CN111531333A - 异型薄壁壳体零件加工方法 - Google Patents

异型薄壁壳体零件加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种异型薄壁壳体零件加工方法，包括备板、粗铣、找正、时效处理、精加工型腔端面、精铣底面与外形、精加工型腔和去除毛坯的步骤。本发明在加工过程中通过定位销孔进行精准定位，将零件卡装在固定夹具上进行固定，通过在型腔内留工艺圆柱起到支撑和防止震动的作用，可以实现对异型薄壁壳体零件完整加工，具有装夹方便、可防止零件变形、节省制作特殊工装、能提高加工效率、加工精度、生产效率以及产品合格率的优点。

Description

异型薄壁壳体零件加工方法
技术领域
本发明涉及零件切削加工技术领域，更具体涉及一种异型薄壁壳体零件加工方法。
背景技术
目前，薄壁壳体零件广泛应用于航天零部件加工领域中，其具有形状不规则、结构单薄、去除毛坯余量大等特点，在现有技术中，异型薄壁壳体零件在加工过程中采用常规的装夹方式无法使零件固定且不便于找正，在切削过程中，极易产生震动和变形，加工后零件光洁度较差，尺寸超差严重。
通常情况会制作一些特殊工装，然而在实际生产加工中出现加工周期较长、生产效率低的情况。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种异型薄壁壳体零件加工方法，以解决常规的装夹方式切削过程中，极易产生震动和变形的问题，以实现在加工过程中正反面加工精准定位与支撑。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种异型薄壁壳体加工方法，包括以下步骤：
S1、备板：根据零件选用形状规则、厚度、大小合适的方板即先将异型形状补充成方形；
S2、粗铣：在方板上粗铣零件轮廓形状的环槽且对零件底面和外形尺寸单面进行留量，并在此面开设定位销孔和螺纹孔；
S3、找正：将S2处理过的方板翻面，通过定位销孔定位找正、固定在固定夹具上，粗铣型腔单面并留量，型腔端面留量要大于2mm，同时在型腔内留若干工艺圆柱；
S4、时效处理：将S3处理后的方板1从固定夹具上拆下，放入加热箱内加热并保温，然后随炉冷却；
S5：精加工型腔端面：将型腔端面去量S3中留量的一部分，且剩余余量不小于2mm，并保证平面度在0.02mm以内；
S6：精铣底面与外形：通过两个定位销孔定位找正、固定在固定夹具上，以型腔端面为基准，精铣去量S2中零件底面的留量，并沿着环槽精加工零件外形；
S7：精加工型腔：将零件翻面，以其底面为基准，贴实固定夹具面，以两个定位销孔定位找正、固定在固定夹具上，铣掉工艺圆柱，精加工型腔侧壁及底面成尺寸，铣掉剩余留量；
S8：去除毛坯：使用小直径的刀具沿着零件的外形铣掉部分剩余留量，使零件与方板一部分分离，在分离的部位再压上第一压板，在零件的型腔内放置合适的垫块，使用第一螺栓通过S2开设的螺纹孔连接第一压板压住垫块，将剩余零件与毛坯连接的部分剩余留量铣掉。
进一步的，步骤S1中所述的方板材料厚度大于零件厚度至少5mm，长宽单边均大于零件长宽至少40mm。
进一步的，步骤S2中所述定位销孔分布于方板的下部。
进一步的，步骤S2中所述螺纹孔呈弧形排列于零件下方，数量根据零件大小确定，但至少开设两个。
进一步的，步骤S3中所述的固定夹具呈矩形，所述固定夹具的上端面设有若干平行排列的T型槽，所述T型槽的两端分别卡设有用于固定方板的紧固装置，且同一T型槽内的两紧固装置相对设置。
