CN112719785B - 一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法及系统，包括：步骤M1：根据铝基复合材料毛坯的表面积大小与异型螺母零件外形尺寸的表面积大小，规划可加工异型螺母零件数量，得到异型螺母零件位置分布图；步骤M2：根据异型螺母零件位置分布图，分割出异型螺母零件半成品；步骤M3：利用具有主轴定向功能的数控车削中心与异型螺母车削专用装夹工装实现异型螺母零件半成品核心特征梯形内螺纹的加工；步骤M4：完成异型螺母零件全部特征的加工。本发明将原来一件原材料毛坯只能加工一件异型螺母改变为一件原材料毛坯可以加工三件异型螺母，使原材料利用率提升200％；为整个空间站太阳翼机构节省原材料成本2000万以上。

Description

一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法及系统

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体地，涉及一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法及系统。

背景技术

伴随着我国空间站型号任务的逐步开展，一种全新构型的太阳电池翼机构应运而生。太阳电池翼作为整个空间站的供电核心，全国首次研制，难度大、技术状态新，由上万个零部件组装而成。为保证太阳电池翼整体强度，并尽最大可能降低整体重量，大量应用了铝基复合材料零件。其中，实现太阳电池翼重复展开功能的关键构件，铝基复合材料异型螺母的应用数量超过了两千件。

铝基复合材料的优点明显，密度仅为钢的三分之一，强度超过中碳钢，同时还有具有较高的耐磨性，极其符合太阳电池翼机构的选材要求。然而，铝基复合材料为典型难加工材料，由于材料中含有SiC颗粒，给切削带来极大的困难，精加工过程中只能采用昂贵的金刚石刀具。最重要的是铝基复合材料自身价格极其昂贵，单价约4300/kg，单价是普通铝合金锻件的50倍，钛合金锻件的10倍。

目前，梯形内螺纹的加工方法主要有车削、铣削方式。然而，通过铣削方法加工的铝基复合材料梯形内螺纹精度较低，无法满足太阳电池翼使用要求。因此，异型螺母传统的加工方案是先通过数控车床加工出梯形内螺纹部分，然后，通过电火花线切割、五轴数控机床加工完成异型螺母其他部位的加工。由于车削梯形内螺纹时，梯形内螺纹回转中心、工件圆心、数控车床回转中心三者保持一致，否则无法加工出梯形内螺纹。由于只有整个梯形内螺纹部分的三分之一被使用，但要求每一段螺纹的起始段都是完整的梯形螺纹。因此，一块完整的圆饼状铝基复合材料在加工完成梯形内螺纹后只有三分之一被有效利用，导致原材料利用率低，致使异型螺母的材料成本大幅上升，单价原材料成本约14190元。综合考虑，由于整个空间站太阳翼机构使用了约2600件异型螺母，整体材料费超过3600多万元。

为了最大限度地降低异型螺母原材料成本，提升原材料利用率，因此，亟需一种全新的加工方法，解决铝基复合材料异型螺母零件的制造难题，大幅度降低零件制造成本。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法及系统。

根据本发明提供的一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法，包括：

步骤M1：根据铝基复合材料毛坯的表面积大小与异型螺母零件外形尺寸的表面积大小，规划可加工异型螺母零件数量，得到异型螺母零件位置分布图；

步骤M2：根据异型螺母零件位置分布图，分割出异型螺母零件半成品；

步骤M3：利用具有主轴定向功能的数控车削中心与异型螺母车削专用装夹工装实现异型螺母零件半成品核心特征梯形内螺纹的加工；

步骤M4：完成异型螺母零件全部特征的加工。

优选地，所述步骤M1包括：

步骤M1.1：单个铝基复合材料毛坯的表面积为S_mp，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形表面积为S_1m，则单个铝基复合材料毛坯可加工异型螺母的最大数量为

