CN107442824A - 一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，包括以下步骤：在铣削机床上安装真空夹具的模块，并准备好真空吸附铣削的设备；将钛合金材质的单面框零件原材料放置在真空夹具的真空吸盘上，并将原材料定位装夹；打开真空发生器将原材料吸附在真空夹具表面，并利用铣削机床进行多次铣削；铣削完成后关闭真空发生器，并将单面框零件成品上的机床油擦拭干净，并进行精度检测。本发明通过合理步骤设计，可有效减少数控加工过程中腹板震动，提高加工薄壁零件的成品率，且提供了加工精度。

Description

一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法

技术领域

本发明涉及工业零件加工方法领域，具体是指一种思维导图快速导航内容的方法。

背景技术

钛合金材料具有高比强度、无磁性、高温性能好等特性，在航空航天领域应用越来越广泛。随着飞机性能的提高，设计对于钛合金类零件的重量和精度要求越来越来高，部分钛合金整体框类结构件腹板厚度只有1mm，且厚度公差为±0.1mm甚至更小，传统的工艺凸台定位装夹方法，在加工过程中由于腹板过薄，且钛合金加工过程中切削力较大，加工过程中薄壁腹板容易产生变形，尺寸精度无法达到设计要求，需要采用真空吸附来实现该类型零件的数控加工。而现有的真空吸附加工时，对于一般的零件加工时，一旦铣削过程操作不当，就会使加工零件产生形变或者报废。

发明内容

针对上述现有技术中在加工薄壁零件成品率较低加工精度较低的问题，本发明提供一种可有效减少加工薄壁腹板的变形、保证腹板的尺寸精度、提高该类薄壁类零件的加工精度的单面框类零件真空吸附数控加工方法

本发明通过下述技术方案实现：一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，包括以下步骤：

S1.在铣削机床上安装真空夹具的模块，并准备好真空吸附铣削的设备；

S2.将钛合金材质的单面框零件原材料放置在真空夹具的真空吸盘上，并将原材料定位装夹；

S3.打开真空发生器将原材料吸附在真空夹具表面，并利用铣削机床进行多次铣削；

S4.铣削完成后关闭真空发生器，并将单面框零件成品上的机床油擦拭干净，并进行精度检测。

值得说明的是，本发明中所要加工的零件为单面框零件，所述的单面框为一种大面积的平面结构，其一个侧面的表面光滑，没有任何凸起；而另一侧面则设有框架结构。故加工此类结构时，特别是需要要求精度较高，成品为薄壁结构时，则采用真空吸附加工方法，将其光滑的平面朝下放置在真空夹具上，从而提供较好的夹持效果，又能够避免采用传统夹具导致零件形变的问题出现。

铣削时采用的机床为普通机床型号，而本发明中采用的真空夹具模块作为一种夹具结构，可与现有的机床进行适配，通过直接固定在机床上，就能够实现夹持零件的效果。

进一步的，所述步骤S2中的单面框零件原材料包括腹板和垂直于腹板表面并沿腹板边沿设置的缘条，在设有缘条一侧的腹板表面上还设有筋条。其中所述的筋条同样为垂直于腹板平面的条状结构，且筋条横置在腹板侧面，其两端分别连接在对应的缘条上。

进一步的，所述步骤S3的铣削的具体步骤如下：

S3.1.进行粗加工，铣削时在腹板厚度方向留6-8mm余量，筋条和缘条单面留有6-7mm余量；

S3.2.进行第一次半精加工，铣削时在腹板厚度方向留3-4mm余量，而筋条和缘条单面留余量3-3.5mm；

S3.3.进行第二次半精加工，在腹板厚度方向留余量2-3mm，筋条和缘条单面留余量2-2.5mm；

S3.4.进行第三次半精加工，在腹板厚度方向、筋条和缘条单面均留余量1-1.5mm；

S3.5.最后将零件加工到指定尺寸即可。

所述的余量是指加工后的实际值与目标值的差值，通过分多次铣削，从而避免一次铣削损坏零件的情况出现，而且为了专门针对于特殊的单面框结构，本发明中对于每次的加工余量进行限定。因为铣削的具体方法和原理均为现有技术，只需通过调整铣削次数和单次铣削余量，就能够保证具有较好的精度，也能够尽可能提高成品率。其中，本发明针对的特殊单面框结构的缘条、筋条和腹板的目标厚度值均相同，但由于腹板面积较大，且主要是腹板承载大气压力，故在留有余量时，通常会将腹板的余量留得多一点。因为铣削的工艺是采用现有技术，并没有对其加工步骤和方法进行改进，故在此不再赘述。

