CN110293252B - 一种闭角结构稳定加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭角结构稳定加工方法，在五自由度加工时先根据闭角结构尺寸计算危险残留宽度l_C，判断是否会产生危险残留；如果会产生危险残留，在危险残留高度h_C之下加工时，刀具进行径向分层，保证刀具的第一刀距离最终加工表面超过h_C·cosψ。本发明公开的一种闭角结构稳定加工方法可有效控制长刀具在加工闭角结构底端的切削量，使切削量既不过大引起加工不稳定，又不过小或空刀过多而降低加工效率，保证了闭角结构在稳定前提下的高效加工。

Description

一种闭角结构稳定加工方法

技术领域

本发明涉及零件闭角结构加工技术领域，具体涉及一种闭角结构稳定加工方法。

背景技术

闭角结构是零件内形面与腹板面夹角小于90°的结构。随着航空结构件制造技术的发展，由于飞机结构件正向着整体化、大型化、理论外形复杂化的方向发展，几乎所有双面零件几乎至少有一面是闭角，很多零件存在局部闭角过大的情况。

闭角结构在数控加工过程中，当闭角结构深度较大时，如果采用先使用立铣刀进行三自由度方式刀具竖直加工，再使用立铣刀五自由度方式刀具摆角加工且不进行径向分层，在加工到闭角结构底端时，会形成“残留包刀”，即刀具被残留完全包裹，形成满刀切削，且两边切削余量不均，是加工稳定性变差，尤其在钛合金加工过程中，这种走刀方式极易产生崩刃，实际零件生产加工过程中，残留可能较小，不易察觉，但即便是很小的“残留包刀”都会产生崩刃。而如果直接进行保守的从闭角结构顶端开始全部径向分层的保守加工方法，会产生大量空刀降低零件的加工效率。

除此之外由于闭角结构自身的特点，常见数控加工立铣刀无论直径多小，均无法完全去除闭角残留，如果使用常规球头刀，则需要球头刀的长径比非常大，刀具刚度很弱，难以加工残留部位。在传统工艺方案中，通常在数控工序使用立铣刀尽量清除残留，然后钳工工序交给钳工打磨制到位，但是比较结构本身空间较为狭小，钳工稍有不稳，刀具便会触碰到零件内形面或腹板面，造成零件质量问题。也有少部分零件使用球头刀清除残留，为规避刀具刚性差打来的质量风险，使用较为保守的参数，使得加工效率很低。另一方面，部分零件设计允许保留闭角残留，但不允许残留处有台阶造成应力集中，如果仅简单清残留仍然需要钳工打磨。

同时刀具随着制造水平的进步，一种新型锥度球头铣刀出现，例如申请号为201510737502.7的一种新型锥度球头刀具。使用此类刀具，可以进一步清除残留，实现闭角残留完全机加去除，不需要钳工打磨。但此类锥度球头铣刀允许的切削量更小，因此需要准确计算残留大小，才能保证稳定切削。

综上，闭角残留始终是制约零件加工效率的一个关键环节，如果能准确计算残留的位置和大小，将闭角残留又快又好地清除，零件的加工效率会有显著提升。

发明内容

本发明针对现有技术，提供了一种能准确计算残留的位置和大小的闭角结构稳定加工方法，该方法可以提高闭角结构的稳定、高效加工。

本发明通过下述技术方案实现：所述一种闭角结构稳定加工方法，先使用立铣刀进行三自由度立铣刀竖直加工闭角结构，包括以下步骤：

S1)在对零件的闭角结构采用五自由度立铣刀加工之前，先根据闭角结构尺寸计算危险残留宽度l_C，其计算公式为：

S2)根据S1)的计算结果，判断是否会产生危险残留：若l_C≤0，不产生危险残留，正常加工；若l_C＞0时，会产生危险残留；

S3)l_C＞0时，计算残留高度h_C，计算公式为：

S4)在l_C＞0时，立铣刀进行径向分层加工，保证立铣刀加工时的第一刀与最终加工表面之间的距离大于h_C·cosψ；

其中：ψ为零件内形面与腹板面夹角、h为零件高度、D为立铣刀直径、r为立铣刀底齿半径。

所述五自由度立铣刀加工零件的闭角结构时，采用立铣刀摆角加工闭角结构的内形面。

在使用五自由度立铣刀加工闭角结构的内形面之前，先使用立铣刀进行三自由度立铣刀竖直加工闭角结构。

进一步地，在加工零件的内形面时，径向分层加工时每层切宽大于0.25mm。

进一步地，零件内形面加工完成后，对零件的腹板进行行切加工时，立铣刀的行切宽度为l_C。

进一步地，如果需要进一步清除端点残留，其端点残留清除步骤S5)为：使用锥度球头铣刀行切加工，端点残留宽度为l_B，端点残留高度为h_A；端点残留宽度l_B的计算公式为：