N取正整数；

步骤M1.2：单个铝基复合材料毛坯外形由多边形D_mp表示，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形由多边形D_1mi(i＝1,2,......,N)表示，异型螺母零件梯形螺纹的回转中心为O_i(i＝1,2,......,N)，将第一个异型螺母零件D_1m1放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，要求第一个异型螺母回转中心O₁距毛坯多边形D_mp边长距离最短，记录多边形D_1m1在多边形D_mp中的位置；

步骤M1.3：将第二个异型螺母零件D_1m2放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第二个异型螺母回转中心O₂为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第二个异型螺母零件D_1m2与第一个异型螺母零件D_1m1在不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2在铝基复合材料毛坯D_mp中的位置；

步骤M1.4：依次将第i个异型螺母零件D_1mi放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第i个异型螺母回转中心O_i为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第i个异型螺母零件D_1mi与i-1个多边形不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2、……、D_1mi在多边形D_mp中的位置；直至i≤N,且异型螺母零件进行多次多边形旋转平移变换后无法找到在多边形D_mp中的位置，则结束判定。

优选地，所述步骤M2包括：根据异型螺母零件位置分布图，利用电火花线切割方法将异型螺母零件外形分割，得到多个异型螺母零件半成品。

优选地，所述步骤M3包括：

步骤M3.1：选择具有主轴定向功能的数控车削中心加工梯形内螺纹；

步骤M3.2：设置梯形内螺纹车削专用装夹工装，使梯形内螺纹回转中心、工装回转中心、数控车床回转中心保持一致，并将异型螺母零件、装夹工装安装至数控车削中心上；

步骤M3.3：编制梯形内螺纹车削数控程序，要求梯形内螺纹进刀点位于指定位置，设定加工原点，并完成梯形内螺纹的车削加工。

优选地，所述步骤M4包括：

步骤M4.1：校正已加工完成异型内螺母梯形螺纹回转中心，利用电火花线切割设备完成异型螺母梯形螺纹的分割，并完成除螺纹特征外的异型螺母零件外形轮廓的加工；

步骤M4.2：设计异型螺母专用铣削装夹工装，利用多轴数控加工中心，完成异型螺母剩余所有特征的加工要求。

根据本发明提供的一种铝基复合材料异型螺母零件的加工系统，包括：

模块M1：根据铝基复合材料毛坯的表面积大小与异型螺母零件外形尺寸的表面积大小，规划可加工异型螺母零件数量，得到异型螺母零件位置分布图；

模块M2：根据异型螺母零件位置分布图，分割出异型螺母零件半成品；

模块M3：利用具有主轴定向功能的数控车削中心与异型螺母车削专用装夹工装实现异型螺母零件半成品核心特征梯形内螺纹的加工；

模块M4：完成异型螺母零件全部特征的加工。

优选地，所述模块M1包括：

模块M1.1：单个铝基复合材料毛坯的表面积为S_mp，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形表面积为S_1m，则单个铝基复合材料毛坯可加工异型螺母的最大数量为

N取正整数；

模块M1.2：单个铝基复合材料毛坯外形由多边形D_mp表示，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形由多边形D_1mi(i＝1,2,......,N)表示，异型螺母零件梯形螺纹的回转中心为O_i(i＝1,2,......,N)，将第一个异型螺母零件D_1m1放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，要求第一个异型螺母回转中心O₁距毛坯多边形D_mp边长距离最短，记录多边形D_1m1在多边形D_mp中的位置；

模块M1.3：将第二个异型螺母零件D_1m2放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第二个异型螺母回转中心O₂为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第二个异型螺母零件D_1m2与第一个异型螺母零件D_1m1在不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2在铝基复合材料毛坯D_mp中的位置；

模块M1.4：依次将第i个异型螺母零件D_1mi放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第i个异型螺母回转中心O_i为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第i个异型螺母零件D_1mi与i-1个多边形不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2、……、D_1mi在多边形D_mp中的位置；直至i≤N,且异型螺母零件进行多次多边形旋转平移变换后无法找到在多边形D_mp中的位置，则结束判定。