进一步的，所述步骤S3的铣削作业时，单次加工完成后便使用数显游标卡尺进行精度检测，并同时检查真空夹具的真空吸附状态。所述的单次即按照S3.1-S3.5的具体加工次数，每次加工后均采用数显游标卡尺进行厚度检测，避免留有的余量没有达标，一旦发现余量较多时，便会重复上一铣削过程，直到余量达标。而所述的检查真空吸附状态则是通过查看单面框零件与真空夹具之间是否存在相对位移。

进一步的，所述真空夹具包括相互连接的真空发生器和真空吸盘，所述真空发生器与真空吸盘之间还设有真空压力表，通过真空压力表进行真空状态检测。真空夹具的工作原理为，在真空的作用下，单面框零件的两个面上形成压差，使得零件产生一个向着真空吸盘的力，利用这个力和摩擦力将零件牢固的夹持在真空吸盘上，夹持力大小有夹具系统的工作真空度和零件吸附面积决定。而所述的真空发生器相较于真空泵，其成本较低，适应性强，且维修操作简便。而且真空发生器还包括真空供给阀和真空破坏阀，一般真空供给阀同破坏阀都是常断型，当真空供给阀接通而真空破坏阀断开时，则真空发生器工作，吸附零件；当真空供给阀off，而真空破坏阀ON时，则破坏真空状态，避免零件受损。值得说明的是，所述的真空发生器和真空吸盘均为现有技术，其具体结构是本领域技术人员所公知的技术手段，故在此不再赘述。

进一步的，所述步骤S2中在将单面框零件放置在真空夹具的真空吸盘上时，先在真空吸盘的表面覆盖一层合成橡胶材质的调整垫片，并在调整垫片上开口与真空吸盘相对应的导气孔；再将单面框零件放置在真空吸盘上。所述的调整垫片能够增加真空吸盘与零件之间的摩擦力，在保持真空吸附状态下，还能够避免零件直接与金属材质的真空吸盘接触，导致零件表面受损。而合成橡胶材质不仅具有较高的摩擦系数，而且还具有缓震的效果。

进一步的，所述真空发生器的排气口上设有树脂消声器。所述的树脂消声器能够减少真空发生器发出的噪音。

进一步的，所述真空发生器与真空吸盘之间还设有抽吸过滤器。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明通过合理步骤设计，可有效减少数控加工过程中腹板震动，提高加工薄壁零件的成品率，且提供了加工精度；通过多次余量控制，并实时检测真空夹具的状态，能够保证加工钛合金材质的薄壁结构时，真空夹具能够保持较好的夹持效果，且避免铣刀损坏单面框零件。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明的单面框零件结构示意图；

图2为本发明的实施例1中第一次粗加工余量示意图；

图3为本发明的实施例1中第三次半精加工余量示意图。

其中：1—筋条，2—腹板，3—缘条；A指代筋条的两个竖直侧面；B指代缘条的两个竖直侧面。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实施例的要加工的一种单面框零件结构，其具体包括腹板2和垂直于腹板2表面并沿腹板2边沿设置的缘条3，在设有缘条3一侧的腹板2表面上还设有筋条1。其中所述的筋条1同样为垂直于腹板2平面的条状结构，且筋条1横置在腹板2侧面，其两端分别连接在对应的缘条3上。而本实施例的单面框零件加工目标值为：筋条1厚度为1.5mm，腹板2厚度为1mm，缘条3厚度为2mm。

而具体的加工步骤为：

先将准备好的真空夹具安装到位，所述的真空夹具包括通过管道连接的真空发生器和真空吸盘，并在真空发生器与真空吸盘之间设置有抽吸过滤器和真空压力表，所述的抽吸过滤器用来过滤，阻止尘粒和悬浮物进入管道内堵塞管道。而所述的真空压力表能够随时检测真空吸盘内的压力值，一旦出现变化，可及时进行调整，避免对零件造成影响。

