CN112676766B

CN112676766B - 一种基于零点编程的钛合金壳体类零件高效加工方法

Info

Publication number: CN112676766B
Application number: CN201910986600.2A
Authority: CN
Inventors: 齐峰; 兰起洪; 谢光余; 董晓; 李忠峰; 陈建新; 袁智睿; 龙钦强; 张拥军; 王彦伟
Original assignee: Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Current assignee: Luoyang Institute of Electro Optical Equipment AVIC
Priority date: 2019-10-17
Filing date: 2019-10-17
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2039-10-17
Also published as: CN112676766A

Abstract

本发明属于机械精密制造技术领域，涉及一种基于零点编程的钛合金壳体类零件高效加工方法。本发明公布了一种基于零点编程的钛合金壳体类零件高效加工方法，主要通过设计加工工艺、制作加工工装、设置切削参数、选取切削刀具以及零点编程实现钛合金壳体类零件的大余量加工，并保证在一次装夹的情况下，完成五个面的加工，旨在解决钛合金壳体类零件在成型加工时，加工效率低、加工质量差和刀具磨损严重的问题。本发明对于薄壁、高精度和异型钛合金壳体类零件的成型加工具有指导意义，大大缩短了产品的研发生产周期和生产成本，具有广泛的推广应用价值。

Description

一种基于零点编程的钛合金壳体类零件高效加工方法

技术领域

本发明属于机械精密制造技术，涉及一种基于零点编程的钛合金壳体类零件高效加工方法。

背景技术

在航空结构组件中，由于受到装配空间、产品重量等的限制，往往会有很多壳体类零部件。壳体类零件的特点一般是：

①形状结构复杂，且各特征面之间尺寸、形位公差要求严格，精度等级在IT6级以上；

②有薄壁部分，虎钳、压板等夹紧易变形。

钛合金具有其出色的机械性能、耐高温、耐腐蚀和强重比，目前已被广泛应用于航空航天领域，但其加机械加工性较差，加工刀具磨损严重，特别是对于复杂零件，需要进行多次装夹，加工准备周期长，很难实现对钛合金壳体类零件的高效加工。

发明内容

为了解决上述问题，本发明针对钛合金壳体类零件的大余量切削加工特点，提供一种通用的保证此类零件在效率、质量、精度、成本等要求的加工方法、作业原则用于指导钛合金材料零件的加工，加快了工艺编制速度，提高了数控编程与加工效率。

本发明的技术方案是：一种基于零点编程的钛合金壳体类零件高效加工方法，包括以下步骤：

步骤1：根据零件的理想精度要求确定工艺路线；工艺路线采用粗铣→半精铣→精铣中的一步或一步以上；

其中粗铣用于实现大余量加工；半精铣则是进一步去除各特征余量，对精度要求不高的特征可直接加工至理想精度；精铣采用小切削量和小刀具，用于保证零件最终的精度要求；

步骤2：依据零件结构特征，设计加工工装；加工工装的基准底面平面度不大于0.008mm，装夹配合面与基准面的平行度不大于0.01mm，配合面与定位侧面的垂直度不超过0.01mm；

步骤3：设置零件的定位面的基准面型；其中精加工时，零件定位面的平面度不大于0.005mm；

步骤4：使用螺钉和平行压块进行加工工装和零件的装夹；并对零件进行完全定位；

步骤5：选取合适刀具和设置适当加工参数，采用步骤1中确定好的工艺路线完成零件的成型加工；

步骤6：采用零点自动跟踪的方式，减少零件多次装夹的调整时间。

优选的，所述步骤2中加工工装上设置有与零件结构相适应的螺纹孔，用于零件的装夹和定位。

优选的：步骤4中对零件的装夹要求为：

1)粗加工阶段采用大夹紧力，保证大切削力加工过程中零件不会松动；精加工阶段采用小夹紧力，保证零件不会装夹变形；

2)所述夹紧力作用于零件刚性较好的部位，且施力点根据零件结构设置为最多数量；

3)零件为刚性较差的薄壁结构时增加适当的辅助装置。

优选的，步骤5中合适刀具的选取方法为：

1)成型加工阶段的刀具具有刚性好、抗振性好、耐磨性好和成本低的特点；

2)在粗铣和半精铣过程中均选用直径为20mm的4齿硬质合金直柄立铣刀；

3)精铣选用直径为10mm-12mm的4齿硬质合金直柄立铣刀，钻头选用硬质合金钻头。

优选的：其特征在于步骤5中切削参数的设置要求为：

1)刀具直径在12mm以上，主轴转速N＝2000r/min，进给速度F＝600mm/min，用刀具底刃切削时刀具覆盖率63％，ap＝0.3d，用刀具侧刃切削时ae＝0.5mm-0.8mm，ap＝2d，(d＝刀具直径)；

