CN112676619A - 一种用于薄壁框零件的铣削方法 - Google Patents

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周涛
李博
贺皑
张云诏
蒙林涛
张垚
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Abstract

本发明公开了一种薄壁框零件的铣削方法，用于飞机薄壁框零件的高效率批量加工，包含以下工序：加工垫块；粗铣框面；无应力修框面的基准面；使用垫块支承零件，精铣光面尺寸到位；拆除垫块，精铣框面尺寸到位。本发明使用垫块支承零件，可以显著增强薄壁框零件在铣削过程中的支承刚度，垫块的自重还可以避免零件在铣削过程中被向上拉起，因而有效地降低零件变形和加工振动，改善表面加工质量；同时，垫块使用方便，可反复多次使用，尤其适用于薄壁框零件的批量加工。

Description

一种用于薄壁框零件的铣削方法
技术领域
本发明涉及一种薄壁框零件的铣削方法，属于机械加工领域。
背景技术
现代飞机的结构强度和重量极大地影响着飞机的工作性能、制造成本、运营成本。随着航空制造技术的发展，越来越多的飞机采用大尺寸的整体式高精度薄壁框零件，这类零件的结构强度和重量指标远优于过去使用的铆接组合件。薄壁框零件主要包含两个不同结构形式的表面：一侧为光面；另一侧为框面，框面布置了许多筋条和缘条，因而形成多个框格。在加工光面时，由于处于背面的框格没有材料作为支撑，装夹刚度不足；工件此时已被去除大部分多余材料，工件自重不足以抵消刀具产生的向上拉力，导致工件被向上拉起，产生接刀不平缺陷。在铣削过程中，工件容易发生变形和移位，并且伴随加工振动现象，严重降低了光面的表面质量。
传统的工艺方法在加工光面时，通常采用增加框面工艺余量的方式，在光面余量不大于5mm的情况下，使用大直径刀具轴向不分层，一次将光面尺寸加工到位。但是该方法存在明显的不足之处：（1）增大框面工艺余量意味着增加了材料的去除量，降低加工效率；（2）零件依旧存在装夹刚度不足和自重不足的问题，难以获得理想的表面质量。
传统工艺方法带来的效率低下、表面质量差等问题严重降低了薄壁框零件的加工质量，无法满足我国快速发展的军民用飞机市场对于此类零件的巨大需求，因而开发新型加工工艺具有重要意义。
发明内容
针对薄壁框零件的现有加工工艺存在的效率低、表面质量差等问题，本发明提出了一种适用于薄壁框零件的高效率、低成本、高质量数控加工方法。
本发明的技术方案为：
一种用于薄壁框零件的铣削方法，步骤为：
S1 加工垫块：依据零件的框面4上框格7的尺寸，加工垫块6；
S2粗铣框面：零件毛坯经过粗加工后得到框面4结构，框面4包含筋条3、缘条2以及腹板1；
S3无应力修框面的基准面：以光面5朝下的方式定位，无应力装夹工件，铣削筋条3与缘条2的顶面；
S4 精铣光面：使用粘接剂将垫块6分别粘贴在各个框格7内部，然后以框面4朝下的方式定位，无应力装夹工件，精铣光面5尺寸到位；
S5 精铣框面：将垫块6拆离零件，然后以光面5朝下的方式进行装夹定位，精铣框面4尺寸到位。
所述步骤S2中，粗铣框面加工完成后留有工艺余量大于2mm。
所述垫块为铝合金材料。
所述步骤S4精铣光面中，使用的粘接剂为α-氰基丙烯酸酯胶粘剂。
所述每个垫块6的外形对应框格7的内形，框格7的底面具有n条边，各边的边长依次为Xi1≤i≤n，底角半径为R，框格7的高度为H，框格7的腹板精加工余量为s；垫块6的底面具有m条边，各边的边长依次为Yj1≤j≤m，垫块7的高度为h；
则垫块6的底边数量m与框格7的底边数量n之间的关系如下：
m=n
垫块6的底边长Yj与框格7的底边长Xi、底角半径R之间满足以下关系：
Xi-2R-20mm≤Yj≤Xi-2R-5mm，其中i=j
垫块6的高度h与框格7的高度H、框格7的腹板精加工余量s，符合以下关系：
h=H-s。
本发明具有以下显著优点：
用垫块粘接在框格底面之后，填充了框格的内部空间，在铣削光面时，框格底面不再处于悬空状态，极大地增强了框格所在区域的支承刚度，垫块的自重还可以避免工件被刀具向上拉起。因而零件的变形小，加工稳定，光面的表面质量好；垫块结构简单，材料为铝合金，加工工艺性好，成本低；垫块的装卸过程简单，并且可以反复多次使用，特别适用于零件的批量生产。
附图说明
图1是零件框面结构及框面定位的示意图。
图2是零件光面结构及光面定位的示意图。
图3是成组专用垫块与零件装配的示意图。
图4是成组专用垫块与零件装配的剖视图。
图5是零件框面上框格的示意图。
图6是成组专用垫块的垫块结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
本发明一种用于薄壁框零件的铣削方法的工艺路线如下：
第一步：按照零件经过第三步加工后形成的各个框格7的工艺尺寸，选用铝合金材料，加工成组的垫块6。
第二步：粗铣框面4，去除框面4的大部分多余材料，形成多个筋条3、缘条2以及腹板1，它们围成了若干框格7，加工后留有大于2mm的精加工余量。
第三步：以光面5朝下的方式定位，无应力装夹工件，铣削筋条3与缘条2的顶面，获得框面4的基准面。
第四步：在框格7和垫块6的底面分别涂抹α-氰基丙烯酸酯胶粘剂，将各个垫块6与对应框格7粘为一体，然后以框面4朝下的方式定位，无应力装夹工件，精铣光面5尺寸到位。
第五步：将垫块6拆离零件，然后以光面5朝下的方式进行装夹定位，精铣框面4尺寸到位。
其中，垫块6的结构形式与三维尺寸定义如下：
1）垫块为若干相互独立的垫块，垫块6的数量等于框格7的数量，一个垫块8只用于一个框格7。
2）每个垫块8的外形相似于对应框格7的内形；框格7的底面具有n条边，各边长依次为Xi1≤i≤n，底角半径为R，框格7的高度为H，框格7的腹板精加工余量为s；垫块6的底面具有m条边，各边长依次为Yj1≤j≤m，垫块6的高度为h。
则垫块6的底边数量m与框格7的底边数量n之间的关系如下：
m=n
垫块6的底边长Yj与框格7的底边长Xi、底角半径R之间满足以下关系：
Xi-2R-20mm≤Yj≤Xi-2R-5mm，其中i=j
垫块6的高度h与框格7的高度H、框格7的腹板精加工余量s，符合以下关系：
h=H-s。
实施例2
本发明薄壁框零件的铣削方法，具体实施过程如下：
1加工成组专用垫块
一个垫块6只用于一个框格7。每个垫块6的外形相似于对应框格7的内形。框格7的底面具有4条边，各边长依次为Xi1≤i≤4，底角半径为R，框格7的高度为H，框格7的腹板精加工余量为3mm；垫块6的底面同样具有4条边，各边长依次Yj1≤j≤4，垫块6的高度为h。
垫块6的底边长Yj与框格7的底边长Xi、底角半径R之间满足以下关系：
X1-2R-20mm≤Y1≤X1-2R-5mm
X2-2R-20mm≤Y2≤X2-2R-5mm
X3-2R-20mm≤Y3≤X3-2R-5mm
X4-2R-20mm≤Y4≤X4-2R-5mm
垫块6的高度h与框格7的高度H符合以下关系：
h=H-3
2粗铣框面
以光面5定位，去除框面4的大部分多余材料，加工得到的筋条3、缘条2与腹板1围成多个框格，加工后留有精加工余量3mm。
3无应力修框面的基准面
以光面5朝下的方式定位，无应力装夹工件，铣削筋条3与缘条2的顶面，形成框面4的基准面，用于精加工光面5。
4精铣光面
在框格7和垫块6的底面分别涂抹502胶，将各个垫块8与对应框格7粘为一体，然后以框面4朝下的方式定位，无应力装夹工件，精铣光面5尺寸到位。
由于6垫块6填充了框格7的内部空间，在铣削过程中框格7不再处于悬空状态，极大地增强了零件的支承刚度，垫块6的自重还可以避免工件被刀具向上拉起，因此降低了零件变形和加工振动，显著提升了光面5的加工质量。
5精铣框面
使用橡皮锤将垫块6与零件分离开来，再涂抹除胶剂去除附着于6垫块6与零件表面的残余固化胶。零件以光面5朝下的方式进行装夹定位，精铣框面4尺寸到位。