然后将钛合金材质的单面框零件原材料放置在真空夹具的真空吸盘上，并将原材料定位装夹；在将单面框零件放置在真空夹具的真空吸盘上时，先在真空吸盘的表面覆盖一层合成橡胶材质的调整垫片，并在调整垫片上开口与真空吸盘相对应的导气孔；再将单面框零件放置在真空吸盘上。所述的调整垫片能够增加真空吸盘与零件之间的摩擦力，在保持真空吸附状态下，还能够避免零件直接与金属材质的真空吸盘接触，导致零件表面受损。而合成橡胶材质不仅具有较高的摩擦系数，而且还具有缓震的效果。

然后打开真空发生器将单面框零件进行粗加工，铣削时在腹板2厚度方向留6mm余量，筋条1和缘条3单面留有6mm余量；然后进行第一次半精加工，铣削时在腹板2厚度方向留3mm余量，而筋条1和缘条3单面留余量3mm；进行第二次半精加工，在腹板2厚度方向留余量2mm，筋条1和缘条3单面留余量2mm；进行第三次半精加工，在腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面均留余量1mm；最后将零件加工到指定尺寸即可。铣削完成后关闭真空发生器，并将单面框零件成品上的机床油擦拭干净，并进行精度检测。

在铣削作业时，单次加工完成后便使用数显游标卡尺进行精度检测，并同时检查真空夹具的真空吸附状态。每次加工后均采用数显游标卡尺进行厚度检测，避免留有的余量没有达标，一旦发现余量较多时，便会重复上一铣削过程，直到余量达标。而所述的检查真空吸附状态则是通过查看单面框零件与真空夹具之间是否存在相对位移。

实施例2：

本实施例是在上述实施例1的基础上，进行修改，在铣削时，采用一次铣削成型。

实施例3：

本实施例是在上述实施例1的基础上，进行修改，在铣削时，采用二次铣削成型。第一次为粗加工，腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面留余量均为6mm；而第二次精加工直接成型。

实施例4：

本实施例是在上述实施例1的基础上，进行修改，在铣削时，采用三次铣削成型。第一次为粗加工，腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面留余量均为6mm；而第二次半精加工腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面留余量均为3mm，然后第三次精加工直接成型。

实施例5：

本实施例是的上述实施例1的基础上，进行修改，在铣削时，采用四次铣削成型。第一次为粗加工，腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面留余量均为6mm；第二次为半精加工，腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面留余量均为3mm；而第三次还是半精加工腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面留余量均为2mm；第四次直接成型。

实施例6：

本实施例是的上述实施例1的基础上，进行修改，铣削时在腹板2厚度方向留5mm余量，筋条1和缘条3单面留有4mm余量；然后进行第一次半精加工，铣削时在腹板2厚度方向留3mm余量，而筋条1和缘条3单面留余量3mm；进行第二次半精加工，在腹板2厚度方向留余量2mm，筋条1和缘条3单面留余量2mm；进行第三次半精加工，在腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面均留余量1mm；最后将零件加工到指定尺寸即可。

实施例7：

本实施例是的上述实施例1的基础上，进行修改，铣削时在腹板2厚度方向留6.5mm余量，筋条1和缘条3单面留有6mm余量；然后进行第一次半精加工，铣削时在腹板2厚度方向留2.5mm余量，而筋条1和缘条3单面留余量2.5mm；进行第二次半精加工，在腹板2厚度方向留余量2mm，筋条1和缘条3单面留余量2mm；进行第三次半精加工，在腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面均留余量1mm；最后将零件加工到指定尺寸即可。

实施例8：

本实施例是的上述实施例1的基础上，进行修改，铣削时在腹板2厚度方向留6.5mm余量，筋条1和缘条3单面留有6mm余量；然后进行第一次半精加工，铣削时在腹板2厚度方向留3mm余量，而筋条1和缘条3单面留余量3mm；进行第二次半精加工，在腹板2厚度方向留余量1.5mm，筋条1和缘条3单面留余量1.5mm；进行第三次半精加工，在腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面均留余量1mm；最后将零件加工到指定尺寸即可。