进一步，所述紧固装置包括三层结构，底层结构为滑动设置于T型槽内的T型块；中层结构为固定连接于T型块上端面的连接块，所述连接块位于固定夹具的上方随T型块在固定夹具上移动；顶层结构为固定连接于连接块上端面的第二压板，第二压板水平设置，位于同一T型槽的两块第二压板相对设置；所述T型块、连接块、第二压板的外端对齐设置，且第二压板、T型块、连接块的长度依次减小，第二压板、连接块和固定夹具之间形成放置待加工异形薄壁壳体零件的空间。
进一步的，所述第二压板的中部开设有用于第二螺栓穿过的上螺栓孔；所述T型块上设有与上方第二压板的上螺栓孔相对应设置、配合第二螺栓使用、以夹紧待加工零件边缘的下螺纹孔。
进一步的，步骤S7中所述的精加工型腔侧壁，型腔的内锥面采用避免刀柄干涉的燕尾刀加工，外锥面以及型腔底面采用圆角半径与型腔底部的圆弧半径相同的圆鼻刀加工。
进一步的，步骤S8中所述的小直径的刀具包括D4的铝用合金刀具，切削时转速S＝2000r/min、进给F＝300mm/min。
由于采用了以上技术方案，本发明所取得技术进步如下。
本发明提供的异型薄壁壳体加工方法，采用规则方板即先将异型形状补充成方形，通过定位销孔进行找正，将零件毛坯卡装在固定夹具上进行固定，先进行零件外形和型腔的粗加工，然后去除壳体零件的内应力，然后对零件的底面及外形进行精加工，最后精加工型腔，将多余部分铣掉即分离后得到零件。本发明在加工过程中可对零件进行精准定位与支撑，可以实现对异型薄壁壳体零件完整加工，具有装夹方便、可防止零件变形、节省制作特殊工装、能提高加工效率、加工精度、生产效率以及产品合格率的优点。
附图说明
图1为本发明实施例中粗加工环槽面的结构示意图；
图2为本发明实施例中粗加工型腔面的结构示意图；
图3本发明实施例中零件固定在固定夹具上的结构示意图；
图4为本发明实施例的异型薄壁壳体零件的结构示意图；
图5为本发明中固定夹具的结构示意图；
其中：1、方板，2、型腔，21、环槽，3、定位销孔，4、螺纹孔，41、第一螺栓，5、工艺圆柱，6、第一压板，7、垫块，8、零件，9、固定夹具，92、T型槽，93、紧固装置，94、T型块，95、连接块，96、第二压板，97、上螺栓孔，971、下螺栓孔，98、第二螺栓。
具体实施方式
一种异型薄壁壳体零件加工方法，包括备板、粗铣、找正、时效处理、精加工型腔端面、精铣底面与外形、精加工型腔和去除毛坯几个步骤，具体步骤如下：
S1、备板：根据零件选用选用形状规则、厚度、大小合适的方板1，方板1材料厚度大于零件厚度至少5mm，长宽单边均大于零件长宽至少40mm；即先将异型形状补充成方形；在后序的加工中方便装卡、利于找正、增加强度，节省制作特殊工装。
S2、粗铣：在方板1上粗铣零件轮廓形状的环槽21，以释放应力并防止精加工后零件变形；对零件底面和外形尺寸单面进行留量；并在此面开设定位销孔3和螺纹孔4；定位销孔3分布于方板1的下部，螺纹孔4呈弧形排列于零件下方，螺纹孔4至少开设两个，具体的数量根据零件大小确定；螺纹孔4用于在最后零件与毛坯分离时固定第一压板6使用。
S3、找正：将S2处理过的方板1翻面，通过定位销孔3定位找正，将方板1放在固定夹具9上，顺沿T型槽92滑动紧固装置93，使第二压板96压住方板1的边缘，将第二螺栓98穿过上螺栓孔97和下螺栓孔971、旋紧，粗铣型腔2单面并留量，型腔端面留量要大于2mm，同时在型腔2内留若干工艺圆柱5；工艺圆柱5用于在精加工底面时，起到防止零件震动和支撑作用，同时，可释放大量应力。
其中，固定夹具9呈矩形，固定夹具9的上端面设有若干T型槽92，T型槽92平行排列，T型槽92的两端分别卡设有紧固装置93，T型槽92供紧固装置93根据方板1的大小平行滑动，以调整紧固装置93的固定位置；同一T型槽92内的两紧固装置93相对设置，用于对方板1的两侧进行固定。
