CN107617771B - 一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械制造加工技术，具体公开了一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法。包括清洁筒段、装夹找正、激光测量变形、粗铣网格下陷和精铣网格下陷。实现了一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，降低加工过程中的变形，提高产品质量。采用从筒段中部向上下两端加工的加工路径，一方面可降低零件加工应力，另一方面可使零件内应力重新分布更加平均，有效降低加工变形。采用补偿方法实现大型铝合金薄壁网格筒段的精确加工，激光补偿方法消除零件理论外形偏差，超声厚度补偿方法实现零件网格厚度精确加工。

Description

一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法

技术领域

本发明属于机械制造加工技术，具体涉及一种铝合金筒段的加工方法。

背景技术

大型铝合金薄壁网格筒段是运载贮箱重要组成产品，它具有尺寸大、壁薄、刚性弱、加工易变形等特点，该类零件直径达到2.5m～3.5m范围，高度1.5m～2.5m,但零件壁厚在2mm～5mm范围，零件直径轮廓尺寸相对截面尺寸大，导致零件刚性弱，加工过程中产生的变形难以控制。如图1所示为大型铝合金薄壁网格筒段，筒段内壁分布有三角形网格，三角形网格之间有加强筋结构。

贮箱是运载火箭重要组成部分，需要承受燃料内压、轴向压力、扭曲抗力以及飞行过程中的过载冲击，使用环境恶劣。它具有薄壁、弱刚性、一次成型无加工余量等特点。传统的贮箱筒段主要采用壁板滚弯、化铣网格、焊接成筒工艺方法。但是此工艺方法存在的如下问题：(1)化学腐蚀速率控制难度大，较易产生过腐蚀或不均匀腐蚀，要么造成壁板局部出现点蚀坑或腐蚀部位偏薄，要么造成壁板腐蚀不到位引起全面超正差，加工精度低，剩余壁厚公差难以控制。(2)传统的化铣工艺必须要求圆角过渡，且过渡圆角R大，造成废重过多，且壁厚均为超正差交付，这样就使贮箱的总体重量大大增加，严重影响壁板重量。不利于箭体减重。(3)化铣工艺会造成大量的废液排放，大量有机胶的使用后带来的对环境危害大的有机物垃圾，能源浪费严重，环境污染压力大。随着运载能力的提升及绿色制造的要求，贮箱薄壁网格筒段整体加工势在必行。

另外大型筒段舱体也是武器上的重要组成部分，以往的大型筒段主要采用蒙皮+桁条铆接的方式组成，但此方式刚性弱，精度差，总体装配困难。随着武器精度要求的提高，大部分筒段舱体都采用整体加工的工艺方案。但大型铝合金薄壁网格筒段具有尺寸大、壁薄、刚性弱等特点，存在控制加工变形的技术难点，采用合理的工艺方法是减小加工变形的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，能够实现大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工。

本发明的技术方案如下：

一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，该方法包括如下步骤：

1)清洁筒段；

2)装夹找正；

3)激光测量变形；

4)粗铣网格下陷，具体包括，

a)加工网格；

网格底面为基准，加工时控制网格底面余量4～5mm，网格侧壁留余量0.5～1mm；

b)激光测量及程序补偿；

利用激光仪测量网格外形圆度值，在三角形网格区域测量七个点的圆度值，计算平均圆度值作为网格外形圆度值x，利用网格外形圆度值，对当前三角形数控程序切削深度方向进行补偿，获得补偿后数控程序，补偿公式为Z＝Z₀-x，Z₀为程序原始加工深度值；

c)对网格筒段进行切削加工；

5)精铣网格下陷，包括

a)激光补偿加工

利用步骤4)中步骤a)的方法补偿加工，利用步骤4)中b)步骤方法进行激光测量与补偿，之后利用步骤4)中c)步骤方法进行网格加工与测量；

b)厚度补偿加工

ⅰ)利用步骤4)中步骤a)的方法补偿加工；

ⅱ)针对步骤5中的步骤a)得到的半精加工网格，测量三角形网格实际剩余壁厚，在三角形网格区域内测量七个点的厚度，确定七个测量点平均厚度值H，作为理论厚度；

ⅲ)确定实际平均厚度值h与理论厚度H的差值t，t＝h-H

对切削量进行补偿，单个切削点处的补偿公式为Z＝Z₀–t，其中Z₀为程序原始加工深度值；

ⅳ)利用步骤4)中c)步骤方法进行网格加工与测量；

重复上述ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ步骤，直到筒段加工完成。

上述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法中：所述步骤4)中的步骤a)的走刀路径由中间向两端进行扩散，先加工筒段中间一圈网格，其次在加工中间向上一圈网格，即沿方向a的一圈网格，其次在加工中间向下一圈网格，再沿方向b的一圈网格，如此循环加工，直至加工完所有网格。

