CN109454406A - 一种带内网格的筒状壁板数控加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种带内网格的筒状壁板数控加工方法：(1)、将单块壁板毛坯轧制成多块平板；每块平板的高度等于筒状壁板高度；(2)、根据筒状壁板的直径大小，沿平板长度方向，将各平板弯曲成弧形壁板；(3)、根据内网格的尺寸及精度要求，为弧形壁板铣出内网格；(4)、将铣出内网格后的各弧形壁板焊接成筒状。本发明采用壁板先滚弯后机械铣网格的加工技术，代替传统的化铣、平板机械铣网格后滚弯技术，以实现超大直径内网格厚壁板先滚弯成形后机械铣削的加工制造，满足型号研制需求，还可以应用于现有型号内网格壁板数控加工中，能够提高壁板加工精度和加工质量。

Description

一种带内网格的筒状壁板数控加工方法

技术领域

本发明涉及一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，具体涉及运载火箭筒段壁板加工所需工艺方法，即内网格整体壁板采用先滚弯后机械加工工艺方法。

背景技术

运载贮箱是运载火箭的主要组成部分，约占运载火箭全长的2/3，而贮箱带网格筒段又是贮箱的重要组成部分，结构有均匀网格和非均匀网格，其生产效率和精度的高低直接影响整个贮箱的研制周期及精度。

我国现役批产运载火箭的整体壁板制造主要采用“平板滚弯”—“化铣”的加工方案，目前新型号运载火箭整体壁板制造主要采用“平板机械铣”—“滚弯”的加工方案。此外也存在“平板滚弯”—“焊接成筒”—“整体机械铣网格”的加工方案。这三种加工方案存在各自的问题，具体如下：

(1)传统化铣方案：

工艺方法：平板滚弯——化铣网格——焊接成筒。传统的网格化铣工艺方法，化铣工艺方法为化学腐蚀方法，精度比较低，无法满足整体壁板精度需求、无法满足火箭减重需求、无法满足绿色制造需求等问题。

(2)平板机械铣网格壁板方案：

工艺方法：平板铣加工网格——滚弯成型——焊接成筒。平板数铣网格壁板虽然解决了减重及无污染等问题，但网格壁板滚弯成型精度低、弯曲成型过程中容易断裂。

(3)筒段整体数控铣削方案：

工艺方法：平板滚弯——焊接成筒——整体机械铣网格。筒段整体数控铣削既能解决了减重、无污染等问题，又能提高筒段加工效率，但是筒段整体数控铣削需要定制专用数控加工机床，专设专用。9m级贮箱筒段尺寸超大，所需专用设备尺寸大、成本高，代价昂贵。

上述加工方案无法同时满足超大直径贮箱筒段的减重需求、绿色制造需求以及高精度、低成本的加工要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，应用于现有型号内网格壁板数控加工中，能够提高壁板加工精度和加工质量。

本发明的技术解决方案是：一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，该方法包括如下步骤：

(1)、将单块壁板毛坯轧制成多块平板；每块平板的高度等于筒状壁板高度；

(2)、根据筒状壁板的直径大小，沿平板长度方向，将各平板弯曲成弧形壁板；

(3)、根据内网格的尺寸及精度要求，为弧形壁板铣出内网格；

(4)、将铣出内网格后的各弧形壁板焊接成筒状。

所述步骤(3)采用机械铣加工的方法为弧形壁板铣出内网格。

所述机械铣加工方法的具体步骤如下：

(3.1)、将滚弯壁板与工装贴合，采用真空吸盘吸紧壁板，进入粗铣阶段；

(3.2)、在粗铣阶段，根据粗铣加工程序，每次铣削深度5～6mm，网格筋条宽度单边留1～2mm余量，重复多次，当铣削深度达到预设的总铣削深度80％时，进入半精铣阶段；

(3.3)、在半精铣阶段，根据半精铣加工程序，每次铣削深度2～3mm，网格筋条宽度单边留1～2mm余量，重复多次，当铣削深度达到预设的总铣削深度90％时，进入精铣阶段；

(3.4)、在精铣阶段，根据精铣加工程序，每次铣削深度0.5～1mm，重复多次，直到内网格剩余壁厚达到目标剩余壁厚，网格筋条宽度满足预设要求。

在步骤(3.3)和(3.4)之间增加如下步骤：

(a)、采用超声测厚仪测量每个网格的剩余壁厚；

(b)、将每个网格的实际剩余壁厚与理论剩余壁厚进行比较，得到剩余壁厚误差值，根据剩余壁厚误差值，按目标剩余壁厚生成补偿加工程序，并将补偿加工程序作为精铣加工程序。

