CN110394672B - 一种超大型薄壁零件的无应力装夹方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超大型薄壁零件的无应力装夹方法，其包括装夹基准的构建；压紧点位置的选择及分布；压紧点进行压紧操作；以及加工余量验定。本发明提出的方法可以实现超大型薄壁零件的无应力装夹，该方法为超大型薄壁零件铣削加工提供关键技术，实现了无应力装夹，有效控制了人为因素造成的零件变形，同时，该方法对于其它结构特征的零件装夹具有较大的借鉴作用。

Description

一种超大型薄壁零件的无应力装夹方法

技术领域

本发明属于机械加工的技术领域，具体涉及一种超大型薄壁零件的无应力装夹方法。

背景技术

为了提高飞机的性能，飞机上大型零件采用整体设计和薄壁设计趋于广泛，并且加工、装配精度较高。因此，零件整体结构变得复杂，加工难度随之加大。同时，为了满足高精度的装配要求，对于超大型薄壁零件来说，金属材料的去除率达到85％以上，机加过程中对控制变形更是带来巨大挑战。大多数的零件变形，主要原因出在装夹过程中，毛坯料出厂后，锻造过程中的内应力在存放、运输过程中得到自然时校，已经出现变形，变得不平整。在投入到机加生产后，工人在装夹过程中，大多都是凭借经验，一人装夹一个样，没用标准，稍不注意就会在施加压紧力的同时，给零件带来变形，也就是通常所说的装夹应力变形，待零件加工完成后，卸掉压板的同时，零件将自然回弹，造成零件不可修复的质量问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种超大型零件的无应力装夹方法，其是基于毛坯料的变形量小于加工余量的前提下，以三点确定平面为依据，采用逐个压点装夹应力数据监控，进而实现整体零件的无应力装夹，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案为：

一种超大型薄壁零件的无应力装夹方法，其包括以下步骤：

步骤1、装夹基准的构建：

(1)设定装夹基准I、装夹基准II和装夹基准III三个装夹基准，三者连线为三角形；

(2)装夹基准I位于零件长度方向一侧边的中间位置，装夹基准II和装夹基准III分别位于零件该侧边的对侧边上的两端；

(3)在各装夹基准位置，对零件进行支撑，以使零件中心线与机床工作台平行水平；

(4)使用螺栓、压板压紧工具将各装夹基准处压紧；

步骤2、压紧点位置的选择及分布：

(1)选取零件的强度高、下方平整的部位作为压紧点；

(2)相邻两个压紧点的距离设定在间距300mm～400mm之间；

步骤3、对步骤2中的压紧点进行压紧操作：

(1)压紧靠近各装夹基准位置的压紧点；

(2)压紧零件强度、刚性高的位置的压紧点；

(3)压紧零件刚性薄弱的位置的压紧点；

其中，压紧过程中的对应力变形进行监控：在将要实施压紧的压紧点下方，准备好可调节高度的支撑装置；使用百分表和磁力表座，在零件上方，靠近压紧点位置，进行顶表操作，并记录读数，这里称作原始读数；调整在将要实施压紧的压紧点下方，准备好的支撑装置的高度，顶紧零件，同时观察百分表读数，在读数大于原始读数0.05mm时，停止操作；使用螺栓、压板压紧工具对此处压紧点进行压紧；压紧后，观察百分表读数，如果百分表读数恢复到原始读数，即装夹状态良好；如果读数超出工艺允许范围，松开压板重新进行该处压紧点的调整和压紧；

步骤4、按照操作步骤2和步骤3将其它压紧点逐一压紧；

步骤5、加工余量验定：

(1)将百分表安装在机床主轴上；

(2)开动机床各坐标轴，将百分表顶在装夹基准部位的零件上表面上，将当前Z坐标置为0点；

(3)开动机床，带着百分表位置移动至下一个压紧点位置的零件上表面，按照零件几何尺寸，编辑Z坐标值，观察百分表读数，并记录；

(4)逐一验证各压紧点的余量情况，并记录；

(5)计算余量最大值与余量最小值的差值，δ1-δ2＝δ3；

(7)余量验定结果，如果余量差值δ3＜毛坯料的余量值，即余量有效；

步骤6、完成装夹，开始加工。

本发明的效果和益处是：本发明提出的方法可以实现超大型薄壁零件的无应力装夹，该方法为超大型薄壁零件铣削加工提供关键技术，实现了无应力装夹，有效控制了人为因素造成的零件变形，同时，该方法对于其它结构特征的零件装夹具有较大的借鉴作用。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的超大型薄壁零件的无应力装夹方法的装夹基准选择示意图。