优选地，所述模块M2包括：根据异型螺母零件位置分布图，利用电火花线切割方法将异型螺母零件外形分割，得到多个异型螺母零件半成品。

优选地，所述模块M3包括：

模块M3.1：选择具有主轴定向功能的数控车削中心加工梯形内螺纹；

模块M3.2：设置梯形内螺纹车削专用装夹工装，使梯形内螺纹回转中心、工装回转中心、数控车床回转中心保持一致，并将异型螺母零件、装夹工装安装至数控车削中心上；

模块M3.3：编制梯形内螺纹车削数控程序，要求梯形内螺纹进刀点位于指定位置，设定加工原点，并完成梯形内螺纹的车削加工。

优选地，所述模块M4包括：

模块M4.1：校正已加工完成异型内螺母梯形螺纹回转中心，利用电火花线切割设备完成异型螺母梯形螺纹的分割，并完成除螺纹特征外的异型螺母零件外形轮廓的加工；

模块M4.2：设计异型螺母专用铣削装夹工装，利用多轴数控加工中心，完成异型螺母剩余所有特征的加工要求。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明采用本方法可以使用一件铝基复合材料毛坯加工出三件异型螺母零件，使原材料利用率提升200％；

2、本发明通过设计专用工装装夹定位，解决了梯形内螺纹起始段起点不一致的问题；

3、本发明可为整个空间站太阳翼机构节省原材料成本2000万以上。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为异型螺母最小外形结构图；

图2为铝基复合材料毛坯中异型螺母最优分布图；

图3为异型螺母梯形内螺纹车削加工示意图；

图4为异型螺母数控铣削加工示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为解决现有铝基复合材料异型螺母零件加工方法原材料利用率低、成本高的问题，本发明提出了一种全新的铝基复合材料异型螺母加工方法，将原来一件原材料毛坯只能加工一件异型螺母改变为一件原材料毛坯可以加工三件异型螺母，使原材料利用率提升200％。

由于铝基复合材料本身属于难加工材料，梯形内螺纹的数控车削也是一大难题，因此需要选用合适的螺纹刀具材料，刀具角度，各种切削参数，然后设计异型螺母车削专用工装，利用带主轴定向功能的车削中心，才能调试出合格的异型螺母梯形内螺纹特征，最后，顺利完成整个异型螺母零件的加工。

实施例1

根据本发明提供的一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法，包括：

步骤M1：根据铝基复合材料毛坯的表面积大小与异型螺母零件外形尺寸的表面积大小，规划可加工异型螺母零件数量，得到异型螺母零件位置分布图；

步骤M2：根据异型螺母零件位置分布图，分割出异型螺母零件半成品；

步骤M3：利用具有主轴定向功能的数控车削中心与异型螺母车削专用装夹工装实现异型螺母零件半成品核心特征梯形内螺纹的加工；

步骤M4：完成异型螺母零件全部特征的加工。

具体地，所述步骤M1包括：

步骤M1.1：单个铝基复合材料毛坯的表面积为S_mp，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形表面积为S_1m，则单个铝基复合材料毛坯可加工异型螺母的最大数量为

N取正整数；

步骤M1.2：单个铝基复合材料毛坯外形由多边形D_mp表示，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形由多边形D_1mi(i＝1,2,......,N)表示，异型螺母零件梯形螺纹的回转中心为O_i(i＝1,2,......,N)，将第一个异型螺母零件D_1m1放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，要求第一个异型螺母回转中心O₁距毛坯多边形D_mp边长距离最短，记录多边形D_1m1在多边形D_mp中的位置；

步骤M1.3：将第二个异型螺母零件D_1m2放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第二个异型螺母回转中心O₂为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第二个异型螺母零件D_1m2与第一个异型螺母零件D_1m1在不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2在铝基复合材料毛坯D_mp中的位置；

步骤M1.4：依次将第i个异型螺母零件D_1mi放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第i个异型螺母回转中心O_i为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第i个异型螺母零件D_1mi与i-1个多边形不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2、……、D_1mi在多边形D_mp中的位置；直至i≤N,且异型螺母零件进行多次多边形旋转平移变换后无法找到在多边形D_mp中的位置，则结束判定。