所述步骤(a)提取每个内网格加工程序的进刀点作为该内网格剩余壁厚的测量点。

在粗铣阶段，铣刀采用从中心向四周环向扩散的方式铣削内网格。

在半精铣阶段和精铣阶段，铣刀沿弧形壁板母线方向，采用行切排序方式，一列一列铣削内网格。

步骤(3.2)、(3.3)和(3.4)中采用Φ20的铣刀铣削网格，铣刀的主轴转速为3000～3500r/min，进给速度为1200～1600mm/min。

所述步骤(2)弧形壁板形面精度误差小于2mm。

本发明的筒状壁板数控加工方法应用于直径大于等于9m的运载火箭筒段。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明采用先滚弯后铣削的加工方法，提高了壁板的成型精度，降低了滚弯的技术难度，避免了平板铣后弯曲成型过程中易断裂问题；

(2)、本发明采用机械铣削的方法铣削内网格，相比化铣加工技术，机械铣加工金属材料去除率高、加工精度高，机械减薄后的壁板重量大大减小，有利于箭体的整体减重；

(3)、本发明适用于超大直径内网格厚壁板机械铣削，无需定制专用数控加工设备，设备通用性强，研制周期短，降低了制造成本；

(4)、本发明粗铣阶段，采用从中心向四周环向扩散的方式，能够使应力得到均匀的释放。

(5)、本发明在半精铣阶段和精铣阶段，铣刀沿弧形壁板母线方向，采用行切排序方式，一列一列铣削内网格，能够较好的保证母线直线度和圆度。

(6)、本发明超大直径内网格厚壁板机械铣薄过程中，采用超声波测厚自动补偿铣削加工，内网格剩余壁板加工精度较高。

附图说明

图1为本发明一种带内网格的筒状壁板数控加工方法流程图；

图2为本发明实施例超大直径内网格厚壁板结构示意图；

图3为本发明实施例Ф9500mm贮箱筒段结构示意图；

图4为本发明实施例壁板滚弯后示意图；

图5为本发明实施例内网格数控铣削工艺流程；

图6为本发明实施例内网格数控加工程序关系图。

具体实施方式

本发明提供了一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，尤其是一种超大直径内网格厚壁板数控加工工艺方法，采用先滚弯后机械铣的数控加工方法，能够实现整体壁板成型后机械铣减薄的需求，是运载火箭整体壁板理想的制造方法。技术路线如图1所示。

下面以Ф10m9m级贮箱筒段的单件壁板为实施例对本发明进行阐述，每个贮箱筒段由六件壁板焊接而成，壁板高度2050mm，单件弧长5000mm，内网格剩余厚度9mm，筋条厚度45mm，具体结构见图2和图3。

本发明提供的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，分为以下四步：

(1)、将单块壁板毛坯轧制成多块平板；每块平板的高度等于筒状壁板高度；为了保证，保证壁板厚度同板差不大于0.25mm。

(2)、根据筒状壁板的直径大小，沿平板长度方向，采用滚床滚制的方法将各平板弯曲成弧形壁板；本实施例中，滚弯成形壁板尺寸约为5200mm×2200mm×45mm，重约2000Kg，外弧面形面精度误差小于2mm，Φ10m9m级贮箱筒段尺寸超大，壁板的内表面面积10.17m²，具体结构见图4。

(3)、根据内网格的尺寸及精度要求，为弧形壁板铣出内网格；

相比化铣加工技术，机械铣加工金属材料去除率高、加工精度高，机械减薄后的壁板重量大大减小，有利于箭体的整体减重，因此，本发明采用机械铣加工的方法为弧形壁板铣出内网格。

如图5所示，机械铣内网格具体工艺流程为：

(3.1)、将滚弯壁板与工装贴合，采用真空吸盘吸紧壁板，保证毛坯与工装的贴合间隙为0～0.8mm，之后，进入粗铣阶段；

(3.2)、在粗铣阶段，根据粗铣加工程序，铣刀采用从中心向四周环向扩散的方式，依次铣削内网格，能够使应力得到均匀的释放。每次铣削深度5～6mm，网格筋条宽度单边留1～2mm余量，重复多次，当铣削深度达到预设的总铣削深度80％时，进入半精铣阶段；

(3.3)、在半精铣阶段，根据半精铣加工程序，铣刀沿弧形壁板母线方向，采用行切排序方式，一列一列铣削内网格，能够较好的保证母线直线度和圆度。

每次铣削深度2～3mm，网格筋条宽度单边留1～2mm余量，重复多次，当铣削深度达到预设的总铣削深度90％时，进入精铣阶段；

(3.4)、在精铣阶段，根据精铣加工程序，铣刀沿弧形壁板母线方向，采用行切排序方式，一列一列铣削内网格，每次铣削深度0.5～1mm，重复多次，直到内网格剩余壁厚达到目标剩余壁厚，网格筋条宽度满足预设要求。

