CN110977330A - 一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法 - Google Patents

一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，包括以下步骤：下料、粗铣外形、自然时效、半精铣外形、自然时效、精铣上表面和精镗孔。本大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，粗铣和半精铣加工之间、以及半精铣和精铣加工之间增加了自然时效，以释放切削应力，减小工件变形，避免影响后续镗孔的加工精度，采用镗孔代替铣孔，减少切削应力的产生，精镗孔时，装夹工件，压紧工件前，对各压紧点使用百分表检测，压紧工件时对同一位置用百分表检测，保持各位置前后两次检测的数据相同，以避免工件装夹前后变形导致系列孔加工的位置度超差，以此提高系列孔加工的位置精度，满足图纸设计要求，此发明用于孔加工技术领域。

Description

一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法
技术领域
本发明涉及孔加工技术领域，特别是涉及一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法。
背景技术
大尺寸的薄壁弓形零件，外径可达3米多，厚度在30mm以下，上面加工若干个通孔，通孔沿圆弧方向分布，通孔具有位置度要求。现有的加工工艺流程如下：下料、粗加工两平面、钻孔、半精铣两平面、铣孔、精铣孔。工件加工过程中容易发生变形，加工完成后，工件处于自由状态下，按照图纸要求对工件尺寸及形位公差进行测量，线性尺寸精度和几何尺寸精度容易超差，特别是系列孔的位置度超差，难以满足图纸设计的要求，系列孔的检测主要以零件弓形的中心轴线和垂直于中心轴线的直径为基准。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，能够提高系列孔加工的位置精度，满足图纸设计要求。
根据本发明的实施例，提供一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，包括以下步骤，
S1.下料：对厚度余量5mm以上的板料进行切割，切割成弓形，外形四周面单边留5～8mm的加工余量；
S2.粗铣外形：装夹工件，粗铣上下两平面，留加工余量1～2mm，粗铣内外圆弧，留加工余量2～3mm；
S3.松开工件，自然时效12小时以上；
S4.半精铣外形：装夹工件，半精铣上下两平面，留加工余量0.2～0.5mm，半精铣内外圆弧，留加工余量1～1.5mm，并预钻孔，留直径余量2mm以上；
S5.松开工件，自然时效12小时以上；
S6.精铣上表面及精镗孔，所述步骤S6包括步骤S601、S602和S603；
S601.精铣上表面至图纸的技术要求；
S602.装夹找正：将工件摆放在若干支撑工装上，使用若干压板压紧工件，压板通过螺栓锁紧固定，在工件上表面每个压板附近作出百分表检测位置标识；松开压板，工件处于自由状态下，铣床主轴上安装百分表，在各百分表检测位置标识处，用百分表进行检测，并记录检测数据；锁紧压板，在压板紧固过程中，利用百分表在各百分表检测位置标识处进行检测，通过在支撑工装上增减垫块，使百分表的检测数据与记录的检测数据相同；
S603.精镗孔。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，钻孔和镗孔时，以工件弓形的中心轴线为基准，分别对两侧的通孔进行加工。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述步骤S603中，分三次镗孔，第一次镗孔，留直径余量1mm，第二次镗孔，留直径余量0.3～0.5mm，第三次镗孔至图纸的技术要求。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述支撑工装的上表面和下表面设有凹槽，所述支撑工装包括中间的腹板和设于所述腹板两侧的翼缘板。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述腹板上设有螺纹孔，加工工件的上下表面和内外圆弧时，工件支撑于支撑工装上，使用螺栓穿过工件上的通孔连接腹板上的螺纹孔，并锁紧固定。