CN111299615B - 一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种加工方法，提供一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，包括：步骤1、薄壁轴类零件通过三维构型与夹具结合；步骤2、机床内部与夹具外壁紧密贴合；步骤3、固定薄壁轴类零件在夹具上；步骤4、粗加工薄壁轴类零件端面；步骤6、精加工薄壁轴类零件端面。本发明具有准确的消除应力手段，实现了航空薄壁轴类零件端面位置的精准加工。同时本发明涉及工装夹具可以运用在相同外径尺寸的薄壁轴类零件上，满足同类零件的壁厚差要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种加工方法，尤其是一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁轴类加工方法。
背景技术
随着科学技术和工业生产的发展，对于航空产品的加工精度和表面质量提出了更高的要求。高产、优质、低消耗，重量轻、使用寿命长，这是航空发动机发展所追求的基本目标，而这些目标的实现的基础就是加工精度和质量。而薄壁件(通常指直径与壁厚的比值在20倍以上的零件)能够减少零件数量，一件薄壁件所占用的空间减少70％以上，同时提高使用寿命，将寿命提高1倍左右，薄壁件的应用减轻了发动机整体的重量并提高了发动机的性能，因此薄壁件广泛应用于航空航天领域。薄壁件由于壁薄加工变形量大，加工精度很难保证，有30％-60％的加工误差是由薄壁件的装夹引起的，因而薄壁零件夹具的装夹加工是薄壁零件加工中的重要环节。
对于薄壁轴类零件的装夹，一般是采用装夹齿顶进行加工，如图1所示。通过提高夹具与零件接触部分的制造加工精度，减小装夹过程对薄壁零件加工变形的影响。而当薄壁轴类零件的壁厚小于3mm的时候，装夹力会对零件造成严重的变形。薄壁轴类由于存在轴颈的缘故，导致零件辐板部分与夹盘无法完全贴合，加工时机床的旋转会放大这部分间隙，导致零件加工过程中产生进一步的变形。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，减少或消除装夹应力变形与机加变形，进而提高薄壁轴类零件的加工精度。
本发明的技术方案为，所述的加工方法包括以下步骤：
一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，包括：
步骤1、薄壁轴类零件通过三维构型与夹具结合；
步骤2、机床内部与夹具外壁紧密贴合；
步骤3、固定薄壁轴类零件在夹具上；
步骤4、粗加工薄壁轴类零件端面；
步骤6、精加工薄壁轴类零件端面。
步骤1包括：
通过三维模拟软件将待加工的薄壁轴类零件进行数字化三维构形；
调整夹具模型，模拟设计并加工夹具内径与薄壁轴类零件外径一致、夹具内孔深度达到薄壁轴类零件端面厚度的三分之二、夹具端面与薄壁轴类零件端面完全贴合；
模拟机床参数，设定回转速度，调节夹具表面形貌和薄壁轴类零件的位置，使二者的运动轨迹相同，并使该组合体回转轴线与机床的回转轴心偏差不大于0.005mm。
步骤2包括：
通过模拟机床主轴与机床夹盘回转轴线，将机床主轴与机床夹盘的回转轴线调整轴心偏差不大于0.005mm；
在机床夹盘上直接加工出夹具的外径轮廓尺寸；
将夹具调整初步放置在机床夹盘内。
步骤3包括：
找正夹具与机床夹盘，控制两者跳动偏差不大于0.002；
用浮动支撑压板将夹具与机床夹盘固定连接，并检查两者跳动≤0.005；
压紧浮动支撑压板，将薄壁轴类零件压紧，此时薄壁轴类零件的回转轴线与机床主轴回转轴线的回转轴心偏差不大于0.015mm。
步骤4包括：
利用V型尖刀加工薄壁轴类零件，选用恒定线速度指令G96，单次车削去除余量不大于0.3mm，加工后余量0.05-0.2mm。
还包括：
步骤5、如薄壁轴类零件临近轴颈位置与远离轴颈位置的壁厚差不为零，则补正壁厚偏差。
步骤5包括：
标记薄壁轴类零件与夹具的装夹位置，将定位线标示在两者之间；
将薄壁轴类零件取下；