图2为本发明实施例中提供的超大型薄壁零件的无应力装夹方法的压紧点的选择分布图。

图3A至图3C为本发明实施例中提供的超大型薄壁零件的无应力装夹方法的压紧操作先后顺序示意图。

图4为本发明实施例中提供的超大型薄壁零件的无应力装夹方法的压紧过程中应力监测示意图。

图5为本发明实施例中提供的超大型薄壁零件的无应力装夹方法的加工余量最终验定示意图。

图中：1百分表；2压紧螺栓；3零件；4支撑装置；d相邻两个压紧点的距离。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

应当了解，所附附图并非按比例地绘制，而仅是为了说明本发明的基本原理的各种特征的适当简化的画法。本文所公开的本发明的具体设计特征包括例如具体尺寸、方向、位置和外形将部分地由具体所要应用和使用的环境来确定。

在所附多个附图中，同样的或等同的部件(元素)以相同的附图标记标引。

本实施例中提供的超大型薄壁零件的无应力装夹方法包括以下步骤：

1、装夹基准的构建：依据零件3的主体结构，获取零件3强度最为薄弱的地方作为定位基准依据。

(1)装夹基准的选择数量：依据在同一平面上的三点确定一个平面的原理，设定装夹基准I、装夹基准II和装夹基准III三个装夹基准，三者位置连线为三角形；

(2)装夹基准位置的选择：在零件3长度方向一侧边的中间位置选择装夹基准I，在零件3该侧边的对侧边上的两端选择装夹基准II和装夹基准III两装夹基准，如图1所示，防止由于中间位置的装夹基准支撑后，最外侧的两端由于重力原因造成零件3两侧自然下垂，影响装夹效果；

(3)根据零件3结构尺寸，在各装夹基准位置，对零件3进行支撑，尽可能保证零件3中心线与机床工作台平行水平；

(4)使用压紧螺栓2、压板压紧工具将各装夹基准处压紧。

2、压紧点位置的选择及合理分布：将零件3压紧的位置，选择在零件3强度较高、且不影响零件3整体加工过程的位置，并且压紧点的分布必须要满足零件3加工过程的稳定。

(1)压紧点的选择，尽量选取零件3强度较好的部位，避免零件3刚性不足，造成零件3压伤等情况，另外，要选择零件3下方较为平整便于调整支撑的部位；

(2)压紧点的分布，如图2所示，相邻两个压紧点的距离d设定在间距300mm～400mm之间，在本实施例中为300mm，间隔过大，在铣削力的作用下，会影响加工稳定性；间距过小，会增加工人操作强度，影响加工效率，还会造成压板等工具数量的不必要浪费；

3、压紧位置的压紧操作先后顺序的选择：根据零件3的结构特征，选择强度较高的部位先压紧；

(1)先压紧靠近各装夹基准位置的压紧点，如图3A所示；

(2)其次选择零件3强度、刚性较好的位置的压紧点进行压紧，如图3B所示；

(3)最后选择零件3刚性最为薄弱的位置的压紧点进行压紧，如图3C所示。

4、压紧过程中的应力变形监控：压紧力实施在零件3上时，要有较为直观的数据对零件3外力变形进行有效监控。

(1)在将要实施压紧的压紧点下方，准备好可调节高度的支撑装置4；

(2)使用百分表1和磁力表座，在零件3上方，尽量靠近压紧点位置，进行顶表操作，如图4所示，并记录读数，这里称作原始读数；

(3)调整在将要实施压紧的压紧点下方，准备好的支撑装置4的高度，顶紧零件3，同时观察百分表1的读数，在读数大于原始读数0.05mm时，停止操作；

(4)使用压紧螺栓2、压板等工具对此处压紧点进行压紧。压紧后，观察百分表1的读数，如果百分表1的读数恢复到原始读数，说明装夹状态良好。如果读数超出工艺允许范围，就要松开压板重新进行该处压紧点的调整和压紧。

