CN106541300A - 一种大型壁板侧铣加工变形补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大型壁板侧铣加工变形补偿方法，通过读取刀轨文件获得刀具轨迹上径向进给方向和轴向进给方向上各点的坐标信息；根据壁板的弹塑性变形特性确定壁板零件在热力耦合作用下径向进给方向和轴向进给方向的综合变形量；根据初始坐标信息和变形信息，确定变形补偿后的各点坐标信息，进而得到考虑变形补偿的新刀轨文件，采用新的刀轨文件进行大型壁板的侧铣加工，达到消除变形误差的目的。本发明有利于提高大型壁板的加工精度，通过一次补偿完全消除加工变形误差，从而缩短加工时间，降低加工成本。

Description

一种大型壁板侧铣加工变形补偿方法

技术领域

本发明属于航天零件加工制造技术，涉及一种大型薄壁零件侧铣加工的变形补偿方法。

背景技术：

新一代运载火箭的重量问题是现在研究的关键问题，使得各零部件减重成为重中之重。壁板类零件具有很好的减重效果，在新一代运载火箭中，壁板类产品是组成各级氢箱、氧箱、助推氧箱、煤油箱的重要部件，产品数量达到100余块，各种壁板工艺试验件数量是正式产品的1到2倍。壁板属于大尺寸薄板类零件，加工制造过程中存在易变形等一系列问题。开展壁板铣削加工变形的预测和控制对于解决当前该零件生产中的瓶颈问题以及促进新一代运载火箭关键零件制造技术的发展都具有重要应用价值。

目前，航天航天用大型壁板通常采用侧铣加工的方法进行，由于受到切削力、切削热和金属金相撕裂的共同作用，造成工件发生弹塑性变形，导致产生较大的加工变形误差，极大的降低大型壁板的加工精度。

在工程实践中，为了消除加工变形对大型壁板数控加工精度的不利影响，常通过采用工艺措施来减小壁板的加工变形，从而保证加工精度达到设计要求。目前主要采取的手段有：优化数控切削参数以减小切削力；通过改进和优化装夹方案以增加零件的刚性。这些措施可以减小壁板的加工变形，但这就必然要增加很多额外的工序，而且这些工艺措施主要是以定性分析和实际加工经验为基础，缺乏定量分析和操作规范。不仅零件的精度和质量难以保证，而且严重影响加工效率。专利201110185239.7中公开了一种基于数模重构的整体涡轮叶片加工误差补偿方法，主要针对现有的航空发动机整体涡轮叶片加工精度因弹性恢复量难以控制而造成加工精度超差的问题。这种误差补偿方法适用于悬臂结构的叶片，对于两端同时夹持的叶片加工效果不明显，而且未考虑到补偿加工后的再变形情况，反复补偿的次数多。专利201210364066.X中公开了一种薄壁叶片精密铣削加工变形补偿方法。但其主要思路是通过测量加工误差进行加工变形补偿，虽然通过考虑加工补偿量的再生变形减少了补偿次数，仍然需要多次补偿才能满足加工精度要求，因此补偿加工工作量较大。

加工变形是影响薄壁零件数控加工效率、精度和表面质量的关键因素。针对现有的大型壁板加工工艺存在的不足，很有必要寻找一种新的壁板加工变形补偿方法，实现对大型壁板加工变形的有效控制，大幅提高加工精度和效率，以满足相关科技工程领域对改进和完善大型壁板精密铣削加工技术的迫切需求。

发明内容：

本发明的目的是提出一种大型壁板零件的侧铣加工变形补偿方法，通过一次补偿完全消除加工变形误差，从而缩短加工时间，降低加工成本。

本发明的技术方案是：

所述的一种大型壁板零件侧铣加工变形补偿方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：通过刀具轨迹文件获取初始坐标值：读取壁板零件的理论规划刀具轨迹文件，获得铣刀切削刃刀触点坐标，作为刀具轨迹点坐标的初始值。