紧固装置93包括三层结构，底层结构为T型块94、中层结构为连接块95、顶层结构为第二压板96。T型块94滑动设置于T型槽92内，T型块94上设有螺纹孔；连接块95固定连接于T型块94的上端面，可随T型块在装夹板上移动；第二压板96水平固定连接于连接块95的上端面，且位于同一T型槽92的两块第二压板96相对设置；T型块94、连接块95、第二压板96的外端对齐设置，且第二压板96、T型块94、连接块95的长度依次减小，第二压板96、连接块95和固定夹具9之间形成放置待加工异形薄壁壳体零件的空间，以对中部放置的方板1进行装夹。第二压板96的中部穿设有上螺栓孔97，T型块94上开设有下螺栓孔971；T型块94上的下螺栓孔971与第二压板96的上螺栓孔97上下对应设置、配合第二螺栓98使用，用于在装夹毛坯后对毛坯进行进一步紧固；对于待加工零件的环槽部分，可通过在第二压板96下增加垫块7的方式进行固定，减小加工过程中产生的震动和变形。
S4、时效处理：旋松第二螺栓98，将紧固装置93分别沿着T型槽92向两边滑动，将S3处理后的方板1从固定夹具9上拆下，放入加热箱内加热并保温，然后随炉冷却，以充分释放应力。
S5：精加工型腔端面：将型腔2端面去量S3中留量的一部分，且剩余余量不小于2mm，并保证平面度在0.02mm以内。
S6：精铣底面与外形：通过两个定位销孔3定位找正方板1在固定夹具9上的位置，顺沿T型槽92滑动紧固装置93，使第二压板96压住方板1的边缘，将第二螺栓98穿过上螺栓孔97和下螺栓孔971、旋紧，以型腔2端面为基准，精铣去量S2中零件底面的留量，并沿着环槽21精加工零件外形。
S7：精加工型腔：旋松第二螺栓98，将紧固装置93分别沿着T型槽92向两边滑动，将方板1翻面，以其底面为基准，贴实固定夹具9面，以两个定位销孔3定位找正方板1在固定夹具9上的位置，顺沿T型槽92滑动紧固装置93，使第二压板96压住方板1的边缘，将第二螺栓98穿过上螺栓孔97和下螺栓孔971、旋紧，固定在固定夹具9上铣掉工艺圆柱5；然后精加工型腔2侧壁及底面成尺寸，铣掉剩余留量，型腔2的内锥面采用燕尾刀加工，以避免刀柄干涉加工过程，外锥面以及型腔2底面采用圆鼻刀加工，圆鼻刀的圆角半径与型腔2底部的圆弧半径相同。
S8：去除毛坯：使用小直径的刀具沿着零件的外形铣掉部分剩余留量；使零件8与方板1一部分分离，在分离的部位压上第一压板6，在零件的型腔2内放置合适的垫块7，使用第一螺栓41通过S2开设的螺纹孔4连接第一压板6压住垫块7，避开第一压板6边，将剩余零件与毛坯连接的部分也铣掉剩余留量；零件的外形部位为刚性较弱的一部分，且外形部分铣去后便于使用第一压板6固定零件；且第一压板6压紧零件后，在零件与毛坯进行分离时零件不会位移，毛坯与零件一直连接着，起到了支撑作用，直到最后一刀铣削完毕，零件与毛坯才完全分离。
旋松第一螺栓41，取下第一压板6和垫块7；旋松第二螺栓98，将紧固装置93分别沿着T型槽92向两边滑动，将毛坯和零件取下。
下面以加工长度为510mm、宽度为280mm、总厚度为20mm、型腔2的侧壁为2mm的壳体零件为例，对本发明进行进一步详细说明。
本零件8还带有内锥面和外锥面，锥度为2度，型腔2底的厚度为1.5mm，侧壁和底R3圆角连接。本零件为2D70铝合金板料，配合三轴立式加工中心制造，使用本发明的异型薄壁壳体零件加工方法，结合图1至5所示，具体加工步骤如下：
S1、备板：根据壳体零件选用材料为2D70铝合金、尺寸为590*370*25的方形板料。
S2、粗铣：在方板1上粗铣零件轮廓形状的环槽21，粗铣工件底面留量1mm，外形尺寸单面留量1.5mm，深度铣到零件的总厚度20mm；同时在方板1此面的下部开设两个D12定位销孔3，在零件下方开设五个M12螺纹孔4，M12螺纹孔4呈弧形排列。