上述步骤(3.2)～(3.4)中，采用Φ20的铣刀铣削网格，铣刀的主轴转速为3000～3500r/min，进给速度为1200～1600mm/min。

为了进一步提高内网格剩余壁板加工精度，可以在步骤(3.3)和(3.4)之间增加如图6所示的步骤：

(a)、采用超声测厚仪测量每个网格的剩余壁厚；

该步骤中，提取每个内网格加工程序的进刀点作为该内网格剩余壁厚的测量点。

(b)、将每个网格的实际剩余壁厚与理论剩余壁厚进行比较，得到剩余壁厚误差值，根据剩余壁厚误差值，按目标剩余壁厚生成补偿加工程序，并将补偿加工程序作为精铣加工程序。

本实施例中，使滚弯壁板外表面与胎具完全贴合后，采用五轴龙门铣机床，分层铣加工壁板网格至剩余厚度9mm，通过数控铣加工程序输出超声波测量程序，在线超声波测量网格剩余厚度，通过厚度数据采集、反馈、计算，输出厚度补偿数控铣加工程序，如图5所示，执行补偿后的数控铣加工程序直至壁板网格剩余壁厚铣加工到位，网格剩余壁厚精度(0，+0.2)mm，网格筋条宽度精度(0，+0.2)mm。

超大直径内网格厚壁板机械铣，避免了化铣有机胶、化铣溶剂等工业废料、废液的产生，减少了工业废液排放，降低了环境压力，实现了绿色制造；同时，对于超大直径内网格厚壁板机械铣，无需定制专用数控加工设备，设备通用性强，研制周期短，降低了制造成本。

(4)、将铣出内网格后的各弧形壁板焊接成筒状。

由上可知，本发明先滚弯后机械铣削的加工方案，能够提高壁板的成型精度，降低滚弯的技术难度，避免了平板铣后弯曲成型过程中易断裂问题，能够实现超大直径贮箱筒段的减重和绿色制造需求，同时能提高滚弯成形的精度和网格加工的精度。

本说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (10)

1.一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)、将单块壁板毛坯轧制成多块平板；每块平板的高度等于筒状壁板高度；

(2)、根据筒状壁板的直径大小，沿平板长度方向，将各平板弯曲成弧形壁板；

(3)、根据内网格的尺寸及精度要求，为弧形壁板铣出内网格；

(4)、将铣出内网格后的各弧形壁板焊接成筒状。

2.根据权利要求1所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于所述步骤(3)采用机械铣加工的方法为弧形壁板铣出内网格。

3.根据权利要求2所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于所述机械铣加工方法的具体步骤如下：

(3.1)、将滚弯壁板与工装贴合，采用真空吸盘吸紧壁板，进入粗铣阶段；

(3.2)、在粗铣阶段，根据粗铣加工程序，每次铣削深度5～6mm，网格筋条宽度单边留1～2mm余量，重复多次，当铣削深度达到预设的总铣削深度80％时，进入半精铣阶段；

(3.3)、在半精铣阶段，根据半精铣加工程序，每次铣削深度2～3mm，网格筋条宽度单边留1～2mm余量，重复多次，当铣削深度达到预设的总铣削深度90％时，进入精铣阶段；

(3.4)、在精铣阶段，根据精铣加工程序，每次铣削深度0.5～1mm，重复多次，直到内网格剩余壁厚达到目标剩余壁厚，网格筋条宽度满足预设要求。

4.根据权利要求2所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于在步骤(3.3)和(3.4)之间增加如下步骤：

(a)、采用超声测厚仪测量每个网格的剩余壁厚；

(b)、将每个网格的实际剩余壁厚与理论剩余壁厚进行比较，得到剩余壁厚误差值，根据剩余壁厚误差值，按目标剩余壁厚生成补偿加工程序，并将补偿加工程序作为精铣加工程序。

5.根据权利要求4所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于所述步骤(a)提取每个内网格加工程序的进刀点作为该内网格剩余壁厚的测量点。

6.根据权利要求3所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于在粗铣阶段，铣刀采用从中心向四周环向扩散的方式铣削内网格。

7.根据权利要求3所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于在半精铣阶段和精铣阶段，铣刀沿弧形壁板母线方向，采用行切排序方式，一列一列铣削内网格。

8.根据权利要求3所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于步骤(3.2)、(3.3)和(3.4)中采用Φ20的铣刀铣削网格，铣刀的主轴转速为3000～3500r/min，进给速度为1200～1600mm/min。

9.根据权利要求1所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于所述步骤(2)弧形壁板形面精度误差小于2mm。

10.根据权利要求1所述的一种带内网格的筒状壁板数控加工方法，其特征在于应用于直径大于等于9m的运载火箭筒段。