CN111872458B - 零件加工方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了一种零件加工方法，包括对零件毛坯进行铣削加工，得到包容块；对包容块进行铣削加工，得到第一目标零件；判断第一目标零件的精度是否满足预设精度；第一目标零件的精度不满足预设精度，判断第一目标零件的实测加工量是否小于包容块的最小加工余量；实测加工量大于最小加工余量，对第一目标零件进行增材补偿，得到补偿后的包容块继续进行铣削加工，如此反复数次，直到得到满足精度要求的零件。对发生变形不能满足精度要求的零件进行增材补偿，避免传统加工方式下昂贵毛坯的浪费。本公开对发生变形不能满足精度要求的零件进行增材补偿，避免传统加工方式下昂贵毛坯的浪费，并提高加工精度。

Description

零件加工方法
技术领域
本公开涉及弱刚性零件制造领域，尤其涉及一种零件加工方法。
背景技术
叶轮、叶片等薄壁类零件是航空发动机、燃气轮机、汽车发动机等高端装备的核心部件，常采用钛合金、高温合金、高强不锈钢等难加工材料，且结构复杂、精度要求高(一般要求轮廓度误差低于50μm)，使得造价高昂。制造时为保证其高的精度和强度常采用铣削等机械加工方式加工，但由于切削力、残余应力等的作用，零件常会发生扭转、弯曲、偏移等变形情况。变形累积到精加工阶段，加之加工余量变小，较多零件毛坯已不能包容三维理论模型，从而导致零件精度难以保证，合格率低下。每年叶轮、叶片等弱刚性零件因加工失败造成的浪费巨大，弱刚性零件加工变形难以控制的问题成为机械加工领域的重大难点之一。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本公开提供了一种零件加工方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
(二)技术方案
根据本公开的一个方面，提供了一种零件加工方法，包括：
对零件毛坯进行铣削加工，得到包容块；
对包容块进行铣削加工，得到第一目标零件；
判断第一目标零件的精度是否满足预设精度；
所述第一目标零件的精度不满足预设精度，判断第一目标零件的实测加工量Δ是否小于包容块的最小加工余量δ1；其中，所述实测加工量Δ为所述第一目标零件相对于所述包容块的距离；所述最小加工余量δ1为由所述包容块加工至所述第一目标零件的最小加工余量；
所述实测加工量Δ大于所述最小加工余量δ1，对所述第一目标零件进行增材补偿，得到增材补偿后的包容块继续进行铣削加工。
在本公开的一些实施例中，所述实测加工量Δ大于所述最小加工余量δ1，对所述第一目标零件进行增材补偿，得到增材补偿后的包容块继续进行铣削加工还包括：
对理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型进行布尔运算，得到待补偿区域的三维模型；
基于所述待补偿区域的三维模型，对所述第一目标零件表面进行熔融沉积，得到第二目标零件；
判断所述第二目标零件三维模型是否与所述包容块的三维模型相匹配；
所述第二目标零件的三维模型与所述包容块的三维模型相匹配，停止对所述第一目标零件表面进行熔融沉积；
重新对所述包容块进行铣削加工。
在本公开的一些实施例中，所述判断第一目标零件的精度是否满足预设精度，还包括：
第一目标零件的精度不满足预设精度；
判断第一目标零件的实测加工量Δ是否小于包容块的最小加工余量δ1；其中，所述实测加工量Δ为所述第一目标零件相对于所述包容块的距离，所述最小加工余量δ1为由所述包容块加工至所述第一目标零件的最小加工余量；
所述实测加工量Δ小于所述最小加工余量δ1，继续进行铣削加工。
在本公开的一些实施例中，所述判断第一目标零件的精度是否满足预设精度，还包括：
第一目标零件的精度满足预设精度，则结束加工。
在本公开的一些实施例中，所述在所述待补偿区域对所述第一目标零件表面进行熔融沉积，得到第二目标零件，包括：
在所述待补偿区域同轴送粉头将金属粉喷入激光束熔融沉积至所述第一目标零件表面。
在本公开的一些实施例中，所述对理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型进行布尔运算，得到待补偿区域的三维模型包括：
