CN109604725B - 一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，属于金属加工切削技术领域，对具有多槽腔的零件所有槽腔进行分类，同一类的槽腔没有相邻的筋条；然后对每一类的所有槽腔的内形面与腹板交线长度的总和进行计算，总长度最长的那一类槽腔的粗加工设置为较小的径向余量，其他类槽腔的粗加工设置为较大的径向余量；总长度最长的那一类槽腔的精加工设置为较小的轴向切深，其他类槽腔的精加工设置为较大的轴向切深。本发明能够通过有效的分类并进行对应的参数设置的粗加工、精加工，相较于传统加工方法，使得精加工时间大幅缩短，提高了加工质量和加工效率。
Description
技术领域
本发明涉及金属切削加工技术领域，具体的说，是一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法。
背景技术
切削加工，用切削工具(包括刀具、磨具和磨料)把坯料或工件上多余的材料层切去成为切屑，使工件获得规定的几何形状、尺寸和表面质量的加工方法。金属材料的切削加工有许多分类方法。常见的有以下3种：
按工艺特征区分：切削加工的工艺特征决定于切削工具的结构以及切削工具与工件的相对运动形式。按工艺特征，切削加工一般可分为：车削、铣削、钻削、镗削、铰削、刨削、插削、拉削、锯切、磨削、研磨、珩磨、超精加工、抛光、齿轮加工、蜗轮加工、螺纹加工、超精密加工、钳工和刮削等。
按材料去除率和加工精度分：可分为：①粗加工：用大的切削深度，经一次或少数几次走刀从工件上切去大部分或全部加工余量，如粗车、粗刨、粗铣、钻削和锯切等，粗加工加工效率高而加工精度较低，一般用作预先加工，有时也可作最终加工。②半精加工：一般作为粗加工与精加工之间的中间工序，但对工件上精度和表面粗糙度要求不高的部位，也可以作为最终加工。③精加工：用精细切削的方式使加工表面达到较高的精度和表面质量，如精车、精刨、精铰、精磨等。精加工一般是最终加工。④精整加工：在精加工后进行，其目的是为了获得更小的表面粗糙度，并稍微提高精度。精整加工的加工余量小，如珩磨、研磨、超精磨削和超精加工等。⑤修饰加工：目的是为了减小表面粗糙度，以提高防蚀、防尘性能和改善外观,而并不要求提高精度,如抛光、砂光等。⑥超精密加工：航天、激光、电子、核能等尖端技术领域中需要某些特别精密的零件，其精度高达IT4以上，表面粗糙度不大于 Ra0.01微米。这就需要采取特殊措施进行超精密加工，如镜面车削、镜面磨削、软磨粒机械化学抛光等。
按表面形成方法区分：切削加工时，工件的已加工表面是依靠切削工具和工件作相对运动来获得的。按表面形成方法，切削加工可分为 3类。①刀尖轨迹法：依靠刀尖相对于工件表面的运动轨迹来获得工件所要求的表面几何形状，如车削外圆、刨削平面、磨削外圆、用靠模车削成形面等。刀尖的运动轨迹取决于机床所提供的切削工具与工件的相对运动。②成形刀具法：简称成形法，用与工件的最终表面轮廓相匹配的成形刀具或成形砂轮等加工出成形面。此时机床的部分成形运动被刀刃的几何形状所代替，如成形车削、成形铣削和成形磨削等。由于成形刀具的制造比较困难,机床-夹具-工件-刀具所形成的工艺系统所能承受的切削力有限，成形法一般只用于加工短的成形面。③展成法：又称滚切法，加工时切削工具与工件作相对展成运动，刀具（或砂轮）和工件的瞬心线相互作纯滚动，两者之间保持确定的速比关系，所获得加工表面就是刀刃在这种运动中的包络面。齿轮加工中的滚齿、插齿、剃齿、珩齿和磨齿（不包括成形磨齿）等均属展成法加工。
在金属切削加工领域，尤其是航空结构件切削加工领域，薄壁多槽腔是一种非常典型的零件结构。该类零件价值高、材料去除率高，且薄壁结构容易引起弹刀拉刀，通常使用保守的加工参数来保证零件的质量，导致该类零件加工时常常为保质量而牺牲效率。
在传统的加工方案中，所有的槽腔均使用相同的粗加工余量和精加工参数，粗加工的余量较大，精加工的每层切深较小，以保证零件加工过程的稳定，但加工效率较低，并且由于轴向分层较多，易在侧面形成接刀台阶，影响表面质量。
如图1所示。如果依次对相邻的槽腔进行精加工，则加工中槽腔的一根筋条相邻已加工槽腔，壁厚较薄，加工刚性较差；另一根筋条相邻未加工槽腔，尚有粗加工余量，壁厚较后，加工刚性较好。为了保证较差一端的稳定性，需要使用保守的切削参数，对刚性好的一端的加工稳定性实际上是一种浪费。
发明内容
本发明的目的在于解决以上技术问题，提供一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，能够通过有效的分类并进行对应的参数设置的粗加工、精加工，相较于传统加工方法，使得精加工时间大幅缩短，提高了加工质量和加工效率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种对具有多槽腔的零件所有槽腔进行分类，对具有多槽腔的零件所有槽腔进行分类，同一类的槽腔没有相邻的筋条；然后对每一类的所有槽腔的内形面与腹板交线长度的总和进行计算，总长度最长的那一类槽腔粗加工的径向余量设置为小于其他类槽腔的径向余量。