上述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法中：所述步骤4)中的步骤b)和步骤5)中步骤b)中的的测量点的位置为，在三角形的几何中心取一个点，再在三条边上各取两个点。

上述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法中：所述步骤4)中的步骤c)的切削加工，具体为首个网格加工完成后停止加工程序，测量网格厚度与筋宽度值，偏差要求为±0.1mm，如果在偏差范围内继续加工，不在偏差范围内则停止加工。

上述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法中：所述的步骤5)中的步骤a)控制网格底部余量2mm，网格侧壁留余量0.5mm。

上述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法中：所述的步骤5)中的步骤b)控制网格底部余量1mm，网格侧壁留余量0.5mm。

本发明的显著效果如下：实现了一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，降低加工过程中的变形，提高产品质量。

1)采用从筒段中部向上下两端加工的加工路径，一方面可降低零件加工应力，另一方面可使零件内应力重新分布更加平均，有效降低加工变形。

2)采用补偿方法实现大型铝合金薄壁网格筒段的精确加工，激光补偿方法消除零件理论外形偏差，超声厚度补偿方法实现零件网格厚度精确加工。

附图说明

图1为大型铝合金筒段；

图2为零件加工流程图；

图3为筒段固定装夹示意图；

图4为网格数控程序加工路径图；

图5为网格及测量点示意图。

具体实施方式

下面通过附图及具体实施方式对本发明作进一步说明。

由于加工零件为大型薄壁件，在加工过程中工件刚性差，而且随着加工位置的变化，零件刚性也在不断变化。为了保证加工采用下述具体加工步骤，发挥工件自身刚性保证加工质量。具体包括如下步骤：

1)清洁筒段

首先，利用酒精对大型铝合金薄壁网格筒段的内外壁进行清洁，保证内外壁干净，没有粘结物等影响激光测量的附着物；其次，使用防锈液对筒段外表面进行整体防锈处理。

2)装夹找正

将筒段装夹固定，如图3所示为筒段固定装夹示意图，在筒段的上下两端分别采用10～12个夹头均匀分布夹持，要求母线直线度为0～1mm、上下端圆度为0～3mm，以保证超声波测厚的稳定性及筒段整体数控加工的效率和质量。

3)激光测量

对步骤(2)所得的已固定装夹好的筒段进行激光测量，检测筒段的变形情况，包括筒段的母线直线度和上下端圆度。

当测量值超过限定值(母线直线度不大于1mm、上下端圆度不大于3mm)时，要重新调整装夹工装保证装夹状态并用激光进行测量，直至母线直线度与上下端圆度都满足装夹要求。

4)粗铣网格下陷

对筒壁网格进行粗铣；对筒壁网格进行粗铣主要目的是去除大部分余量，释放零件内应力并使零件应力均匀化。

网格底面留余量4～5mm，侧壁留余量0.5～1mm。加工过程中采用激光实时测量，对加工量进行动态补偿。

由于加工零件为大型薄壁件，在加工过程中工件刚性差，而且刚性会根据加工位置的变化而变化，为了保证加工采用下述具体加工步骤，以最大程度发挥工件自身刚性保证加工质量。

a)加工网格

以设计模型网格底面为基准，编制切削加工程序，控制网格底面余量4～5mm，网格侧壁留余量0.5～1mm。走刀路径由中间向两端进行扩散，如图4为网格数控程序加工路径图，即先加工筒段中间一圈网格，图中5所在位置处的网格，其次在加工中间向上一圈网格，即沿方向a的一圈网格，其次在加工中间向下一圈网格，即沿方向b的一圈网格，如此循环加工，直至加工完所有网格。

b)激光测量及程序补偿

利用激光补偿加工消除由于筒段在加工前变形引起的理论误差，利用激光仪测量网格外形圆度值，在三角形网格区域测量七个点的值，测量点的位置如图4所示，在三角形的几何中心取一个点，分别在三条边上取两个点，依次测量圆度值，最后计算平均圆度值，代表三角形区域的外形圆度值，设最终结果为x，利用测得的网格外形圆度值对当前三角形数控程序切削深度方向进行补偿，获得补偿后数控程序，补偿公式为Z＝Z₀-x，Z₀为程序原始加工深度值，x为筒段圆度值。

c)切削加工

对大型铝合金薄壁网格筒段进行加工，首个网格加工完成后停止程序，测量网格厚度与筋宽度值，偏差要求为±0.1mm，如果在偏差范围内继续加工，不在偏差范围内则检查数控程序。