在三维建模软件中，分别构建理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型；
在三维建模软件中，对所述理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型进行布尔运算，得到待补偿区域的三维模型。
在本公开的一些实施例中，判断第一目标零件的精度是否满足预设精度前还包括：
在所述第一目标零件上设置多个测量点，多个所述测量点连接为测量路径，测头沿测量路径对第一目标零件进行测量，得到第一目标零件的精度。
在本公开的一些实施例中，所述铣削加工的切削方式为干式切削。
在本公开的一些实施例中，所述包容块的加工余量为δ，所述加工余量δ为由所述包容块加工至所述第一目标零件的加工余量，其中，0.3mm＜δ＜0.5mm。
在本公开的一些实施例中，所述预设精度一般高于0.05mm。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本公开零件加工方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
(1)本公开能够在零件加工时发生扭转、弯曲、偏移等变形情况后，并且毛坯已经不能包容三维理论模型时，采用增材制造的方式在已加工零件表面进行补偿，填充包容块继续进行精度补偿，对发生变形不能满足精度要求的零件进行增材补偿，避免传统加工方式下昂贵毛坯的浪费。
(2)由于弱刚性零件加工时极易发生变形，导致加工精度低下，本公开能够有效降低弱刚性零件加工的废品产生率，提高加工精度。
(3)本公开中增材补偿在零件应力充分释放的情况下进行，而非采用外力强行校直的方法，其残余应力较小，从而因残余应力导致的零件形变也会较小，有利于零件精度的保持。
附图说明
图1a为本公开第一实施例零件加工方法的示意图。
图1b为实测加工量大于最小加工余量时，对第一目标零件进行增材补偿，得到补偿后的包容块的示意图。
图2为本公开第一实施例中例铣削加工后变形示意图。
图3为本公开第一实施例中包容块、第一目标零件及理想零件的局部模型示意图。
图4为本公开第一实施例中沿同轴送粉头运动方向将金属粉喷入激光束熔融沉积至所述第一目标零件表面的结构示意图。
图5为本公开第一实施例中对所述第一目标零件进行增材补偿后的包容块。
图6为本公开第一实施例中测头沿测量路径对第一目标零件进行测量的结构示意图。
【附图中本公开实施例主要元件符号说明】
1-理想零件；
2-第一目标零件；
3-铣刀；
4-包容块；
5-同轴送粉头；
6-同轴送粉头运动方向；
7-测头。
具体实施方式
本公开提供了一种零件加工方法，包括对零件毛坯进行铣削加工，得到包容块；对包容块进行铣削加工，得到第一目标零件；判断第一目标零件的精度是否满足预设精度；第一目标零件的精度不满足预设精度，判断第一目标零件的实测加工量是否小于包容块的最小加工余量；实测加工量大于最小加工余量，对第一目标零件进行增材补偿，得到补偿后的包容块继续进行铣削加工。对发生变形不能满足精度要求的零件进行增材补偿，避免传统加工方式下昂贵毛坯的浪费。本公开对发生变形不能满足精度要求的零件进行增材补偿，避免传统加工方式下昂贵毛坯的浪费，将增材与减材加工技术进行融合。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。
近年来快速发展的增材制造技术以及增减材复合制造技术为解决弱刚性零件加工难以控制的难题提供了有力的帮助。国际著名的航空发动机公司GE经经过先进的设计结合增材制造技术制造的传感器、热交换器、颗粒粉利器、第五六级透平低压叶片、燃油喷嘴等运用于世界的最大的商用发动机GE9X上，并使得先进的涡桨发动机燃烧试验从12个月缩短到6个月，发动机总体减重5％，燃油消耗降低20％，零部件由855件减少到12件。目前在飞机座椅支座、腹鳍接头、起落架、翼肋构件等飞机零部件上都达到了装机应用的程度。
