CN108746782B - 一种高精度悬空腹板的铣削方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高精度悬空腹板的铣削方法，用于大尺寸悬空腹板结构的高效稳定铣削加工，分为粗铣零件光面，留工艺余量；粗铣框面，留工艺余量，并且根据结构特征留有若干工艺凸台，以增加零件结构刚性；无应力压紧框面，修定位基准面，防止因零件变形导致加工误差；半精铣光面腹板，留小余量；使用小直径刀具小切削用量、来回走刀的方式精加工光面腹板到位，防止切削用量大导致让刀变形，以及轨迹变化机床加减速导致的零件表面质量变差，有效地提高了大尺寸悬空腹板结构铣削加工稳定性，提升了零件加工效率和表面质量完整性，减少了钳工的返工打磨。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域，特别是悬空腹板的铣削加工技术。
背景技术
随着航空技术的发展，现代飞机机动性能、飞行性能、寿命和低制造成本等性能指标不断提高，航空结构件已逐渐向大型化、整体化、薄壁化等方向发展。以飞机中机身侧下梁为例，该类零件已逐渐采用整体设计，相比于传统数个短梁铆接而成的工艺，新型设计具备整体性强、可靠性高、质量轻、变形小等特点。该侧梁类零件尺寸较大，呈双面结构，其中一侧为光面结构（图1所示），另一侧为框面结构（图2所示），在加工光面的过程中，由于背面框格间隔较大，零件整体刚性较差，加工振动大，从而导致零件光面腹板表面质量较差，甚至产生零件尺寸超差报废，无法满足航空结构件日益提升的高精度、高质量、低成本的加工要求。
目前，为实现大光面悬空腹板结构的稳定加工，加工工艺多采用增加工艺余量的方式，即分别在光面、框面增加一定的工艺余量，使用大直径刀具轴向不分层，一刀到位的加工方式。但是该加工方法存在以下问题：
§加工效率低、变形大：为保证零件刚性，分别在双面增加工艺余量，光面余量为4mm，框面余量≥6mm，增加了精加工材料的去除量，降低了加工效率；同时由于精加工轴向切深增加，材料去除量大，切削力增加，导致零件变形增大；
§表面质量差：走刀轨迹如图3所示，采用中间下刀、从内向外的螺旋走刀方式，由于下刀点在腹板中心，下刀时对腹板产生一定的冲击，容易形成加工振纹；程序轨迹呈多边形结构，刀具在多边形顶点附近存在大量的加速、减速，切削速度变化时切削力不断变化，引起零件变形量不断减少、增加，容易形成加工台阶。
由于存在效率低、变形大以及表面质量差等问题，现有工艺方案已经无法满足当前加工需求，亟需高效、优质的工艺方法来提高大尺寸光面腹板加工过程的稳定性，从而保证零件加工质量。
发明内容
针对现有大尺寸悬空腹板存在效率低、变形大以及表面质量差等问题，本发明提出了一种适用于光面悬空腹板的高效、高质的数控加工方法。
本发明提供的一种高精度悬空腹板的铣削方法，采用以下技术方案：
一种高精度悬空腹板结构铣削方法，步骤为：粗铣光面,粗铣框面，无应力修基准，半精铣光面腹板，精铣光面腹板，粗铣框面支撑工艺凸台，精铣框面。
所述粗铣光面时使用的铣刀直径≥30mm，并留有工艺余量3~4mm。
所述粗铣框面时，在框面槽腔中心设置支撑工艺凸台，所述支撑工艺凸台高度与定位筋缘条高度相同，零件框面其余结构留有工艺余量3~4mm。
所述无应力修基准时，零件光面朝下，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削加工定位筋缘条和支撑工艺凸台顶面，形成定位基准面。
所述半精铣光面腹板时，铣削去除腹板部分工艺余量，留有工艺余量0.3~0.5mm。
所述精铣光面腹板时，使用直径D的立铣刀，采用来回走刀的方式加工，切削方向沿零件长度方向或者纤维方向，下刀点、变向点及加减速点均设置在零件结构以外，轴向不分层，径向切宽ae=(1/3~1/2)D；