5、按照操作步骤2、3、4将其它压紧点逐一压紧。

6、加工余量最终验定：为防止零件3装夹后，毛培料的加工余量偏差较大，要对余量的分布程度进行最终验定，防止加工过程中出现加工余量过大或过小，影响零件3加工质量的问题发生。

(1)将百分表1安装在机床主轴上；

(2)开动机床各坐标轴，将百分表1顶在装夹基准部位的零件3上表面上，如图5所示；

(3)将当前Z坐标置为0点；

(4)开动机床，带着百分表1位置移动下一个压紧点位置的零件3上表面，按照零件3几何尺寸，编辑Z坐标值，观察百分表1读数，并记录；

(5)逐一验证各压紧点的余量情况，并记录；

(6)计算余量最大值与余量最小值的差值，δ1-δ2＝δ3；

(7)余量验定结果，如果余量差值δ3＜毛坯料的余量值，说明余量有效。

7、完成装夹，开始加工。

以上示例性实施方式所呈现的描述仅用以说明本发明的技术方案，并不想要成为毫无遗漏的，也不想要把本发明限制为所描述的精确形式。显然，本领域的普通技术人员根据上述教导做出很多改变和变化都是可能的。选择示例性实施方式并进行描述是为了解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的其它技术人员便于理解、实现并利用本发明的各种示例性实施方式及其各种选择形式和修改形式。本发明的保护范围意在由所附权利要求书及其等效形式所限定。

Claims (1)

1.一种超大型薄壁零件的无应力装夹方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：

步骤1、装夹基准的构建：

(1)设定装夹基准I、装夹基准II和装夹基准III三个装夹基准，三者连线为三角形；

(2)装夹基准I位于零件长度方向一侧边的中间位置，装夹基准II和装夹基准III分别位于零件该侧边的对侧边上的两端；

(3)在各装夹基准位置，对零件进行支撑，以使零件中心线与机床工作台平行水平；

(4)使用螺栓、压板压紧工具将各装夹基准处压紧；

步骤2、压紧点位置的选择及分布：

(1)选取零件的强度高、下方平整的部位作为压紧点；

(2)相邻两个压紧点的距离设定在间距300mm～400mm之间；

步骤3、对步骤2中的压紧点进行压紧操作：

(1)压紧靠近各装夹基准位置的压紧点；

(2)压紧零件强度、刚性高的位置的压紧点；

(3)压紧零件刚性薄弱的位置的压紧点；

其中，压紧过程中对应力变形进行监控：在将要实施压紧的压紧点下方，准备好可调节高度的支撑装置；使用百分表和磁力表座，在零件上方，靠近压紧点位置，进行顶表操作，并记录读数，这里称作原始读数；调整在将要实施压紧的压紧点下方，准备好的支撑装置的高度，顶紧零件，同时观察百分表读数，在读数大于原始读数0.05mm时，停止操作；使用螺栓、压板压紧工具对此处压紧点进行压紧；压紧后，观察百分表读数，如果百分表读数恢复到原始读数，即装夹状态良好；如果读数超出工艺允许范围，松开压板重新进行该处压紧点的调整和压紧；

步骤4、按照操作步骤2和步骤3将其它压紧点逐一压紧；

步骤5、加工余量验定：

(1)将百分表安装在机床主轴上；

(2)开动机床各坐标轴，将百分表顶在装夹基准部位的零件上表面上，将当前Z坐标置为0点；

(3)开动机床，带着百分表位置移动至下一个压紧点位置的零件上表面，按照零件几何尺寸，编辑Z坐标值，观察百分表读数，并记录；

(4)逐一验证各压紧点的余量情况，并记录；

(5)计算余量最大值与余量最小值的差值，δ1-δ2＝δ3；

(7)余量验定结果，如果余量差值δ3＜毛坯料的余量值，即余量有效；

步骤6、完成装夹，开始加工。

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