5)精铣网格下陷

a)激光补偿加工

ⅰ)编制数控程序，利用步骤4)中步骤a)的方法编制数控程序，控制网格底部余量2mm，网格侧壁留余量0.5mm。

ⅱ)激光测量及程序补偿，利用步骤4)中b)步骤方法进行激光测量与补偿。

ⅲ)切削加工，利用步骤4)中c)步骤方法进行网格加工与测量。

b)厚度补偿加工

ⅰ)编制数控程序，利用步骤4)中a方法编制数控程序，控制网格底部余量1mm，网格侧壁留余量0.5mm。

ⅱ)网格厚度测量

针对步骤5中的步骤a)得到的半精加工网格，利用超声波厚度测量仪测量零件三角形网格实际剩余壁厚，在三角形网格区域内测量七个点的厚度，测量点的获取方法与4)中b)步骤激光及测量点的获取方法相同，计算获得七个测量点平均厚度值H。

ⅲ)厚度补偿

根据厚度平均值与理论厚度的差值对切削量进行补偿，计算实际平均厚度值与理论厚度的差值t＝h-H，利用t对加工程序进行补偿，单个切削点处的补偿计算公式为Z＝Z₀-t，Z₀为程序原始加工深度值。

ⅳ)切削加工，利用步骤4)中c)步骤方法进行网格加工与测量。

ⅴ)重复上述ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ步骤，完成零件加工。在编制数控程序步骤中，控制网格底部余量为0，网格侧壁留余量为0。

Claims (4)

1.一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

1)清洁筒段；

2)装夹找正；

3)激光测量变形；

4)粗铣网格下陷，具体包括，

a)加工网格；

网格底面为基准，加工时控制网格底面余量4～5mm，网格侧壁留余量0.5～1mm；

b)激光测量及程序补偿；

利用激光仪测量网格外形圆度值，在三角形网格区域测量七个点的圆度值，计算平均圆度值作为网格外形圆度值x，利用网格外形圆度值，对当前三角形数控程序切削深度方向进行补偿，获得补偿后数控程序，补偿公式为Z＝Z₀-x，Z₀为程序原始加工深度值；

c)对网格筒段进行切削加工；

5)精铣网格下陷，包括

a)激光补偿加工

利用步骤4)中步骤a)的方法补偿加工，利用步骤4)中b)步骤方法进行激光测量与补偿，之后利用步骤4)中c)步骤方法进行网格加工与测量；

b)厚度补偿加工

ⅰ)利用步骤4)中步骤a)的方法补偿加工；

ⅱ)针对步骤5中的步骤a)得到的半精加工网格，测量三角形网格实际剩余壁厚，在三角形网格区域内测量七个点的厚度，确定七个测量点平均厚度值H，作为理论厚度；

ⅲ)确定实际平均厚度值h与理论厚度H的差值t，t＝h-H；

对切削量进行补偿，单个切削点处的补偿公式为Z＝Z₀–t，其中Z₀为程序原始加工深度值；

ⅳ)利用步骤4)中c)步骤方法进行网格加工与测量；

重复上述ⅰ、ⅱ、ⅲ、ⅳ步骤，直到筒段加工完成。

2.如权利要求1所述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，其特征在于：所述步骤4)中的步骤a)的走刀路径由中间向两端进行扩散，先加工筒段中间一圈网格，其次在加工中间向上一圈网格，即沿方向a的一圈网格，其次在加工中间向下一圈网格，再沿方向b的一圈网格，如此循环加工，直至加工完所有网格。

3.如权利要求1所述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，其特征在于：所述步骤4)中的步骤b)和步骤5)中步骤b)中的的测量点的位置为，在三角形的几何中心取一个点，再在三条边上各取两个点。

4.如权利要求1所述的一种大型铝合金薄壁网格筒段的低变形加工方法，其特征在于：所述步骤4)中的步骤c)的切削加工，具体为首个网格加工完成后停止加工程序，测量网格厚度与筋宽度值，偏差要求为±0.1mm，如果在偏差范围内继续加工，不在偏差范围内则停止加工。