所述粗铣框面工艺凸台，使用直径≥30mm铣刀去除框面槽腔中心的支撑工艺凸台，腹板面留有工艺余量3~4mm；
所述支撑工艺凸台为矩形，支撑工艺凸台的长宽形状尺寸为L3=45~50mm、L4=30~35mm；支撑工艺凸台的位置尺寸L5=（L1-L3）/2，L6=（L2-L4）/2，L1和L2分别为槽腔长度和宽度。
所述立铣刀刀具直径≤20mm。
现有技术中，加工方案增加了框面腹板余量，但是未从根本上解决刚性差的问题，同时还降低了框面腹板的加工效率。现有技术方案采用大直径刀具大余量、低进给的加工方式，加工过程中切削力较大，容易引起加工震动，影响光面腹板的表面质量。
本发明一种高精度悬空腹板结构铣削方法，采用小直径刀具小余量、高进给的加工方式，减少切削余量，降低切削力，精加工策略效率高；本发明采用的来回走刀加工轨迹，适合于大尺寸光面腹板，来回走刀下刀点一般选取在零件外部，变向点及加减速点均设置在零件外部，保证刀具与材料之间的均匀切削与受力；切削方向一般沿毛坯长度方向或者纤维方向，减少变向减速，提高了加工效率。
附图说明
图1是侧梁类零件光面结构示意图。
图2是侧梁类零件框面结构示意图。
图3是光面腹板螺旋铣削走刀轨迹示意图。
图4是框面支撑工艺凸台示意图。
图5是框面支撑工艺凸台位置尺寸示意图。
图6是加工余量示意图。
图7是光面来回铣削走刀示意图。
图中，1、框面槽腔；2、支撑工艺凸台；3、框面腹板工艺余量；4、光面腹板工艺余量；5、来回走刀加工轨迹。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明专利并不限于以下实例。
实施例1
本发明的一种高精度悬空腹板的铣削方法，第一步：粗铣零件光面，留有工艺余量3~4mm，使用铣刀直径≥30mm。
第二步：粗铣零件框面，在框面槽腔1中心设置支撑工艺凸台2，支撑工艺凸台2高度与定位筋缘条高度相同，零件框面其余结构留有工艺余量3~4mm。
第三步：无应力修基准，零件光面朝下，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削加工定位筋缘条和支撑工艺凸台2顶面，形成定位基准面。
第四步：半精铣光面腹板，铣削去除腹板部分工艺余量。
第五步：精铣光面腹板到位。
第六步：粗铣框面支撑工艺凸台2，使用直径≥30mm铣刀去除框面槽腔中心的支撑工艺凸台2，腹板面留有工艺余量3~4mm。
第七步：精铣零件框面结构尺寸到位。
其中，粗铣零件框面时，支撑工艺凸台2设置如下所示：
大尺寸光面腹板结构尺寸较大，一般长度≥1500mm，宽度≥500mm。由于其框面槽腔间隔较大，相邻筋条之间的间距L 1≥200mm，L 2≥150mm，且不参与定位，因此零件整体刚性较差。本发明采用在框面槽腔中心设置矩形支撑工艺凸台2的方式，工艺凸台尺寸及位置L 3=45~50mm，L 4=30~35mm，L 5=（L 1-L 3）/2，L 6=（L 2-L 4）/2,高度方向保证支撑工艺凸台2参与定位，支撑工艺凸台2位置见附图4所示，支撑工艺凸台2结构及尺寸见附图5所示。
精加工光面腹板时，切削工艺余量及刀具设置如下所示：
本发明提出了一种高效的精加工策略，即小直径刀具小余量、高进给的加工方式，从而减少切削余量，降低切削力。使用D20的整体硬质合金多齿刀具精铣光面腹板到位，加工余量△1=0.3~0.5mm，每齿进给量f z =0.2mm/r，框面余量△2=3~4mm，见附图6所示。
精加工光面腹板时走刀方式设置如下所示：
本发明还提出了一种适合于大尺寸光面腹板的来回走刀加工轨迹5，即小余量来回走刀加工轨迹5。来回走刀下刀点一般选取在零件外部，变向点及加减速点均设置在零件外部，保证刀具与材料之间的均匀切削与受力。切削方向一般沿毛坯长度方向或者纤维方向，减少变向减速，提高加工效率。来回走刀方式的切宽a e =(1/3~1/2）D，D为刀具直径，如附图7所示。