Claims (5)

1.一种用于薄壁框零件的铣削方法，步骤为：
S1 加工垫块：依据零件的框面（4）上框格（7）的尺寸，加工垫块（6）；
S2粗铣框面：零件毛坯经过粗加工后得到框面（4）结构，框面（4）包含筋条（3）、缘条（2）以及腹板（1）；
S3无应力修框面的基准面：以光面（5）朝下的方式定位，无应力装夹工件，铣削筋条（3）与缘条（2）的顶面；
S4 精铣光面：使用粘接剂将垫块（6）分别粘贴在各个框格（7）内部，然后以框面（4）朝下的方式定位，无应力装夹工件，精铣光面（5）尺寸到位；
S5 精铣框面：将垫块（6）拆离零件，然后以光面（5）朝下的方式进行装夹定位，精铣框面（4）尺寸到位。
2.根据权利要求1所述的一种用于薄壁框零件的铣削方法，其特征在于，所述步骤S2中，粗铣框面加工完成后留有工艺余量大于2mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于薄壁框零件的铣削方法，其特征在于，所述垫块为铝合金材料。
4.根据权利要求1所述的一种用于薄壁框零件的铣削方法，其特征在于，所述步骤S4精铣光面中，使用的粘接剂为α-氰基丙烯酸酯胶粘剂。
5.根据权利要求1所述的一种用于薄壁框零件的铣削方法，其特征在于，每个垫块（6）的外形相似于对应框格（7）的内形，框格（7）的底面具有n条边，各边的边长依次为Xi（1≤i≤n），底角半径为R，框格（7）的高度为H，框格（7）的腹板精加工余量为s；垫块（6）的底面具有m条边，各边的边长依次为Yj（1≤j≤m），垫块（7）的高度为h；
则垫块（6）的底边数量m与框格（7）的底边数量n之间的关系如下：
m=n
垫块（6）的底边长Yj与框格（7）的底边长Xi、底角半径R之间满足以下关系：
Xi-2R-20mm≤Yj≤Xi-2R-5mm，其中i=j
垫块（6）的高度h与框格（7）的高度H、框格（7）的腹板精加工余量s，符合以下关系：h=H-s 。
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