步骤2：根据壁板的弹塑性特性确定加工变形值：首先采用制定的工艺参数对刚性工件进行侧铣加工的热-力耦合物理仿真，获得切削力和切削温度数据。然后在壁板径向进给方向和轴向进给方向选定合适的采样点，以此切削力和切削温度作为载荷施加在采样点上进行物理仿真分析，获得各采样点在径向进给方向和轴向进给方向上的加工变形。

步骤3：根据采样点的加工变形计算刀具轨迹点加工变形：对于与采样点重合的轨迹点，则轨迹点加工变形即为采样点的加工变形，而对于不与采样点重合的轨迹点，其加工变形通过对采样点加工变形的线性插值得到。

步骤4：通过刀具轨迹点加工变形的补偿获得新的刀具轨迹点坐标：以各点的加工变形值作为刀具轨迹的补偿值，通过在刀具轨迹点的坐标初始值加上加工变形值作为新的刀具轨迹点坐标，改写刀具轨迹文件。

步骤5：基于补偿刀具轨迹的大型壁板补偿加工：采用新的刀具轨迹文件进行大型壁板的侧铣加工，以达到通过加工变形补偿完全消除加工变形误差的目的，满足零件精度需求，减小后续的钳工研配工作量。

有益效果

本发明的直接效果体现在以下两个方面：

1.有利于提高大型壁板的加工精度。充分考虑壁板加工过程中变形对加工精度的影响，采用反变形的思想，补偿加工变形带来的加工误差，从而减小了壁板加工变形对加工精度的影响。

2.可以大大减少大型壁板补偿加工的工作量。通过一次补偿加工就可以消除加工变形误差，无需多次重复补偿，大大减少了补偿加工的工作量。

附图说明：

图1是壁板侧铣加工变形误差示意图；

图2是本发明的补偿原理示意图。

具体实施方式：

实施实例：制造某火箭储箱壁板，该壁板为矩形网格单元结构，单元尺寸为400mm×400mm×3mm。首先读取刀具轨迹文件获得刀具轨迹点坐标的初始值，然后根据其弹塑性变形确定径向进给方向和轴向进给方向的加工变形值最大值分别为0.05mm和0.03mm。根据步骤3确定刀具轨迹点的加工变形，通过对刀具轨迹加工变形的补偿获得新的刀具轨迹点坐标。根据修改后的刀具轨迹文件进行侧铣加工，加工后的工件基本消除了加工变形误差。提高了加工精度，同时缩短了加工时间，降低了加工成本。

Claims (1)

1.一种大型壁板侧铣加工变形补偿方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：通过刀具轨迹文件获取初始坐标值：读取壁板零件的理论规划刀具轨迹文件，获得铣刀切削刃刀触点坐标，作为刀具轨迹点坐标的初始值。

步骤2：根据壁板的弹塑性特性确定加工变形值：首先采用制定的工艺参数对刚性工件进行侧铣加工的热-力耦合物理仿真，获得切削力和切削温度数据。然后在壁板径向进给方向和轴向进给方向选定合适的采样点，以此切削力和切削温度作为载荷施加在采样点上进行物理仿真分析，获得各采样点在径向进给方向和轴向进给方向上的加工变形。

步骤3：根据采样点的加工变形计算刀具轨迹点加工变形：对于与采样点重合的轨迹点，则轨迹点加工变形即为采样点的加工变形，而对于不与采样点重合的轨迹点，其加工变形通过对采样点加工变形的线性插值得到。

步骤4：通过刀具轨迹点加工变形的补偿获得新的刀具轨迹点坐标：以各点的加工变形值作为刀具轨迹的补偿值，通过在刀具轨迹点的坐标初始值加上加工变形值作为新的刀具轨迹点坐标，改写刀具轨迹文件。

步骤5：基于补偿刀具轨迹的大型壁板补偿加工：采用新的刀具轨迹文件进行大型壁板的侧铣加工，以达到通过加工变形补偿完全消除加工变形误差的目的，满足零件精度需求，减小后续的钳工研配工作量。