零件另一面的本体到设计尺寸；以辅助体为毛坯体，铣削未加工的零件曲面，辅助体留余量与剩余的工艺凸台相连；去除辅助支撑体，断开辅助体与剩余的工艺凸台的连接，修掉零件上残余的辅助体。该方法以辅助体为过渡，方便数控编程及去除工艺凸台，零件表面无加工缺陷，加工精度高；加快了工艺编制速度，提高了数控编程与加工效率，适合推广应用。

Description

一种曲面零件的加工方法

技术领域

本发明属于不规则零件加工技术领域，具体涉及一种曲面零件的加工方法。

背景技术

复杂曲面(不规则曲面)一般是由多曲率的曲面组合而成，达到某些数学特征的高精度、追求功能与美学效果的外观形态，包括非球面、自由曲面和异型面等。复杂曲面已经成为航空航天、天文、航海、汽车零部件、模具和生物医用植入等领域众多工业产品既零件的重要工作面。例如：非球面光学零件能够跟好地矫正多种像差，提高仪器鉴别能力；复杂曲面反射镜可有效减少反射次数和功率损失，提高精度及稳定性；复杂曲面发动机缸可提高工作效能；同时，一些模具型腔、汽车零部件越来越多的应用复杂曲面外形，达到功能需求和美观性。随着复杂曲面类零件需求量的增加和性能要求的不断提高，传统加工方法以难以满足实际应用需求，迫切需要进一步提高复杂曲面零件的加工水平，以期达到高效精密加工。

在加工曲面零件时，由于结构原因，只有很少可供装夹的基准面，现有技术通过预留工艺凸台的方式实现曲面零件的装夹、定位。如CN101670462B公开了一种双曲面薄壁壁板加工工艺，流程如下：1)粗加工：在毛坯两侧用压板槽装夹，进行凹型面加工，留余量15mm，同时加工出两侧的工艺补块；翻面进行凸型面加工；加工前先将凸型面两侧的工艺补块的平面铣至双曲面薄壁壁板毛坯高度的1/4，加工后凸型面留工艺余量15mm；加工毛坯的前后端面，在毛坯凸型面最高端的中心线处加工出二个带孔的定位耳片，定位耳片分别与毛坯前后端连为一体；2)热处理；3)半精加工：凹型面朝上，用标准垫块垫高并夹紧两侧的工艺补块，加工凹型面，预留5min工艺余量；凸型面朝上，定定位耳片进行定位，加工凸型面，预留3mm工艺余量；4)时效；5)精加工：凹型面朝上，用标准垫块垫高并夹紧两侧的工艺补块，对定位耳片进行定位，精加工凹型面后进行计量；凸型面朝上，将双曲面薄壁壁板装夹于预制型面的真空平台上，使型面与真空平台的预制型面对应吸附贴合平整，用定位耳片进行定位，进行凸型面精加工，使双曲面薄壁壁板厚度达到1.5mm；6)切断工艺补块和定位耳片。该方法减少了零件的变形量，解决的了零件装夹、定位的难题。但是，复杂(不规则)曲面零件因其结构多为不规则曲面，没有可供装夹的基准面，制作工艺凸台对零件进行加工，工艺凸台与零件的连接面积大，工艺凸台的去除很容易在零件表面留下加工缺陷，后期难以弥补，这成为一道困扰加工操作人员的难题。不规则曲面零件复杂多样，形状千奇百怪，急需针对这种不规则曲面零件，找出其共性，提出其工艺凸台制作及去除的可行性方法，以实现复杂(不规则)曲面零件的快捷、精密加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种曲面零件的加工方法，实现复杂(不规则)曲面零件的快捷、精密加工。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

一种曲面零件的加工方法，包括下列步骤：

1)粗加工：对零件坯料进行粗加工，零件的边缘预留两个以上用于装夹的工艺凸台；

2)装夹：利用工艺凸台将零件装夹在加工工装上；

3)加工辅助体：在工艺凸台上加工出辅助体，所述辅助体的一端与零件的本体相连，另一端与剩余的工艺凸台相连；

4)铣削：将辅助体作为零件的一部分参与铣削；

5)精加工：从零件的一面加工零件到设计尺寸，保留辅助体；

6)支撑：利用剩余的工艺凸台将零件翻面后装夹在加工工装上，已加工好的一面用辅助支撑体进行支撑；

7)精加工：加工零件另一面的本体到设计尺寸；

8)后加工：以辅助体为毛坯体，铣削未加工的零件曲面，辅助体留余量与剩余的工艺凸台相连；

9)修整：去除辅助支撑体，断开辅助体与剩余的工艺凸台的连接，修掉零件上残余的辅助体，完成零件加工。

步骤1)中，根据待加工的曲面零件(尤其是复杂曲面零件或不规则曲面零件)的结构特点，在粗加工的毛坯上预留两个以上工艺凸台(工艺凸台与零件本体相连)。步骤1)中，预留的工艺凸台在零件的左右两侧对称设置。工艺凸台上设有用于装夹的安装孔和定位孔。安装孔和定位孔应设置在工艺凸台上远离零件本体的一侧，留出工艺凸台上辅助体的位置(即让出后期辅助体的加工空间)。