具体地，所述步骤M2包括：根据异型螺母零件位置分布图，利用电火花线切割方法将异型螺母零件外形分割，得到多个异型螺母零件半成品。

具体地，所述步骤M3包括：

步骤M3.1：选择具有主轴定向功能的数控车削中心加工梯形内螺纹；由于设计方面要求异型螺母零件的梯形螺纹特征必须是完整的螺纹，根据零件厚度与螺距的比值3(厚度18/螺距6)，整个螺纹加工完成后还需要进行分割，所以必须保证所有螺纹的切入点(即起始段)位于同一个位置，该位置是通过计算得出的唯一的一个位置，因此，必须选择具有主轴定向功能的数控车削加工中心，才能保证所有螺纹切入点一致，保证加工完成后的梯形螺纹是合格的。

步骤M3.2：设置梯形内螺纹车削专用装夹工装，使梯形内螺纹回转中心、工装回转中心、数控车床回转中心保持一致，并将异型螺母零件、装夹工装安装至数控车削中心上；

步骤M3.3：编制梯形内螺纹车削数控程序，要求梯形内螺纹进刀点位于指定位置，设定加工原点，并完成梯形内螺纹的车削加工。

具体地，所述步骤M4包括：

步骤M4.1：校正已加工完成异型内螺母梯形螺纹回转中心，利用电火花线切割设备完成异型螺母梯形螺纹的分割，并完成除螺纹特征外的异型螺母零件外形轮廓的加工；

步骤M4.2：设计异型螺母专用铣削装夹工装，利用多轴数控加工中心，完成异型螺母剩余所有特征的加工要求。由于异型螺母零件数量众多，利用铣削装夹工装可以快速实现异型螺母零件的装夹定位，极大的缩短了零件装夹校正占用多轴数控加工中心的时间，提高异型螺母零件加工效率。

根据本发明提供的一种铝基复合材料异型螺母零件的加工系统，包括：

模块M1：根据铝基复合材料毛坯的表面积大小与异型螺母零件外形尺寸的表面积大小，规划可加工异型螺母零件数量，得到异型螺母零件位置分布图；

模块M2：根据异型螺母零件位置分布图，分割出异型螺母零件半成品；

模块M3：利用具有主轴定向功能的数控车削中心与异型螺母车削专用装夹工装实现异型螺母零件半成品核心特征梯形内螺纹的加工；

模块M4：完成异型螺母零件全部特征的加工。

具体地，所述模块M1包括：

模块M1.1：单个铝基复合材料毛坯的表面积为S_mp，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形表面积为S_1m，则单个铝基复合材料毛坯可加工异型螺母的最大数量为

N取正整数；

模块M1.2：单个铝基复合材料毛坯外形由多边形D_mp表示，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形由多边形D_1mi(i＝1,2,......,N)表示，异型螺母零件梯形螺纹的回转中心为O_i(i＝1,2,......,N)，将第一个异型螺母零件D_1m1放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，要求第一个异型螺母回转中心O₁距毛坯多边形D_mp边长距离最短，记录多边形D_1m1在多边形D_mp中的位置；

模块M1.3：将第二个异型螺母零件D_1m2放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第二个异型螺母回转中心O₂为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第二个异型螺母零件D_1m2与第一个异型螺母零件D_1m1在不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2在铝基复合材料毛坯D_mp中的位置；

模块M1.4：依次将第i个异型螺母零件D_1mi放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第i个异型螺母回转中心O_i为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第i个异型螺母零件D_1mi与i-1个多边形不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2、……、D_1mi在多边形D_mp中的位置；直至i≤N,且异型螺母零件进行多次多边形旋转平移变换后无法找到在多边形D_mp中的位置，则结束判定。