实施例9：

本实施例是的上述实施例1的基础上，进行修改，铣削时在腹板2厚度方向留6.5mm余量，筋条1和缘条3单面留有6mm余量；然后进行第一次半精加工，铣削时在腹板2厚度方向留3mm余量，而筋条1和缘条3单面留余量3mm；进行第二次半精加工，在腹板2厚度方向留余量2mm，筋条1和缘条3单面留余量2mm；进行第三次半精加工，在腹板2厚度方向、筋条1和缘条3单面均留余量0.5mm；最后将零件加工到指定尺寸即可。

现在进行对比试验，总共分为9个实验组，均对应本发明中实施例1-9的制造方法进行制造，每组包括20个样本，均加工到相同尺寸指标，通过检测其成品率进行判断，并按照实施例中所述的检测方法，对每次加工均进行精度检测。具体的试验结果如下表：

值得说明的是，实验组1中损坏件是因为人工操作失误，在检测时将一个样品的腹板2击穿，导致该样品损坏。故采用实施例1的方法进行钛合金单面框零件制造成品率较高，能够克服现有技术中多次铣削造成薄壁零件损坏率较高的问题，特别是单面框结构，能够有较大的真空吸附面积，通过真空夹具能够提供较好的夹持力，且不会对零件造成损坏。而实验组2是采用实施例2的方法，没有分多次制造，直接一次成型，导致成品率较低，基本上无法加工到目标值。而实验组3-5与实验组1相比，均减少了加工步骤，导致成品率不高。而实验组6-9是对应实施例6-9的结果，这些实验组均采用5次加工成型，但每组均在不同的阶段将留余量值减小，因为余量值的设定影响这加工精度和结构强度，一旦有一次减少，就会影响其结构强度，使得本次或下次加工时零件直接损坏或产生形变。综上所述，采用实施例1中的制造方法，能够有效提高钛合金单面框零件的加工精度和成品率。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1.在铣削机床上安装真空夹具的模块，并准备好真空吸附铣削的设备；

S2.将钛合金材质的单面框零件原材料放置在真空夹具的真空吸盘上，并将原材料定位装夹；

S3.打开真空发生器将原材料吸附在真空夹具表面，并利用铣削机床进行多次铣削；

S4.铣削完成后关闭真空发生器，并将单面框零件成品上的机床油擦拭干净，并进行精度检测。

2.根据权利要求1所述的一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：所述步骤S2中的单面框零件原材料包括腹板(2)和垂直于腹板(2)表面并沿腹板(2)边沿设置的缘条(3)，在设有缘条(3)一侧的腹板(2)表面上还设有筋条(1)。

3.根据权利要求2所述的一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：所述步骤S3的铣削的具体步骤如下：

S3.1.进行粗加工，铣削时在腹板(2)厚度方向留6-8mm余量，筋条(1)和缘条(3)单面留有6-7mm余量；

S3.2.进行第一次半精加工，铣削时在腹板(2)厚度方向留3-4mm余量，而筋条(1)和缘条(3)单面留余量3-3.5mm；

S3.3.进行第二次半精加工，在腹板厚(2)度方向留余量2-3mm，筋条(1)和缘条(3)单面留余量2-2.5mm；

S3.4.进行第三次半精加工，在腹板(2)厚度方向、筋条(1)和缘条(3)单面均留余量1-1.5mm；

S3.5.最后将零件加工到指定尺寸即可。

4.根据权利要求3所述的一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：所述步骤S3的铣削作业时，单次加工完成后便使用数显游标卡尺进行精度检测，并同时检查真空夹具的真空吸附状态。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：所述真空夹具包括相互连接的真空发生器和真空吸盘，所述真空发生器与真空吸盘之间还设有真空压力表，通过真空压力表进行真空状态检测。

6.根据权利要求5所述的一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：所述步骤S2中在将单面框零件放置在真空夹具的真空吸盘上时，先在真空吸盘的表面覆盖一层合成橡胶材质的调整垫片，并在调整垫片上开口与真空吸盘相对应的导气孔；再将单面框零件放置在真空吸盘上。

7.根据权利要求5所述的一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：所述真空发生器的排气口上设有树脂消声器。

8.根据权利要求5所述的一种钛合金薄壁单面框类零件真空吸附数控加工方法，其特征在于：所述真空发生器与真空吸盘之间还设有抽吸过滤器。