S3、找正：将S2处理过的方板1翻面，通过在定位销孔3进行定位、找正，将方板1放在固定夹具9上，顺沿T型槽92滑动紧固装置93，使第二压板96压住方板1的边缘，将第二螺栓98穿过上螺栓孔97和下螺栓孔971、旋紧，然后粗铣型腔2端面留量2.5mm，粗铣型腔2单面留量1.5mm，在型腔2内留五个呈弧形排列的工艺圆柱5。此时毛坯厚度为23.5mm，型腔2深度为19.5mm。其中粗铣型腔2端面时，为避免压板干涉，采用倒压板的方法分批进行铣削。
S4、时效处理：旋松第二螺栓98，将紧固装置93分别沿着T型槽92向两边滑动，将S3处理后的方板1从固定夹具9上拆下，放入加热箱内加热190-200℃并保温10-12小时，然后随炉冷却。
S5：精加工型腔端面：将型腔2端面去量0.5mm，剩余余量为2mm，并保证平面度在0.02mm以内。此步采用了压板挤压的装卡方法保证了平面度。
S6：精铣底面与外形：通过两个定位销孔3定位找正方板1在固定夹具9上的位置，顺沿T型槽92滑动紧固装置93，使第二压板96压住方板1的边缘，将第二螺栓98穿过上螺栓孔97和下螺栓孔971、旋紧，以型腔2端面为基准，精铣零件底面去量1mm，并沿着环槽21精加工零件外形及内锥面与外锥面成尺寸，外形的内锥面采用6度燕尾刀加工，外锥面采用精铣外形的刀具D10平底刀。
S7：精加工型腔：旋松第二螺栓98，将紧固装置93分别沿着T型槽92向两边滑动，将方板1翻面，以其底面为基准，贴实固定夹具9面，以两个定位销孔3定位找正方板1在固定夹具9上的位置，顺沿T型槽92滑动紧固装置93，使第二压板96压住方板1的边缘，将第二螺栓98穿过上螺栓孔97和下螺栓孔971、旋紧，固定在固定夹具9上铣掉留在型腔2内部的五个工艺圆柱5；然后精加工型腔2侧壁及底面成尺寸；型腔2的内锥面采用6度燕尾刀加工，外锥面以及型腔2底面采用D10R3圆鼻刀加工，圆鼻刀的圆角半径与型腔2底部的圆弧半径相同，此时型腔2深度为20.5mm。
S8：去除毛坯：使用D4的铝用合金刀具沿着工件的内圆弧外形铣掉2mm，切削时转速S＝2000r/min、进给F＝300mm/min；使零件8与方板1一部分分离，在分离的部位压上第一压板6，将在零件的型腔2内放置垫块7，将第一压板6的一端覆盖在垫块7上，用第一螺栓41穿过第一压板6和M12螺纹孔紧固第一压板6，第一压板6压紧垫块7；避开第一压板6边，将剩余零件与毛坯连接的部分剩余留量也铣掉，即完成工件与毛坯的完全分离。
旋松第一螺栓41，取下第一压板6和垫块7；旋松第二螺栓98，将紧固装置93分别沿着T型槽92向两边滑动，将毛坯和零件取下。

Claims (9)

1.异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、备板：根据零件选用形状规则、厚度、大小合适的方板(1)即先将异型形状补充成方形；
S2、粗铣：在方板(1)上粗铣零件轮廓形状的环槽(21)且对零件底面和外形尺寸单面进行留量，并在此面开设定位销孔(3)和螺纹孔(4)；
S3、找正：将S2处理过的方板(1)翻面，通过定位销孔(3)定位找正、固定在固定夹具(9)上，粗铣型腔(2)单面并留量，型腔端面留量要大于2mm，同时在型腔(2)内留若干工艺圆柱(5)；
S4、时效处理：将S3处理后的方板(1)从固定夹具(9)上拆下，放入加热箱内加热并保温，然后随炉冷却；
S5：精加工型腔端面：将型腔(2)端面去量S3中留量的一部分，且剩余余量不小于2mm，并保证平面度在0.02mm以内；
S6：精铣底面与外形：通过两个定位销孔(3)定位找正、固定在固定夹具(9)上，以型腔(2)端面为基准，精铣去量S2中零件底面的留量，并沿着环槽(21)精加工零件外形；