具体地，所述模块M2包括：根据异型螺母零件位置分布图，利用电火花线切割方法将异型螺母零件外形分割，得到多个异型螺母零件半成品。

具体地，所述模块M3包括：

模块M3.1：选择具有主轴定向功能的数控车削中心加工梯形内螺纹；由于设计方面要求异型螺母零件的梯形螺纹特征必须是完整的螺纹，根据零件厚度与螺距的比值3(厚度18/螺距6)，整个螺纹加工完成后还需要进行分割，所以必须保证所有螺纹的切入点(即起始段)位于同一个位置，该位置是通过计算得出的唯一的一个位置，因此，必须选择具有主轴定向功能的数控车削加工中心，才能保证所有螺纹切入点一致，保证加工完成后的梯形螺纹是合格的。

模块M3.2：设置梯形内螺纹车削专用装夹工装，使梯形内螺纹回转中心、工装回转中心、数控车床回转中心保持一致，并将异型螺母零件、装夹工装安装至数控车削中心上；

模块M3.3：编制梯形内螺纹车削数控程序，要求梯形内螺纹进刀点位于指定位置，设定加工原点，并完成梯形内螺纹的车削加工。

具体地，所述模块M4包括：

模块M4.1：校正已加工完成异型内螺母梯形螺纹回转中心，利用电火花线切割设备完成异型螺母梯形螺纹的分割，并完成除螺纹特征外的异型螺母零件外形轮廓的加工；

模块M4.2：设计异型螺母专用铣削装夹工装，利用多轴数控加工中心，完成异型螺母剩余所有特征的加工要求。由于异型螺母零件数量众多，利用铣削装夹工装可以快速实现异型螺母零件的装夹定位，极大的缩短了零件装夹校正占用多轴数控加工中心的时间，提高异型螺母零件加工效率。

实施例2

实施例2是实施例1的变化例

下面结合具体实施例描述本发明：

该实施例为采用本发明的方法来完成异型螺母零件的加工，主要步骤如下：

步骤1：规划铝基复合材料毛坯可加工异型螺母零件的数量，并给出异型螺母外形最优位置分布图，方法如下：

步骤11：设定单个铝基复合材料毛坯的表面积为S_mp＝0.051m²，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形表面积为S_lm＝0.0057m²，则单个铝基复合材料毛坯可加工异型螺母的最大数量为N＝S_mp/S_lm＝8.95，N取正整数为8。

步骤12：设定单个铝基复合材料毛坯外形由多边形D_mp表示，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形由多边形D_lmi(i＝1，2，……，N)表示，见图1-2；异型螺母零件梯形螺纹的回转中心为O_i(i＝1，2，……，N)，将第一个异型螺母零件D_lm1放置于铝基复合材料毛坯D_mp当中，要求第一个异型螺母回转中心O₁距毛坯多边形D_mp外形距离最短，记录下多边形D_lm1在多边形D_mp中的位置。

步骤13：将第二个异型螺母多边形D_lm2放置于铝基复合材料毛坯多边形D_mp当中，以异型螺母回转中心O₂为圆心，重复进行多次多边形旋转平移变换，要求多边形D_lm2与多边形D_lm1在不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录下多边形D_lm1、D_lm2在多边形D_mp中的位置。

步骤14：依次将第i个异型螺母多边形D_lmi放置于铝基复合材料毛坯多边形D_mp当中，以异型螺母回转中心O_i为圆心，重复进行多次多边形旋转平移变换，要求在与i-1个多边形不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录下多边形D_lm1、D_lm2、……、D_lmi在多边形D_mp中的位置；若第i个异型螺母多边形D_lmi进行多次多边形旋转平移变换后无法找到在多边形D_mp中的位置，则提前结束判定，记录下记录下多边形D_lm1、D_lm2、……、D_lmi-1在多边形D_mp中的位置；否则继续执行下一步骤。