为了更好的实现本发明，进一步地，总长度最长的那一类槽腔精加工的轴向切深设置为大于其他类槽腔的轴向切深。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述零件的所有槽腔进行分类的方法采用四色原理进行分类。
为了更好的实现本发明，进一步地，采用四色原理进行分类的种类最多不超过四类。
为了更好的实现本发明，进一步地，粗加工和精加工的进给速度均为7000mm/min。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明通过进行科学化的分类，使具有多槽腔的加工零件所有槽腔分成多个种类后，同一类槽腔没有相邻筋条，并对每一类的所有槽腔的内形面与腹板交线长度的总和分别进行计算，总长度最大与其它种类槽腔通过进行不同参数的粗加工、精加工，既使得精加工时间大幅缩短，也使得整个加工过程时间缩短，提高了加工效率。
（2）本发明通过对总长度的那一类槽腔进行较小径向余量的粗加工和较大轴向切深的精加工，能够使得精加工轴向分层少，减少因分层产生的接刀不平，提高了表面质量。
附图说明
图1为本发明传统加工方式的刚性分析图。
图2为本发明按照本方法加工的铝合金测试零件分类示意图。
具体实施方式
结合附图1和图2所示，一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，其特征在于：对具有多槽腔的零件所有槽腔进行分类，同一类的槽腔没有相邻的筋条；然后对每一类的所有槽腔的内形面与腹板交线长度的总和进行计算，总长度最长的那一类槽腔的粗加工设置为较小的径向余量，其他类槽腔的粗加工设置为较大的径向余量。
进一步的，作为不同实施例的优选，总长度最长的那一类槽腔的精加工设置为较大的轴向切深，其他类槽腔的精加工设置为较小的轴向切深。
进一步的，作为不同实施例的优选，所述零件的所有槽腔进行分类的方法采用四色原理进行分类。
四色定理，又称四色猜想、四色问题，是 世界三大数学猜想之一。四色定理的本质正是二维平面的固有属性，即平面内不可出现交叉而没有公共点的两条直线。很多人证明了二维平面内无法构造五个或五个以上两两相连区域；用数学语言表示即“将平面任意地细分为不相重叠的区域，每一个区域总可以用1、2、3、4这四个数字之一来标记而不会使相邻的两个区域得到相同的数字。”这里所指的相邻区域是指有一整段边界是公共的。
进一步的，作为不同实施例的优选，采用四色原理进行分类的种类最多不超过四类。
进一步的，作为不同实施例的优选，粗加工和精加工的进给速度均为7000mm/min。
以一项具体零件作为实施例，如图2所示，一项双面框结构的铝合金测试零件，椭圆长轴1m，每面缘条高38mm，将该测试零件进行分类，分别标记为A、B、C、D四类。
经计算，A类槽腔和B类槽腔的内形面与腹板交线长度总和均为23720.87mm。
选择A类槽腔使用小粗加工余量0.3mm，大精加工切深20mm，进给速度7000mm/min的参数进行加工。
则按照本发明所公开的方法进行加工，A类槽腔的精加工共需要理论时间为：
23720.87mm×[38/20]÷7000mm/min=6.8min。
如果使用传统方案对A类槽腔进行加工，参数为：大粗加工余量3mm，小精加工切深3mm，进给速度7000mm/min。
则按照传统方法进行加工，A类槽腔的精加工共需要理论时间为：
23720.87mm×[38/3]÷7000mm/min=44.1min。
对比传统方案，本发明所述方法可节约理论精加工时间37.3min。
由于实际加工中，存在大量加减速、转向，进给速度无法保持7000mm/min，因此实际节约时间比理论更多，在实际试验用，使用本发明所述方法，大约可以节约1.5小时，使精加工时间减少约40%，并且粗加工时间，零件质量基本不受影响。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，其特征在于：对具有多槽腔的零件所有槽腔进行分类，同一类的槽腔没有相邻的筋条；然后对每一类的所有槽腔的内形面与腹板交线长度的总和进行计算，总长度最长的那一类槽腔粗加工的径向余量设置为小于其他类槽腔的径向余量。
2.根据权利要求1所述的一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，其特征在于：总长度最长的那一类槽腔精加工的轴向切深设置为大于其他类槽腔的轴向切深。
3.根据权利要求2所述的一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，其特征在于：所述零件的所有槽腔进行分类的方法采用四色原理进行分类。
4.根据权利要求3所述的一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，其特征在于：采用四色原理进行分类的种类最多不超过四类。
5.根据权利要求2所述的一种薄壁多槽腔零件内形高效切削加工方法，其特征在于：粗加工和精加工的进给速度均为7000mm/min。
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