S7：精加工型腔：将零件翻面，以其底面为基准，贴实固定夹具(9)面，以两个定位销孔(3)定位找正、固定在固定夹具(9)上，铣掉工艺圆柱(5)，精加工型腔(2)侧壁及底面成尺寸，铣掉剩余留量；
S8：去除毛坯：使用小直径的刀具沿着零件的外形铣掉部分剩余留量，使零件(8)与方板(1)一部分分离，在分离的部位压上第一压板(6)，在零件的型腔(2)内放置合适的垫块(7)，使用第一螺栓(41)通过S2开设的螺纹孔(4)连接第一压板(6)压住垫块(7)，将剩余零件与毛坯连接的部分剩余留量铣掉。
2.根据权利要求1所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：步骤S1中所述的方板(1)材料厚度大于零件厚度至少5mm，长宽单边均大于零件长宽至少40mm。
3.根据权利要求1所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：步骤S2中所述定位销孔(3)分布于方板(1)的下部。
4.根据权利要求1所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：步骤S2中所述螺纹孔(4)呈弧形排列于零件下方，数量根据零件大小确定，但至少开设两个。
5.根据权利要求1所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：步骤S3中所述的固定夹具(9)呈矩形，所述固定夹具(9)的上端面设有若干平行排列的T型槽(92)，所述T型槽(92)的两端分别卡设有用于固定方板(1)的紧固装置(93)，且同一T型槽(92)内的两紧固装置(93)相对设置。
6.根据权利要求5所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：所述紧固装置(93)包括三层结构，底层结构为滑动设置于T型槽(92)内的T型块(94)；中层结构为固定连接于T型块(94)上端面的连接块(95)，所述连接块位于固定夹具(9)的上方随T型块(94)在固定夹具上移动；顶层结构为固定连接于连接块(95)上端面的第二压板(96)，第二压板(96)水平设置，位于同一T型槽(92)的两块第二压板(96)相对设置；所述T型块(94)、连接块(95)、第二压板(96)的外端对齐设置，且第二压板(96)、T型块(94)、连接块(95)的长度依次减小，第二压板(96)、连接块(95)和固定夹具(9)之间形成放置待加工异形薄壁壳体零件的空间。
7.根据权利要求6所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：所述第二压板(96)的中部开设有用于第二螺栓(98)穿过的上螺栓孔(97)；所述T型块(94)上设有与上方第二压板(96)的上螺栓孔(97)相对应设置、配合第二螺栓(98)使用、以夹紧待加工零件边缘的下螺纹孔(971)。
8.根据权利要求1所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：步骤S7中所述的精加工型腔(2)侧壁，型腔(2)的内锥面采用避免刀柄干涉的燕尾刀加工，外锥面以及型腔(2)底面采用圆角半径与型腔(2)底部的圆弧半径相同的圆鼻刀加工。
9.根据权利要求1所述的异型薄壁壳体零件加工方法，其特征在于：步骤S8中所述的小直径的刀具包括D4的铝用合金刀具，切削时转速S＝2000r/min、进给F＝300mm/min。
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