步骤15：重复执行步骤14，直至i≤N；记录下全部多边形D_lmi在多边形D_mp中的位置；经过精确计算，最终可放置3个异型螺母零件，位置分布图见2。

步骤2：根据步骤1得出的异型螺母零件外形在铝基复合材料毛坯中的位置分布图，利用电火花线切割方法将异型螺母零件外形分割，得出3个异型螺母零件半成品。

步骤3：实现异型螺母梯形螺纹的加工。

步骤31：选择具有主轴定向功能的数控车削中心DMU CTX420，该机床具有双主轴，并可实现X轴、Y轴单点定位。

步骤32：设计梯形内螺纹车削专用装夹工装(见图3)，使梯形内螺纹回转中心、工装回转中心、数控车床回转中心三者保持一致，并将异型螺母零件、装夹工装一并安装至数控车削中心上。

步骤33：编制梯形内螺纹车削数控程序，要求梯形内螺纹进刀点位于指定位置，设定加工原点，并完成梯形内螺纹的车削加工。

步骤4：校正已加工完成异型内螺母梯形螺纹回转中心，利用电火花线切割设备完成异型螺母梯形螺纹的分割，并完成部分外形特征的加工。

步骤5：设计异型螺母专用铣削装夹工装(见图4)，利用多轴数控加工中心，完成异型螺母剩余所有特征的加工要求。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种铝基复合材料异型螺母零件的加工方法，其特征在于，包括：

步骤M1：根据铝基复合材料毛坯的表面积大小与异型螺母零件外形尺寸的表面积大小，规划可加工异型螺母零件数量，得到异型螺母零件位置分布图；

步骤M2：根据异型螺母零件位置分布图，分割出异型螺母零件半成品；

步骤M3：利用具有主轴定向功能的数控车削中心与异型螺母车削专用装夹工装实现异型螺母零件半成品核心特征梯形内螺纹的加工；

步骤M4：完成异型螺母零件全部特征的加工；

所述步骤M1包括：

步骤M1.1：单个铝基复合材料毛坯的表面积为S_mp，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形表面积为S_1m，则单个铝基复合材料毛坯可加工异型螺母的最大数量为

N取正整数；

步骤M1.2：单个铝基复合材料毛坯外形由多边形D_mp表示，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形由多边形D_1mi(i＝1,2,......,N)表示，异型螺母零件梯形螺纹的回转中心为O_i(i＝1,2,......,N)，将第一个异型螺母零件D_1m1放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，要求第一个异型螺母回转中心O₁距毛坯多边形D_mp边长距离最短，记录多边形D_1m1在多边形D_mp中的位置；

步骤M1.3：将第二个异型螺母零件D_1m2放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第二个异型螺母回转中心O₂为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第二个异型螺母零件D_1m2与第一个异型螺母零件D_1m1在不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2在铝基复合材料毛坯D_mp中的位置；

步骤M1.4：依次将第i个异型螺母零件D_1mi放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第i个异型螺母回转中心O_i为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第i个异型螺母零件D_1mi与i-1个多边形不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2、……、D_1mi在多边形D_mp中的位置；直至i≤N,且异型螺母零件进行多次多边形旋转平移变换后无法找到在多边形D_mp中的位置，则结束判定。

2.根据权利要求1所述的铝基复合材料异型螺母零件的加工方法，其特征在于，所述步骤M2包括：根据异型螺母零件位置分布图，利用电火花线切割方法将异型螺母零件外形分割，得到多个异型螺母零件半成品。