实施例2
本发明提出了适合于大尺寸高精度悬空腹板加工的支撑工艺凸台2设置方法，数控加工过程分为粗铣光面、粗铣框面、无应力修基准、半精铣光面腹板、精铣光面腹板、粗铣框面工艺凸台、精铣框面等阶段，具体实施内容及注意事项如下：
1）粗铣光面
留有工艺余量3~4mm，加工刀具D≥32。
2）粗铣框面
留有支撑工艺凸台2和工艺余量3，零件翻面后，支撑工艺凸台2参与定位，框面加工效果如附图4所示。根据大尺寸悬空腹板的尺寸大及弱刚性结构特点，为提高加工效率及质量，减少切削时间，本发明采用了减少光面加工余量，在框面增加支撑工艺凸台2的方法。在框面槽腔1中心设置矩形支撑工艺凸台2的方式，工艺凸台尺寸及位置L 3=45~50mm，L 4=30~35mm，L 5=（L 1-L 3）/2，L 6=（L 2-L 4）/2, 支撑工艺凸台2在高度方向参与定位，支撑工艺凸台2位置见附图4所示，见附图5所示。框面其余结构留有工艺余量3，其厚度△2=3~4mm。
3）无应力压紧框面，修定位基准面
零件光面朝下，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削加工定位筋缘条和支撑工艺凸台2顶面，形成定位基准面。
4）半精铣光面腹板
留有工艺余量4，其厚度△1=0.3~0.5mm，见附图6所示。
5）精铣光面腹板到位
精加工光面腹板时，采用D20整体硬质合金多齿刀具进行小余量加工，采用来回走刀加工轨迹5，每齿进给量f z =0.2mm/r，轴向不分层。下刀点、变向点及加减速点均设置零件范围外，可有效减少刀具对弱刚性结构的冲击，保证稳定切削。切削方向一般沿毛坯长度方向或者纤维方向，轴向切深a p =△1, 径向切宽a e =(1/3~1/2)D。
6）粗铣框面支撑工艺凸台2。
7）精铣框面所有结构到位。
Claims (5)
1.一种高精度悬空腹板结构铣削方法，步骤为：粗铣光面,粗铣框面，无应力修基准，半精铣光面腹板，精铣光面腹板，粗铣框面支撑工艺凸台，精铣框面；
所述粗铣框面时，在框面槽腔中心设置支撑工艺凸台，所述支撑工艺凸台高度与定位筋缘条高度相同，零件框面其余结构留有工艺余量3~4mm；
所述无应力修基准时，零件光面朝下，使用垫片垫实因零件变形产生的间隙，然后压紧零件，铣削加工定位筋缘条和支撑工艺凸台顶面，形成定位基准面；
所述精铣光面腹板时，使用直径D的立铣刀，采用来回走刀的方式加工，切削方向沿零件长度方向或者纤维方向，下刀点、变向点及加减速点均设置在零件结构以外，轴向不分层，径向切宽ae=(1/3~1/2)D；
所述支撑工艺凸台为矩形，支撑工艺凸台的长宽形状尺寸为L3=45~50mm、L4=30~35mm；支撑工艺凸台的位置尺寸L5=（L1-L3）/2，L6=（L2-L4）/2，L1和L2分别为槽腔长度和宽度。
2.根据权利要求1所述一种高精度悬空腹板结构铣削方法，其特征在于，所述粗铣光面时使用的铣刀直径≥30mm，并留有工艺余量3~4mm。
3.根据权利要求1所述一种高精度悬空腹板结构铣削方法，其特征在于，所述半精铣光面腹板时，铣削去除腹板部分工艺余量，留有工艺余量0.3~0.5mm。
4.根据权利要求1所述一种高精度悬空腹板结构铣削方法，其特征在于，所述粗铣框面支撑工艺凸台，使用直径≥30mm铣刀去除框面槽腔中心的支撑工艺凸台，腹板面留有工艺余量3 ~4mm；精铣零件框面结构尺寸到位。
5.根据权利要求1所述一种高精度悬空腹板结构铣削方法，其特征在于，所述立铣刀刀具直径≤20mm。
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