端点残留高度h_A的计算公式为h_A＝r+(D-r)cosψ。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：发明所提供的一种闭角结构稳定加工方法，可以准确地计算出闭角结构的残留位置及残留大小。使用本发明公开的方法加工闭角结构，可有效控制长立铣刀在加工闭角结构底端的切削量，使切削量既不过大引起加工不稳定，又不过小或空刀过多而降低加工效率，保证了闭角结构在稳定前提下的高效加工。

附图说明

图1闭角结构及加工立铣刀尺寸示意图。

图2某零件闭角结构加工刀轨。

图3使用锥度球头铣刀去除立铣刀无法去除的闭角残留示意图。

其中：A点为立铣刀最终与零件内形面接触点、B点为立铣刀最终与零件腹板面接触点、 C点为立铣刀三自由度方式立铣刀竖直加工最终与零件腹板面接触点、ψ为零件内形面与腹板面夹角、h为零件高度、D为立铣刀直径、r为立铣刀底齿半径、l_C为危险残留宽度、h_C为危险残留高度、l_B为端点残留宽度、h_A端点残留高度；1—内形面，2—腹板面，3—锥度球头铣刀，4—立铣刀无法去除的端点残留，5—立铣刀。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本发明中，所述正常加工为采用现有的闭角结构加工方法加工零件的闭角结构；所述闭角结构为腹板和型板形成的夹角呈锐角的结构，所述型板与腹板连接且形成锐角的面为内形面1；所述腹板与型板连接且形成锐角的面叫腹板面2。

如图1所示，零件的闭角结构在使用三自由度立铣刀竖直加工后，再使用立铣刀5五自由度立铣刀摆角加工。使用立铣刀5五自由度立铣刀加工闭角结构之前，先根据立铣刀5和零件的几何关系计算端点残留高度h_A、端点残留宽度l_B，其计算公式分别为：

h_A＝r+(D-r)cosψ 2-1

根据几何关系可以计算得BC段残留宽度为：

还应考虑立铣刀5底齿的残留，则实际残留为：

BC段残留的高度为：

根据计算结果，得到使用立铣刀5加工的刀轨，如图2所示。

根据计算结果：判断是否会产生危险残留：若l_C≤0，不产生危险残留，正常加工，即径向不分层加工；若l_C＞0时，会产生危险残留；

加工时的具体步骤为：

第一步：h_C以上位置采用径向不分层的正常加工，

第二步：采用径向分层加工方法加工h_C以下的位置。径向分层加工时采用径向分三层加工。在径向分层加工零件的内形面1时，每层切宽大于0.25mm。

第三步：零件内形面1加工完成后，对零件的腹板进行行切加工时，清除端点残留，即图1所示的BC段残留，立铣刀5的行切宽度为l_C。

第四步：如图3所示，使用锥度球头铣刀3去除立铣刀无法去除的端点残留4，此时，闭角结构被稳定加工到位，没有任何残留。

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 (6)

1.一种闭角结构稳定加工方法，先使用立铣刀进行三自由度立铣刀竖直加工闭角结构，再使用立铣刀进行五自由度立铣刀摆角加工，其特征在于，包括以下步骤：

S1)在对零件的闭角结构采用五自由度立铣刀加工之前，先根据闭角结构尺寸计算危险残留宽度l_C，其计算公式为：

S2)根据S1)的计算结果，判断是否会产生危险残留：若l_C≤0，不产生危险残留，正常加工；若l_C＞0时，会产生危险残留；

S3)l_C＞0时，计算残留高度h_C，计算公式为：

S4)在l_C＞0时，立铣刀(5)进行径向分层加工，保证立铣刀(5)加工时的第一刀与最终加工表面之间的距离大于h_C·cosψ；

其中：ψ为零件内形面与腹板面夹角、h为零件高度、D为立铣刀直径、r为立铣刀底齿半径。

2.根据权利要求1所述的一种闭角结构稳定加工方法，其特征在于：所述五自由度立铣刀加工零件的闭角结构时，采用立铣刀摆角加工闭角结构的内形面(1)。

3.根据权利要求1所述的一种闭角结构稳定加工方法，其特征在于：在加工零件的内形面(1)时，径向分层加工时每层切宽大于0.25mm。

4.根据权利要求2所述的一种闭角结构稳定加工方法，其特征在于：零件内形面(1)加工完成后，对零件的腹板面(2)进行行切加工时，立铣刀(5)的行切宽度为l_C。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种闭角结构稳定加工方法，其特征在于：需要进一步清除端点残留时，其端点残留清除步骤S5)为：使用锥度球头铣刀(3)行切加工，端点残留宽度为l_B，端点残留高度为h_A；端点残留宽度l_B的计算公式为：

端点残留高度h_A的计算公式为h_A＝r+(D-r)cosψ。

6.根据权利要求1～4任一项所述的一种闭角结构稳定加工方法，其特征在于：在使用五自由度立铣刀加工闭角结构的内形面之前，先使用立铣刀(5)进行三自由度立铣刀竖直加工闭角结构。

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