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述步骤S1之前，还包括步骤S0，所述步骤S0为准备阶段，对加工机床的几何精度和运动精度进行检测，通过补偿使机床的各个坐标的运动精度中的定位精度不大于0.05mm，重复定位精度不大于0.02mm。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述步骤S3和S5中，自然时效期间，使用振动器冲击工件。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述步骤S6之后，完成工件上系列孔的加工，将工件置于三坐标测量仪上，在工件处于自由状态下，对系列孔的尺寸和位置度进行检测，并记录数据。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述步骤S602中，百分表检测位置标识为距离压板30mm的位置处。
根据本发明实施例所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，所述步骤S2中，粗铣上下两平面，留加工余量1mm，粗铣内外圆弧，留加工余量2mm。
有益效果：此大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，粗铣和半精铣加工之间、以及半精铣和精铣加工之间增加了自然时效，以释放切削应力，减小工件变形，避免影响后续镗孔的加工精度，采用镗孔代替铣孔，减少切削应力的产生，精镗孔时，装夹工件，压紧工件前即在自由状态下，对各压紧点使用百分表检测，压紧工件时对同一位置用百分表检测，保持各位置前后两次检测的数据相同，以避免工件装夹前后变形导致系列孔加工的位置度超差，以此提高系列孔加工的位置精度，满足图纸设计要求。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明实施例弓形零件的结构示意图；
图2是本发明实施例工件固定于机床工作台上的结构示意图；
图3是本发明实施例工件在自由状态下在百分表检测位置标识处用百分表检测的结构示意图；
图4是本发明实施例工件在压紧状态下在百分表检测位置标识处用百分表检测的结构示意图；
图5是本发明实施例使用螺栓穿过工件连接支撑工装的结构示意图；
图6是本发明实施例支撑工装的剖视图；
附图标记：工件10、压板20、支撑工装30、腹板31、翼缘板32、支撑块40、百分表50、百分表检测位置标识60、压紧螺栓70、垫块80。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
参照图1～图5，本发明实施例大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，包括以下步骤，
S1.下料：对厚度余量5mm以上的板料进行切割，切割成弓形，外形四周面单边留5～8mm的加工余量；
S2.粗铣外形：装夹工件10，粗铣上下两平面，留加工余量1～2mm，粗铣内外圆弧，留加工余量2～3mm；
S3.松开工件10，自然时效12小时以上；
S4.半精铣外形：装夹工件10，半精铣上下两平面，留加工余量0.2～0.5mm，半精铣内外圆弧，留加工余量1～1.5mm，并预钻孔，留直径余量2mm以上，参照图2；
S5.松开工件10，自然时效12小时以上；
S6.精铣上表面及精镗孔，步骤S6包括步骤S601、S602和S603；
S601.精铣上表面至图纸的技术要求；
S602.装夹找正：将工件10摆放在若干支撑工装30上，使用若干压板20压紧工件10，压板20垫有支撑块40，压板20通过螺栓锁紧固定，在工件10上表面每个压板20附近作出百分表检测位置标识60；松开压板20，工件10处于自由状态下，铣床主轴上安装百分表50，操作铣床主轴，在百分表检测位置标识60处，用百分表50进行检测，并记录检测数据，参照图3；锁紧压板20，在压板20紧固过程中，利用百分表50在百分表检测位置标识60处进行检测，通过在支撑工装30上增减垫块80，使百分表50的检测数据与记录的检测数据相同，参照图4；
S603.精镗孔至图纸的设计尺寸，完成工件10上系列孔的加工。