在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种零件加工方法。图1为本公开实施例零件加工方法的示意图。如图1所示，本公开零件加工方法包括：
步骤S110，铣刀3对零件毛坯进行铣削加工，得到包容块4，如图2所示。
具体的，根据理想零件1的三维模型编制数控加工程序，对零件毛坯进行铣削加工。铣削加工的切削方式为干式切削。
本实施例中，零件毛坯的刚度差，加工过程极易发生弯曲、扭转等变形情况而导致加工合格率低，可见本公开实施例更适合于弱刚性零件的加工，利于克服弱刚性零件加工变形难以控制的问题。
步骤S120，铣刀3对包容块4进行铣削加工，得到第一目标零件2，如图3所示。
步骤S130，判断第一目标零件2的精度是否满足预设精度。预设精度一般大于0.008mm。
步骤S140，第一目标零件2的精度不满足预设精度，判断第一目标零件2的实测加工量Δ是否小于包容块4的最小加工余量δ1。如图3所示，实测加工量Δ为第一目标零件2相对于包容块4的距离。最小加工余量δ1为由包容块4加工至第一目标零件2的最小加工余量。最大加工余量δ2为由包容块4加工至第一目标零件2的最大加工余量。
具体在本实施例中，包容块的加工余量为δ，其中，0.3mm＜δ＜0.5mm。加工余量δ为由包容块加工至第一目标零件的加工余量。
步骤S150，实测加工量Δ大于最小加工余量δ1，对第一目标零件2进行增材补偿，得到补偿后的包容块4。实测加工量Δ大于最小加工余量δ1，说明此时第一目标零件已经不能包容理想零件1，需要在第一目标零件进行增材加工，使得加工后得到的第二目标零件(补偿后的包容块)再次包容理想零件1。至此增材加工结束。
步骤S160，返回步骤S120重新对补偿后的包容块4进行铣削加工。至此增材加工结束后，重新开始减材加工。可多次重复测量-补偿-精加工步骤，直到第一目标零件2的精度满足预设精度，则结束加工。
其中，如图1b所示，步骤S150还包括：
子步骤S151，对理想零件1的三维模型与包容块4的三维模型进行布尔运算，得到待补偿区域的三维模型。
关于三维模型需要说明的是，在三维建模软件如UG等中，构建理想零件、包容块、第一目标零件等的三维模型。
子步骤S152，在待补偿区域对第一目标零件2表面进行熔融沉积，得到第二目标零件。具体的，在待补偿区域，沿同轴送粉头运动方向6，同轴送粉头5将金属粉喷入激光束熔融沉积至第一目标零件2表面(如图4所示)，得到第二目标零件(如图5所示)。
子步骤S153，判断第二目标零件三维模型是否与包容块4的三维模型相匹配。
子步骤S154，第二目标零件三维模型与包容块4的三维模型相匹配，停止在待补偿区域对第一目标零件2表面进行熔融沉积，得到补偿后的包容块4，返回步骤S120。
其中，步骤S130前还包括：
步骤S170：在第一目标零件2上设置多个测量点，多个测量点连接为测量路径，测头7沿测量路径对第一目标零件2进行测量，得到第一目标零件的精度，如图6所示。
在本公开的第二个示例性实施例中，提供了一种零件加工方法，包括：
对零件毛坯进行铣削加工，得到包容块4。
对包容块4进行铣削加工，得到第一目标零件2。
判断第一目标零件2的精度是否满足预设精度。
第一目标零件2的精度不满足预设精度，判断第一目标零件2的实测加工量Δ是否小于包容块的最小加工余量δ1。
其中，实测加工量Δ为第一目标零件2相对于包容块4的距离。最小加工余量δ1为由包容块4加工至第一目标零件2的最小加工余量；
实测加工量Δ小于最小加工余量δ1，继续进行铣削加工。实测加工量Δ小于最小加工余量δ1，说明此时第一目标零件还可以包容理想零件1，不需要在第一目标零件进行增材加工，可以继续进行铣削加工。
在本公开的第三个示例性实施例中，提供了一种零件加工方法，包括：
对零件毛坯进行铣削加工，得到包容块4。
对包容块4进行铣削加工，得到第一目标零件2。
判断第一目标零件2的精度是否满足预设精度。
第一目标零件2的精度满足预设精度，则结束加工。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开零件加工方法有了清楚的认识。