将薄壁轴类零件的圆周位置进行等距测量；
记录薄壁轴类零件临近轴颈位置与远离轴颈位置的壁厚差。
步骤6包括：
将薄壁轴类零件通过定位线安装回夹具，通过用浮动支撑压板压紧零件；
通过数控编程软件调整数控程序补正壁厚差；
利用R型车刀进行最终加工，选择G01直线插补指令，车削剩余余量。
还包括：步骤7、最终检验。
本发明通过对薄壁轴类零件进行建模处理，获得夹具的表面尺寸，大幅提升薄壁轴类零件与夹具的贴合程度，利用数据处理降低主轴偏转对零件的影响，利用浮动支撑压板从法向提供夹紧力，从而减少装夹变形和在切削过程中的应力变形，从而消除机加过程中零件的装夹应力变形。通过壁厚差补正加工，克服了零件加工过程中刀具切削应力的变形。本发明具有准确的消除应力手段，实现了航空薄壁轴类零件端面位置的(外径120mm以上，壁厚3mm，壁厚差0.01mm)精准加工。同时本发明涉及工装夹具可以运用在相同外径尺寸的薄壁轴类零件上，满足同类零件的壁厚差要求。
附图说明
图1为原薄壁轴类零件加工方法的装夹示意图；
图2为本发明的薄壁轴类零件加工方法的装夹示意图。
具体实施方式
如图2所示，基于软胎贴合装夹的薄壁膜盘加工方法包括以下步骤：
1、零件与夹具结合：
通过三维模拟软件将待加工的薄壁轴类零件3进行数字化三维构形；
调整夹具模型，模拟设计并加工夹具5内径与薄壁轴类零件3外径一致、夹具5内孔深度达到薄壁轴类零件端面厚度的三分之二、夹具5端面与薄壁轴类零件3端面完全贴合；
模拟机床参数，设定回转速度，调节夹具5表面形貌和薄壁轴类零件3的位置，使二者的运动轨迹相同，并使该组合体回转轴线与机床的回转轴心偏差不大于0.005mm；
2、机床与夹具结合：
通过三维模拟软件将机床主轴1进行回转轴线定义；
通过模拟机床主轴1与机床夹盘2回转轴线，将机床主轴1与机床夹盘2的回转轴线调整轴心偏差不大于0.005mm；
在机床夹盘2上直接加工出夹具5的外径轮廓尺寸；
将夹具5调整初步放置在机床夹盘2内；
3、固定零件：
找正夹具5与机床夹盘2，控制两者跳动偏差不大于0.002；
用浮动支撑压板4将夹具5与机床夹盘2固定连接，并检查两者跳动≤0.005；
压紧浮动支撑压板，将薄壁轴类零件3压紧，此时薄壁轴类零件3的回转轴线与机床主轴回转轴线的回转轴心偏差不大于0.015mm；
4、粗加工薄壁轴类零件端面：
利用V型尖刀加工薄壁轴类零件3，选用恒定线速度指令G96，单次车削去除余量不大于0.3mm，加工后余量0.05-0.2mm；
5、补正壁厚偏差：
标记薄壁轴类零件3与夹具5的装夹位置，将定位线标示在两者之间；
将薄壁轴类零件3取下；
将薄壁轴类零件3的圆周位置进行等距测量；
记录薄壁轴类零件3临近轴颈位置与远离轴颈位置的壁厚差；
6、精加工薄壁轴类零件端面：
将薄壁轴类零件3通过定位线安装回夹具5，通过用浮动支撑压板4压紧零件；
通过数控编程软件调整数控程序补正壁厚差；
利用R型车刀进行最终加工，选择G01直线插补指令，车削剩余余量；
7、最终检验
上述方法中，所述的机床主轴1与机床夹盘2为机床自带部件，进行步骤4与步骤6加工操作时，需要根据不同零件直径与壁厚相应的调整机床主轴的转速和线速度。步骤5中如薄壁轴类零件3临近轴颈位置与远离轴颈位置的壁厚差为零，则可无需进行壁厚差补正指令，直接利用R型车刀进行最终加工。
实施例一
一种加力泵薄壁齿轮轴，其外径为Φ150mm，零件端面厚度为3mm，双联齿轮结构，要求加工后的齿轮轴壁厚满足以下要求：零件端面公差要求2.98mm～3mm，型面粗糙度要求Ra0.8，其具体加工步骤为：
1、零件与夹具结合：
通过三维模拟软件将待加工的薄壁轴类零件进行数字化三维构形；
调整夹具5模型，模拟设计并加工夹具5内径尺寸φ150mm、设计夹具5内孔深度尺寸2mm、夹具5端面按薄壁轴类零件端面尺寸进行加工；
模拟机床参数，设定回转速度，调节夹具5表面形貌和薄壁轴类零件3的位置，使二者的运动轨迹相同，并使该组合体回转轴线与机床的回转轴心偏差不大于0.002mm；
2、机床与夹具结合：
通过三维模拟软件将机床主轴1进行回转轴线定义；
通过模拟机床主轴1与机床夹盘2回转轴线，将机床主轴1与机床夹盘2的回转轴线调整轴心偏差0.002mm；