本实施例的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，粗铣和半精铣加工之间、以及半精铣和精铣加工之间增加了自然时效，以释放切削应力，减小工件10变形，避免影响后续镗孔的加工精度，采用镗孔代替铣孔，减少切削应力的产生，精镗孔时，装夹工件10，在压板20附近处，工件10容易产生变形，压板20压紧工件10前即在自由状态下，对各压紧点使用百分表50检测，压紧工件10时对同一位置用百分表50检测，保持各位置前后两次检测的数据相同，以避免工件10装夹前后变形导致系列孔加工的位置度超差，以此提高系列孔加工的位置精度，满足图纸设计要求。
在本实施例中，钻孔和镗孔时，以工件10弓形的中心轴线为基准，分别对两侧的通孔进行加工，以减少由于机床的累积误差造成加工尺寸超差，避免以工件10的外形四周面为基准，如工件10的单侧端面。
步骤S603中，分三次镗孔，第一次镗孔，留直径余量1mm，第二次镗孔，留直径余量0.3～0.5mm，第三次镗孔至图纸的技术要求。
参照图6，在本实施例中，支撑工装30的上表面和下表面设有凹槽，支撑工装30包括中间的腹板31和设于腹板31两侧的翼缘板32，支撑工件10时，翼缘板32的上下端分别跟工件10的底面和机床的工作台接触，支撑工装30设置凹槽，尽量减小与工件10和工作台的接触面积，形成线接触，避免接触面不平导致位置度超差。
进一步地，腹板31上设有螺纹孔，加工工件10的上下表面和内外圆弧时，工件10支撑于支撑工装30上，使用螺栓穿过工件10上的通孔连接腹板31上的螺纹孔，并锁紧固定，参照图5。采用螺栓穿过工件10连接支撑工装30固定工件10，代替压板20压紧工件10，便于加工工件10的上下表面，避免压板20妨碍铣刀加工。支撑工装30通过压板20压紧。
在本实施例中，步骤S1之前，还包括步骤S0，步骤S0为准备阶段，对加工机床的几何精度和运动精度进行检测，通过补偿使机床的各个坐标的运动精度中的定位精度不大于0.05mm，重复定位精度不大于0.02mm。除了在加工工艺方面保证加工精度外，还需保证机床的加工精度。
在其中的一些实施例中，步骤S3和S5中，自然时效期间，使用振动器冲击工件10，有利于释放应力。
完成工件10上系列孔的加工后，将工件10置于三坐标测量仪上，在工件10处于自由状态下，对系列孔的尺寸和位置度进行检测，并记录数据。
以以下尺寸的弓形零件为例：参照图1，外径为Ф3530mm，内径为Ф3380mm，厚度为25mm，沿圆弧方向布置有系列孔，共59个Ф13.5mm的通孔，孔的位置度不大于Ф0.1mm。加工上述弓形零件的系列孔，步骤如下：
(1)准备阶段：对加工机床的几何精度和运动精度进行检测，通过补偿使机床的各个坐标的运动精度中的定位精度不大于0.05mm，重复定位精度不大于0.02mm；
(2)下料：利用水切割机床，对厚度为30mm的钢板进行切割，外形四周单边留5～8mm的加工余量；
(3)粗铣外形：装夹工件10，粗铣上下两平面，留加工余量1mm，粗铣内外圆弧，留加工余量2mm；
(4)松开工件10，自然时效12小时，期间使用振动器冲击工件10；
(5)半精铣外形：参照图2，装夹工件10，半精铣上下两平面至图纸的表面质量要求，留加工余量0.2～0.5mm，半精铣内外圆弧，留加工余量1～1.5mm，并以中心轴线为基准，分别对两侧的孔进行钻削，钻孔直径11mm；
(6)松开工件10，自然时效12小时，期间使用振动器冲击工件10；
(7)参照图5，精铣上表面，装夹工件10时，工件10支撑于支撑工装30上，使用螺栓穿过工件10上的通孔连接支撑工装30的螺纹孔，并锁紧固定，使用压板20压紧支撑工装30；
(8)装夹找正：
将工件10摆放在若干支撑工装30上，使用若干压板20压紧工件10，压板20通过压紧螺栓70锁紧固定于机床工作台上，在工件10上表面距离每个压板30mm处(距离太近压板20容易妨碍百分表50检测，距离太远的位置工件10变形较小，检测点不具代表性)作出百分表检测位置标识60；
参照图3，松开压板20，工件10处于自由状态下，铣床主轴上安装百分表50，操作铣床主轴，在各百分表检测位置标识60处，用百分表50进行检测，并记录检测数据；
参照图4，锁紧压板20，在压板20紧固过程中，利用百分表50在各百分表检测位置标识60处进行检测，通过在支撑工装30上增减垫块80或增减垫块80厚度，使百分表50的检测数据与记录的检测数据相同；