所述工艺凸台的长宽方向与零件曲面UV方向一致。工艺凸台的形状结构与尺寸大小需能提供有效可靠的装夹。

根据待加工的曲面零件(尤其是复杂曲面零件或不规则曲面零件)及预留的工艺凸台的结构特点，设计制作加工工装。加工工装的装夹部与零件预留的工艺凸台装夹配合，实现对零件的有效、可靠装夹。

步骤3)中，所得辅助体的厚度在零件曲面UV方向上与零件壁厚相等。所述辅助体的宽度不干涉工艺凸台的装夹位置，同时有足够空间让开曲面铣削刀具半径。所述辅助体的长度与对应工艺凸台的长度相等。

辅助体的设计标准是事先整体包络在工艺凸台之内；加工辅助体时，对工艺凸台上下前后周面上进行加工，使形成的辅助体左右两端分别与零件本体和剩余的工艺凸台连接。

步骤4)中，将辅助体作为零件的一部分参与铣削需满足：零件曲面铣削中刀具有足够加工空间，同时保证剩余的工艺凸台通过辅助体与零件的本体相连。此处铣削所用的刀具为球头刀。步骤4)为数控粗铣，分两面对零件进行粗铣加工，数控编程及加工时，都把辅助体作为零件的一部分参与铣削，保证剩余的工艺凸台通过辅助体与零件本体相连。

参与铣削的辅助体保证刀具能完全铣削到零件，又不对剩余的工艺凸台产生过切。

步骤6)中，辅助支撑体的作用是增加零件刚性。辅助支撑体的支撑面与零件已加工好的一面紧密贴合适应。

步骤7)中，加工零件另一面的本体到设计尺寸是指除辅助体与剩余的工艺凸台外，完全加工零件到设计尺寸。从步骤4)到步骤7)，保证剩余的工艺凸台通过辅助体与零件本体可靠连接。

步骤8)中，所述余量为0.1mm。步骤8)中，数控编程要以辅助体为毛坯体，以未加工零件面为加工体，加工参数留0.1mm余量，以供最后修整到设计尺寸。

步骤9)中，修掉零件上残余的辅助体是指采用锉刀修挫残余的辅助体至零件设计尺寸。

本发明的曲面零件的加工方法，根据曲面零件的特点，设计制作能可靠装夹的工艺凸台，并在工艺凸台上加工辅助体，使其一端与加工零件的本体相连，一般与剩余的工艺凸台相连，在零件本体加工至设计尺寸之后，再加工辅助体，后断开辅助体与剩余的工艺凸台，修正残余的辅助体以完成加工；该方法以辅助体为过渡，方便数控编程及去除工艺凸台，去除工艺凸台后，零件表面无加工缺陷，加工精度高；提供了一种通用的曲面零件的工艺凸台制作及去除指导，尤其实现了无可供装夹基准面的复杂曲面或不规则曲面零件的加工，加快了工艺编制速度，提高了数控编程与加工效率。

本发明的曲面零件的加工方法，对无安装基准、不规则曲面零件的加工有较强的指导意义，可极大的方便此类零件的工艺编制与装夹、加工，提高数控编程与加工效率，极大地增加零件加工成品率，缩短产品的生产周期，减低生产成本，具有较广泛的推广应用价值。

附图说明

图1为实施例1中不规则曲面零件装夹在加工工装上的结构示意图；

图2为图1的侧视图；

图3为图1的俯视图；

图4为实施例1中加工零件的双凸型面的结构示意图；

图5为实施例1中加工零件的双凹型面的结构示意图；

图6为实施例2中不规则曲面零件装夹在加工工装上的结构示意图；

图7为图6的侧视图；

图8为图6的俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

本实施例的不规则曲面零件的加工方法，包括下列步骤：

1)粗加工：对零件坯料进行粗加工，如图1-3所示，根据零件4(不规则曲面零件)的结构特点，在零件4的边缘预留四个用于装夹的工艺凸台2，工艺凸台2与零件4相连零件4的曲面UV方向一致，工艺凸台2的尺寸大小能保证可靠稳定装夹零件4；

2)装夹：如图1-3所示，利用工艺凸台2将零件4装夹在加工工装1上(零件4的双凸型面朝上)，具体为：工艺凸台2上设有用于装夹的定位孔和安装孔，通过定位销钉5和沉头螺钉6将零件4可靠定位并装夹在加工工装1上；