2)刀具直径在8mm-12mm，主轴转速N＝4000r/min，其它参数同上；

3)刀具直径在4mm-8mm，主轴转速N＝6000r/min，其它参数同上；

4)精加工要求主轴转速N＝2000r/min，进给速度F＝400mm/min，用刀具底刃切削时刀具覆盖率63％，ap＝0.1d，用刀具侧刃切削时ae＝0.2mm-0.5mm，ap＝2d，(d＝刀具直径)。

优选的：步骤6中实现零点自动跟踪的自动计算公式为：

X＝(E21-E4)*COS(E7)+(E22-E5)*SIN(E7)+E4-E1；

Y＝(E22-E5)*COS(E7)*COS(E8)-(E21-E4)*SIN(E7)*COS(E8)-E2+(E23-E6)*SIN(E8)+E5；

Z＝(E23-E6)*COS(E8)-(E22-E5)*COS(E7)*SIN(E8)+(E21-E4)*SIN(E7)*SIN(E8)+E6-E3；

其中：E1、E2和E3分别为数控机床X、Y和Z轴的机械零点坐标值；

E4、E5和E6分别为数控机床X、Y和Z轴绕A和C轴的旋转坐标值；

E7和E8分别为数控机床A和C轴的旋转角度值；

E21、E22和E23分别为数控机床X、Y和Z轴的计算偏置值；

(X，Y，Z)为寻找到的新的零点坐标值。

发明的有益效果：

制作专用工装，配合适当的装夹方式，实现零件一次装夹后，能够完成多个面的加工，同时保证所有面的加工精度，实现加工效率的大幅度提升。

本发明对于薄壁、高精度和异型钛合金壳体类零件的成型加工具有指导意义，大大缩短了产品的研发生产周期和生产成本，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明中钛合金壳体的结构示意图；

图2为本发明中加工工装的设计示意图三视图；

图3为本发明中零件与工装的装配示意图，其中：1、工作台；2、加工工装；3、钛合金壳体；4、平行压块；5、螺钉。

具体实施方式

本发明是针对一种钛合金壳体3类零件的结构特点，设计加工工艺、制作加工工装2(如图2所示)、设置切削参数、选取切削刀具以及零点编程，保证零件加工效率与加工质量要求。