3.根据权利要求1所述的铝基复合材料异型螺母零件的加工方法，其特征在于，所述步骤M3包括：

步骤M3.1：选择具有主轴定向功能的数控车削中心加工梯形内螺纹；

步骤M3.2：设置梯形内螺纹车削专用装夹工装，使梯形内螺纹回转中心、工装回转中心、数控车床回转中心保持一致，并将异型螺母零件、装夹工装安装至数控车削中心上；

步骤M3.3：编制梯形内螺纹车削数控程序，要求梯形内螺纹进刀点位于指定位置，设定加工原点，并完成梯形内螺纹的车削加工。

4.根据权利要求1所述的铝基复合材料异型螺母零件的加工方法，其特征在于，所述步骤M4包括：

步骤M4.1：校正已加工完成异型内螺母梯形螺纹回转中心，利用电火花线切割设备完成异型螺母梯形螺纹的分割，并完成除螺纹特征外的异型螺母零件外形轮廓的加工；

步骤M4.2：设计异型螺母专用铣削装夹工装，利用多轴数控加工中心，完成异型螺母剩余所有特征的加工要求。

5.一种铝基复合材料异型螺母零件的加工系统，其特征在于，包括：

模块M1：根据铝基复合材料毛坯的表面积大小与异型螺母零件外形尺寸的表面积大小，规划可加工异型螺母零件数量，得到异型螺母零件位置分布图；

模块M2：根据异型螺母零件位置分布图，分割出异型螺母零件半成品；

模块M3：利用具有主轴定向功能的数控车削中心与异型螺母车削专用装夹工装实现异型螺母零件半成品核心特征梯形内螺纹的加工；

模块M4：完成异型螺母零件全部特征的加工；

所述模块M1包括：

模块M1.1：单个铝基复合材料毛坯的表面积为S_mp，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形表面积为S_1m，则单个铝基复合材料毛坯可加工异型螺母的最大数量为

N取正整数；

模块M1.2：单个铝基复合材料毛坯外形由多边形D_mp表示，单个异型螺母零件复合车削时所必需的外形由多边形D_1mi(i＝1,2,......,N)表示，异型螺母零件梯形螺纹的回转中心为O_i(i＝1,2,......,N)，将第一个异型螺母零件D_1m1放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，要求第一个异型螺母回转中心O₁距毛坯多边形D_mp边长距离最短，记录多边形D_1m1在多边形D_mp中的位置；

模块M1.3：将第二个异型螺母零件D_1m2放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第二个异型螺母回转中心O₂为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第二个异型螺母零件D_1m2与第一个异型螺母零件D_1m1在不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2在铝基复合材料毛坯D_mp中的位置；

模块M1.4：依次将第i个异型螺母零件D_1mi放置于铝基复合材料毛坯D_mp中，以第i个异型螺母回转中心O_i为圆心，重复多次进行多边形旋转平移变换，要求第i个异型螺母零件D_1mi与i-1个多边形不相交的情况下，所占毛坯表面积S_mp中的表面积最小，记录第一个异型螺母零件D_1m1、第二个异型螺母零件D_1m2、……、D_1mi在多边形D_mp中的位置；直至i≤N,且异型螺母零件进行多次多边形旋转平移变换后无法找到在多边形D_mp中的位置，则结束判定。

6.根据权利要求5所述的铝基复合材料异型螺母零件的加工系统，其特征在于，所述模块M2包括：根据异型螺母零件位置分布图，利用电火花线切割方法将异型螺母零件外形分割，得到多个异型螺母零件半成品。

7.根据权利要求5所述的铝基复合材料异型螺母零件的加工系统，其特征在于，所述模块M3包括：

模块M3.1：选择具有主轴定向功能的数控车削中心加工梯形内螺纹；

模块M3.2：设置梯形内螺纹车削专用装夹工装，使梯形内螺纹回转中心、工装回转中心、数控车床回转中心保持一致，并将异型螺母零件、装夹工装安装至数控车削中心上；

模块M3.3：编制梯形内螺纹车削数控程序，要求梯形内螺纹进刀点位于指定位置，设定加工原点，并完成梯形内螺纹的车削加工。

8.根据权利要求5所述的铝基复合材料异型螺母零件的加工系统，其特征在于，所述模块M4包括：

模块M4.1：校正已加工完成异型内螺母梯形螺纹回转中心，利用电火花线切割设备完成异型螺母梯形螺纹的分割，并完成除螺纹特征外的异型螺母零件外形轮廓的加工；

模块M4.2：设计异型螺母专用铣削装夹工装，利用多轴数控加工中心，完成异型螺母剩余所有特征的加工要求。

Images