综上所述，本公开提供一种对发生变形不能满足精度要求的零件进行增材补偿的零件加工方法，克服了由于弱刚性零件加工时极易发生变形，导致加工精度低下的问题，能够有效降低弱刚性零件加工的废品产生率，提高加工精度，在弱刚性零件制造领域具有广泛的应用前景。
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种零件加工方法，包括：
对零件毛坯进行铣削加工，得到包容块；
对包容块进行铣削加工，得到第一目标零件；
判断第一目标零件的精度是否满足预设精度；
所述第一目标零件的精度不满足预设精度，判断第一目标零件的实测加工量Δ是否小于包容块的最小加工余量δ1；其中，所述实测加工量Δ为所述第一目标零件相对于所述包容块的距离；所述最小加工余量δ1为由所述包容块加工至所述第一目标零件的最小加工余量；
所述实测加工量Δ大于所述最小加工余量δ1，对所述第一目标零件进行增材补偿，得到增材补偿后的包容块继续进行铣削加工。
2.根据权利要求1所述的零件加工方法，其中，所述实测加工量Δ大于所述最小加工余量δ1，对所述第一目标零件进行增材补偿，得到增材补偿后的包容块继续进行铣削加工还包括：
对理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型进行布尔运算，得到待补偿区域的三维模型；
基于所述待补偿区域的三维模型，对所述第一目标零件表面进行熔融沉积，得到第二目标零件；
判断所述第二目标零件三维模型是否与所述包容块的三维模型相匹配；
所述第二目标零件的三维模型与所述包容块的三维模型相匹配，停止对所述第一目标零件表面进行熔融沉积；
重新对所述包容块进行铣削加工。
3.根据权利要求1所述的零件加工方法，其中，所述判断第一目标零件的精度是否满足预设精度，还包括：
第一目标零件的精度不满足预设精度；
判断第一目标零件的实测加工量Δ是否小于包容块的最小加工余量δ1；其中，所述实测加工量Δ为所述第一目标零件相对于所述包容块的距离，所述最小加工余量δ1为由所述包容块加工至所述第一目标零件的最小加工余量；
所述实测加工量Δ小于所述最小加工余量δ1，继续进行铣削加工。
4.根据权利要求1所述的零件加工方法，其中，所述判断第一目标零件的精度是否满足预设精度，还包括：
第一目标零件的精度满足预设精度，则结束加工。
5.根据权利要求2所述的零件加工方法，其中，所述基于所述待补偿区域的三维模型，对所述第一目标零件表面进行熔融沉积，得到第二目标零件，包括：
在所述待补偿区域同轴送粉头将金属粉喷入激光束熔融沉积至所述第一目标零件表面。
6.根据权利要求2所述的零件加工方法，其中，所述对理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型进行布尔运算，得到待补偿区域的三维模型包括：
在三维建模软件中，分别构建理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型；
在三维建模软件中，对所述理想零件的三维模型与所述包容块的三维模型进行布尔运算，得到待补偿区域的三维模型。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的零件加工方法，其中，判断第一目标零件的精度是否满足预设精度前还包括：
在所述第一目标零件上设置多个测量点，多个所述测量点连接为测量路径，测头沿测量路径对第一目标零件进行测量，得到第一目标零件的精度。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的零件加工方法，其中，所述铣削加工的切削方式为干式切削。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的零件加工方法，其中，所述包容块的加工余量为δ，所述加工余量δ为由所述包容块加工至所述第一目标零件的加工余量，其中，0.3mm＜δ＜0.5mm。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的零件加工方法，其中，所述预设精度高于0.05mm。
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