图1是典型的光电类壳体结构，两边是带腰型槽紧固用的平面，中间是高精度的台阶内孔和一个带退刀槽的螺纹孔，装夹底面有一个深0.5mm的台阶。

装夹方案：

1)粗加工阶段利用装夹底面设计有的装夹孔用螺钉5装夹于专用加工工装2上，两侧再用平行压块4夹紧，此时的装夹位置可以加工到全部台阶孔和部分外形，如图3所示；

2)然后利用工作台1旋转加工两侧壁外形，此时需要倒平行压块4，把要加工面的平行压块4拆掉，在中间台阶内孔上压一个平行压块4；

3)工作台1再度旋转即可加工另一个侧壁，此装夹方案可在一次定位、一次装夹中完成台阶内孔和外形的加工，使得加工效率和加工精度大大提高；

4)精加工阶段只需在已加工到尺寸的紧固腰型槽上用螺钉5夹紧即可。

其他参数设置：

加工工装2的基准底面平面度为0.008mm，装夹配合面与基准面的平行度为0.01mm，配合面与定位侧面的垂直度为0.01mm；低于以上数值加工效果更佳；

精加工时，零件定位面的平面度为0.005mm；低于以上数值加工效果更佳。

刀具选取：

1)在粗铣和半精铣过程中均选用直径为20mm的4齿硬质合金直柄立铣刀；

2)精铣阶段选用直径为10mm-12mm的4齿硬质合金直柄立铣刀；

3)钻头选用硬质合金钻头。

加工参数确定：

切削参数选用原则是小的背吃刀量、高转速、快进给，利用立铣刀的侧刃满刀切削，具体切削数据设置如下：

2)刀具直径在8mm-12mm，主轴转速N＝4000r/min，其它参数同1)；

3)刀具直径在4mm-8mm，主轴转速N＝6000r/min，其它参数同1)；

以海德汉MillPlus V330加工系统为例，实现零点跟踪的自动计算公式为：

G93 X＝(E21-E4)*COS(E7)+(E22-E5)*SIN(E7)+E4-E1；

G93Y＝(E22-E5)*COS(E7)*COS(E8)-(E21-E4)*SIN(E7)*COS(E8)-E2+(E23-E6)*SIN(E8)+E5；

G93Z＝(E23-E6)*COS(E8)-(E22-E5)*COS(E7)*SIN(E8)+(E21-E4)*SIN(E7)*SIN(E8)+E6-E3；

E4、E5和E6分别为数控机床X、Y和Z轴绕A和C轴的旋转坐标值；

E7和E8分别为数控机床A和C轴的旋转角度值；

E21、E22和E23分别为数控机床X、Y和Z轴的计算偏置值；

(X，Y，Z)为寻找到的新的零点坐标值。

专业术语解释：ae：切削宽度，ap：切削深度，计算偏置值：新坐标系与老坐标系之间的偏差。

本发明具有下述优点：

1)一次可以完成多个面的成型加工，缩短了零件的加工周期；

2)通过参数编程的方式完成工件零点的自动转换，更换零件时无需重新找正；。

3)得到了一套高效切削钛合金的刀具选取方案和切削参数，大大提高了刀具的使用寿命和钛合金零件的加工质量。

Claims

1.一种基于零点编程的钛合金壳体(3)类零件高效加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤2：依据零件结构特征，设计加工工装(2)；加工工装(2)的基准底面平面度不大于0.008mm，装夹配合面与基准面的平行度不大于0.01mm，配合面与定位侧面的垂直度不超过0.01mm；

步骤4：使用螺钉(5)和平行压块(4)进行加工工装(2)和零件的装夹；并对零件进行完全定位；

步骤6：对零件进行零点自动跟踪，减少零件加工过程中多次装夹的调整时间；

其中：所述步骤6中实现零点自动跟踪的自动计算公式为：

X＝(E21-E4)*COS(E7)+(E22-E5)*SIN(E7)+E4-E1；

Y＝(E22-E5)*COS(E7)*COS(E8)-(E21-E4)*SIN(E7)*COS(E8)-E2+(E23-E6)*SIN(E8)+E5；

Z＝(E23-E6)*COS(E8)-(E22-E5)*COS(E7)*SIN(E8)+(E21-E4)*SIN(E7)*SIN(E8)+E6-E3；

E4、E5和E6分别为数控机床X、Y和Z轴绕A和C轴的旋转坐标值；

E7和E8分别为数控机床A和C轴的旋转角度值；

E21、E22和E23分别为数控机床X、Y和Z轴的计算偏置值；

(X，Y，Z)为寻找到的新的零点坐标值。

2.根据权利要求1所述的一种基于零点编程的钛合金壳体(3)类零件高效加工方法，其特征在于：所述步骤1中粗铣用于实现大余量加工；半精铣用于进一步去除各特征余量，对精度要求不高的特征可直接加工至理想精度；精铣采用小切削量和小刀具，用于保证零件最终的精度要求。

3.根据权利要求2所述的一种基于零点编程的钛合金壳体(3)类零件高效加工方法，其特征在于：所述步骤2中加工工装(2)上设置有螺纹孔；所述螺纹孔与零件的结构相适，所述螺纹孔应用于零件的装夹和定位。

4.根据权利要求3所述的一种基于零点编程的钛合金壳体(3)类零件高效加工方法，其特征在于，步骤4中对零件的装夹要求为：

粗加工阶段采用保证大切削力加工过程中零件不会松动的大夹紧力，精加工阶段采用保证零件不会装夹变形的小夹紧力。

5.根据权利要求4所述的一种基于零点编程的钛合金壳体(3)类零件高效加工方法，其特征在于：

所述夹紧力作用于零件刚性较好的部位且施力点根据零件结构设置为最多数量。

6.根据权利要求1所述的一种基于零点编程的钛合金壳体(3)类零件高效加工方法，其特征在于，所述步骤5中合适刀具的选取方法为：

2)粗铣和半精铣过程中均选用直径为20mm的4齿硬质合金直柄立铣刀；

7.根据权利要求1所述的一种基于零点编程的钛合金壳体(3)类零件高效加工方法，其特征在于，所述步骤5中切削参数的设置要求为：

1)当刀具直径大于时12mm，主轴转速设置为N＝2000r/min，进给速度设置为F＝600mm/min，用刀具底刃切削时刀具覆盖率设置为63％，ap＝0.3d，用刀具侧刃切削时ae＝0.5mm-0.8mm，ap＝2d，d＝刀具直径；

2)当刀具直径在8mm-12mm之间时，主轴转速设置为N＝4000r/min，进给速度设置为F＝600mm/min，用刀具底刃切削时刀具覆盖率设置为63％，ap＝0.3d，用刀具侧刃切削时ae＝0.5mm-0.8mm，ap＝2d，d＝刀具直径；

3)当刀具直径在4mm-8mm之间时，主轴转速N＝6000r/min，进给速度设置为F＝600mm/min，用刀具底刃切削时刀具覆盖率设置为63％，ap＝0.3d，用刀具侧刃切削时ae＝0.5mm-0.8mm，ap＝2d，d＝刀具直径；

4)当采用精加工对零件进行加工时，主轴转速设置为N＝2000r/min，进给速度设置为F＝400mm/min，用刀具底刃切削时刀具覆盖率设置为63％，ap＝0.1d，用刀具侧刃切削时ae＝0.2mm-0.5mm，ap＝2d，d＝刀具直径。