(9)精镗孔：
利用对刀仪将精镗刀的直径调整到Ф12.5mm，把精镗刀安装到机床上，将系列孔精镗至Ф12.5mm；
利用对刀仪将精镗刀的直径调整到Ф13.2mm，把精镗刀安装到机床上，将系列孔精镗至Ф13.2mm；
利用对刀仪将精镗刀的直径调整到Ф13.5mm，把精镗刀安装到机床上，将系列孔精镗至Ф13.5H7mm；
(10)检查：将工件10置于三坐标测量仪上，在工件10处于自由状态下，对系列孔的尺寸和位置度进行检测，并打印出尺寸检测报告。
经上述加工，弓形零件上系列孔的尺寸精度和位置精度能够满足图纸设计要求。
上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1.下料：对厚度余量5mm以上的板料进行切割，切割成弓形，外形四周面单边留5～8mm的加工余量；
S2.粗铣外形：装夹工件，粗铣上下两平面，留加工余量1～2mm，粗铣内外圆弧，留加工余量2～3mm；
S3.松开工件，自然时效12小时以上；
S4.半精铣外形：装夹工件，半精铣上下两平面，留加工余量0.2～0.5mm，半精铣内外圆弧，留加工余量1～1.5mm，并预钻孔，留直径余量2mm以上；
S5.松开工件，自然时效12小时以上；
S6.精铣上表面及精镗孔，所述步骤S6包括步骤S601、S602和S603；
S601.精铣上表面至图纸的技术要求；
S602.装夹找正：将工件摆放在若干支撑工装上，使用若干压板压紧工件，压板通过螺栓锁紧固定，在工件上表面每个压板附近作出百分表检测位置标识；松开压板，工件处于自由状态下，铣床主轴上安装百分表，在各百分表检测位置标识处，用百分表进行检测，并记录检测数据；锁紧压板，在压板紧固过程中，利用百分表在各百分表检测位置标识处进行检测，通过在支撑工装上增减垫块，使百分表的检测数据与记录的检测数据相同；
S603.精镗孔。
2.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：钻孔和镗孔时，以工件弓形的中心轴线为基准，分别对两侧的通孔进行加工。
3.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述步骤S603中，分三次镗孔，第一次镗孔，留直径余量1mm，第二次镗孔，留直径余量0.3～0.5mm，第三次镗孔至图纸的技术要求。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述支撑工装的上表面和下表面设有凹槽，所述支撑工装包括中间的腹板和设于所述腹板两侧的翼缘板。
5.根据权利要求4所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述腹板上设有螺纹孔，加工工件的上下表面和内外圆弧时，工件支撑于支撑工装上，使用螺栓穿过工件上的通孔连接腹板上的螺纹孔，并锁紧固定。
6.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述步骤S1之前，还包括步骤S0，所述步骤S0为准备阶段，对加工机床的几何精度和运动精度进行检测，通过补偿使机床的各个坐标的运动精度中的定位精度不大于0.05mm，重复定位精度不大于0.02mm。
7.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述步骤S3和S5中，自然时效期间，使用振动器冲击工件。
8.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述步骤S6之后，完成工件上系列孔的加工，将工件置于三坐标测量仪上，在工件处于自由状态下，对系列孔的尺寸和位置度进行检测，并记录数据。
9.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述步骤S602中，百分表检测位置标识为距离压板30mm的位置处。
10.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁弓形零件系列孔的加工方法，其特征在于：所述步骤S2中，粗铣上下两平面，留加工余量1mm，粗铣内外圆弧，留加工余量2mm。
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