在机床夹盘2上直接加工出夹具5的外径轮廓尺寸φ200mm；
将夹具5调整初步放置在机床夹盘2内；
3、固定零件：
找正夹具5与机床夹盘2，控制两者跳动偏差0.002mm；
用浮动支撑压板4将夹具5与机床夹盘2固定连接，并检查两者跳动≤0.003mm；
压紧浮动支撑压板，将薄壁轴类零件3压紧，此时薄壁轴类零件3的回转轴线与机床主轴回转轴线的回转轴心偏差不大于0.009mm；
4、粗加工薄壁轴类零件端面：
利用V型尖刀加工薄壁轴类零件3，选用恒定线速度指令G96，单次车削去除零件余量0.2mm，加工后余量0.1mm；
5、补正壁厚偏差：
标记薄壁轴类零件3与夹具5的装夹位置，将两条定位线标示在两者之间；
将薄壁轴类零件3取下；
将薄壁轴类零件3的圆周位置进行等距5mm(150mm直径，测量30次)测量；
记录薄壁轴类零件3临近轴颈位置与远离轴颈位置的壁厚差0.002mm；
6、精加工薄壁轴类零件端面：
将薄壁轴类零件3通过两条定位线安装回夹具5，通过用浮动支撑压板4压紧零件；
通过数控编程软件调整数控程序补正壁厚差0.002mm；
利用R型车刀进行最终加工，选择G01直线插补指令，车削剩余余量0.1mm；
7、最终检验
上述方法中，加工后的各项指标为：零件端面尺寸2.990mm～2.992mm，型面粗糙度要求Ra0.4结论：零件合格。
Claims (7)
1.一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，其特征在于，包括：
步骤1、薄壁轴类零件通过三维构型与夹具结合；
步骤2、机床内部与夹具外壁紧密贴合；
步骤3、固定薄壁轴类零件在夹具上；
步骤4、粗加工薄壁轴类零件端面；
步骤5、如薄壁轴类零件临近轴颈位置与远离轴颈位置的壁厚差不为零，则补正壁厚偏差；
步骤6、精加工薄壁轴类零件端面；
其中，步骤1包括：
通过三维模拟软件将待加工的薄壁轴类零件进行数字化三维构形；
调整夹具模型，模拟设计并加工夹具内径与薄壁轴类零件外径一致、夹具内孔深度达到薄壁轴类零件端面厚度的三分之二、夹具端面与薄壁轴类零件端面完全贴合；
模拟机床参数，设定回转速度，调节夹具表面形貌和薄壁轴类零件的位置，使二者的运动轨迹相同，并使该组合体回转轴线与机床的回转轴心偏差不大于0.005mm。
2.如权利要求1所述的一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤2包括：
通过模拟机床主轴与机床夹盘回转轴线，将机床主轴与机床夹盘的回转轴线调整轴心偏差不大于0.005mm；
在机床夹盘上直接加工出夹具的外径轮廓尺寸；
将夹具调整初步放置在机床夹盘内。
3.如权利要求1所述的一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤3包括：
找正夹具与机床夹盘，控制两者跳动偏差不大于0.002；
用浮动支撑压板将夹具与机床夹盘固定连接，并检查两者跳动≤0.005；
压紧浮动支撑压板，将薄壁轴类零件压紧，此时薄壁轴类零件的回转轴线与机床主轴回转轴线的回转轴心偏差不大于0.015mm。
4.如权利要求1所述的一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤4包括：
利用V型尖刀加工薄壁轴类零件，选用恒定线速度指令G96，单次车削去除余量不大于0.3mm，加工后余量0.05-0.2mm。
5.如权利要求1所述的一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤5包括：
标记薄壁轴类零件与夹具的装夹位置，将定位线标示在两者之间；
将薄壁轴类零件取下；
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6.如权利要求1所述的一种基于机夹一体化装夹的航空薄壁零件加工方法，其特征在于，步骤6包括：
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