定位孔和安装孔设置在工艺凸台2上远离零件本体的一侧，留出工艺凸台2上辅助体3的位置；如图1-3所示，辅助体3的设计标准是事先整体包络在工艺凸台2之内；

3)加工辅助体：在工艺凸台上加工出辅助体，如图4所示，所述辅助体3的一端与零件4的本体相连，另一端与剩余的工艺凸台2相连；

辅助体的壁厚在零件的曲面UV方向上与零件的壁厚相等，辅助体的宽度除考虑装夹位置大小外，还要有足够空间让开曲面铣削刀具半径，辅助体的长度与工艺凸台的长度相等；

4)铣削：数控粗铣，如图4所示，将辅助体3作为零件4的一部分参与铣削，既保证零件曲面铣削中刀具7(球头刀)有足够加工空间，又保证剩余的工艺凸台2仍通过辅助体3与零件4相连；参与铣削后的辅助体，要保证刀具既能完全铣削到零件，又不对剩余的工艺凸台产生过切；

5)精加工：如图4所示，从零件4的上表面(双凸型面)加工零件到设计尺寸，保留辅助体3；

6)支撑：利用剩余的工艺凸台将零件翻面后装夹在加工工装上，如图5所示(零件4的双凹型面朝上，双凸型面朝下)，已加工好的一面(双凸型面)用辅助支撑体8进行支撑以增加零件刚性，辅助支撑体的支撑面与零件已加工好的一面(双凸型面)紧密贴合适应以提供支撑；

7)精加工：如图5所示，加工零件4的另一面(双凹型面)的本体到设计尺寸，即除辅助体3与剩余的工艺凸台2外完全加工零件到设计尺寸；

8)后加工：数码编程以辅助体为毛坯体，以未加工零件面为加工体，铣削未加工的零件曲面，加工参数留0.1mm余量，即辅助体留0.1mm余量与剩余的工艺凸台相连；

9)修整：去除辅助支撑体，断开辅助体与剩余的工艺凸台的连接，用锉刀修挫掉零件上残余的辅助体至设计尺寸，完成零件加工。

实施例2

本实施例的不规则曲面零件的加工方法，与实施例1不同在于：

步骤2)装夹：如图6-8所示，利用工艺凸台2将零件4装夹在加工工装1上(零件4的双凹型面朝上)，具体为：工艺凸台2上设有用于装夹的定位孔和安装孔，通过定位销钉5和沉头螺钉6将零件4可靠定位并装夹在加工工装1上；

后续是先加工零件的双凹型面，再加工零件的双凸型面，其余同实施例1。

在本发明的其他实施例中，工艺凸台的个数、形状及尺寸大小可根据待加工曲面零件的结构特点设置，并根据需要在工艺凸台上加工辅助体来辅助加工；辅助体的个数、形状及尺寸大小根据待加工曲面零件及预留工艺凸台的结构特点设置，按照本发明的加工方法，即可实现各种无安装基准的复杂曲面或不规则曲面零件的加工，加工速度快，生产效率高；所得成品零件无加工缺陷，成品率高，生产成本低，该加工方法具有较广泛的推广应用价值。

Claims (9)

1.一种曲面零件的加工方法，其特征在于：包括下列步骤：

1)粗加工：对零件坯料进行粗加工，零件的边缘预留两个以上用于装夹的工艺凸台；所述工艺凸台的长宽方向与零件曲面UV方向一致；

2)装夹：利用工艺凸台将零件装夹在加工工装上；

3)加工辅助体：在工艺凸台上加工出辅助体，所述辅助体的一端与零件的本体相连，另一端与剩余的工艺凸台相连；

4)铣削：将辅助体作为零件的一部分参与铣削；

5)精加工：从零件的一面加工零件到设计尺寸，保留辅助体；

6)支撑：利用剩余的工艺凸台将零件翻面后装夹在加工工装上，已加工好的一面用辅助支撑体进行支撑；

7)精加工：加工零件另一面的本体到设计尺寸；

8)后加工：以辅助体为毛坯体，铣削未加工的零件曲面，辅助体留余量与剩余的工艺凸台相连；

9)修整：去除辅助支撑体，断开辅助体与剩余的工艺凸台的连接，修掉零件上残余的辅助体，完成零件加工。

2.根据权利要求1所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：步骤1)中，预留的工艺凸台在零件的左右两侧对称设置。

3.根据权利要求1所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：步骤3)中，所得辅助体的厚度在零件曲面UV方向上与零件壁厚相等。

4.根据权利要求1或3所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：所述辅助体的宽度不干涉工艺凸台的装夹位置，同时有足够空间让开曲面铣削刀具半径。

5.根据权利要求4所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：所述辅助体的长度与对应工艺凸台的长度相等。

6.根据权利要求1所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：步骤4)中，将辅助体作为零件的一部分参与铣削满足：零件曲面铣削中刀具有足够加工空间，同时保证剩余的工艺凸台通过辅助体与零件的本体相连。

7.根据权利要求6所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：参与铣削的辅助体保证刀具能完全铣削到零件，又不对剩余的工艺凸台产生过切。

8.根据权利要求1所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：步骤8)中，所述余量为0.1mm。

9.根据权利要求1所述的曲面零件的加工方法，其特征在于：步骤9)中，修掉零件上残余的辅助体是指采用锉刀修挫残余的辅助体至零件设计尺寸。