CN112756912B - 一种薄壁封严环加工系统及加工方法 - Google Patents

一种薄壁封严环加工系统及加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种薄壁封严环加工系统及加工方法，其中加工方法，包括：获取坯料，粗车外圆周面，形成大端面夹持边和小端面夹持边；粗车内周表面近大端面处，使得内周表面近小端面处形成轴向台阶；夹紧小端面夹持边的外侧和内周表面近小端面处的轴向台阶，粗车大端面凹槽和小端面凹槽；夹紧零件的轴向两端面，铣加工大端面凸台和小端面凸台；精车工艺基准；精车至目标尺寸；线切割将零件分为两部分。本发明所提供的方法，取消了稳定处理工序，缩短了零件加工周期，优化了工艺路线，所有形位尺寸一道工序加工；通过调整数铣与数车的加工顺序，有效防止数铣加工后，数车工序尺寸发生变形，导致零件超差；优化了数车程序的走刀方式，减小零件变形。

Description

一种薄壁封严环加工系统及加工方法
技术领域
本发明涉及航空零件加工领域，特别是涉及一种薄壁封严环加工系统及加工方法。
背景技术
航空发动机是飞机的“心脏”，被誉为航空工业“皇冠”上的“明珠”，其先进性是衡量一个国家工业水平和能力的重要标志。航空发动机薄壁封严环对半割开属于新型设计理念，然而，这种新型结构导致了薄壁封严环系统刚性差，加工过程中易发生变形，薄壁封严环端面异形槽结构复杂，刀具设计难度大，零件割开后回弹变形严重等问题，此外零件在自然状态下零件易发生严重变形而无法满足精度要求。
现有技术中，对于薄壁封严环的数车工序为：粗车小端面-粗车大端面-稳定处理-精车基准-精车小端面-精车大端面-数铣凸台，现有的工序，导致零件的形位尺寸无法满足图纸尺寸要求；
现有方案中薄壁封严环端面异形槽采用传统切槽刀进行加工，如图1所示，传统切槽刀为整体结构，有效切削部位刚性差，刀具成本高，加工表面质量差；
现有方案中薄壁封严环凸台数铣采用压板多点压紧，走刀过程采用顺铣逆铣交替进行，零件受力不均匀，加工过程中易发生不规律变形，导致零件圆度大；
现有方案中薄壁封严环线切割工序采用拼装夹具，拼装夹具采用可调角度底座+圆形分度盘，压紧方式采用压板压紧，需要拼装对刀装置，然后通过技术人员对图纸尺寸进行三维换算。现有的夹具在零件割开后回弹严重，拼装夹具精度差，存在加工误差，技术人员进行三维换算，存在质量风险。
因此，如何有效提高薄壁封严环的加工质量，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种薄壁封严环加工系统及加工方法，用于提高零件表面质量，减少变形。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种薄壁封严环加工系统，包括薄壁封严环夹紧装置、用于加工零件小端面凹槽的切槽刀以及数控机床；所述薄壁封严环夹紧装置包括底座、用于安装零件的底盘、贯穿所述底座和所述底盘的芯轴、用于压紧在所述零件轴向端部的盖板、抵接在所述底座底部的压盖以及用于拧紧所述压盖的把手，所述底盘上设有沿纵向延伸的对刀槽以及可带动所述底盘转动的转动手柄，所述底座上设有用于松开或锁止所述转动手柄的锁止组件；所述底座用于安装所述底盘的表面倾斜设置。
优选的，所述锁止组件包括插销和安装在所述底座上的插销座，所述插销可将所述转动手柄锁止在所述插销座上。
优选的，还包括安装在所述芯轴上并位于所述盖板外侧的圆柱销，所述圆柱销可将所述盖板与所述底盘紧固以夹紧所述零件。
优选的，所述芯轴的中部设有可与所述底盘卡接的卡接部，所述卡接部与所述圆柱销相互作用夹紧所述盖板、所述零件和所述底盘；所述把手在松开时，所述转盘可相对于所述底座转动。
优选的，所述切槽刀包括刀杆和刀片，所述刀片与所述刀杆可拆卸连接，且所述刀片的至少一侧设有可深入所述零件的小端面凹槽内的切割部，所述切割部伸出至所述刀杆的外侧。
优选的，所述刀片的两侧均设有切割部，且所述刀片上设有用于避让所述零件上小端面凸台的凹槽。
一种薄壁封严环装夹加工方法，采用如上述的薄壁封严环加工系统，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取坯料，粗车外圆周面，形成大端面夹持边和小端面夹持边；
步骤S2：粗车内周表面近大端面处，使得内周表面近小端面处形成轴向台阶；
步骤S3：夹紧小端面夹持边的外侧和内周表面近小端面处的轴向台阶，粗车大端面凹槽和小端面凹槽；
步骤S4：夹紧零件的轴向两端面，铣加工大端面凸台和小端面凸台；
步骤S5：精车工艺基准；
步骤S6：精车至目标尺寸；
步骤S7：线切割将零件分为两部分。
优选的，所述步骤S5包括：
以大端面轴向外表面为支靠，夹紧大端面凹槽的内表面，精车零件的小端面轴向外表面。
优选的，所述步骤S6包括：
以大端面轴向外表面为支靠，夹紧小端面凸台的轴向外表面，精车零件的各部分至目标尺寸。
本发明所提供的薄壁封严环加工系统，包括薄壁封严环夹紧装置、用于加工零件小端面凹槽的切槽刀以及数控机床；所述薄壁封严环夹紧装置包括底座、用于安装零件的底盘、贯穿所述底座和所述底盘的芯轴、用于压紧在所述零件轴向端部的盖板、抵接在所述底座底部的压盖以及用于拧紧所述压盖的把手，所述底盘上设有沿纵向延伸的对刀槽以及可带动所述底盘转动的转动手柄，所述底座上设有用于松开或锁止所述转动手柄的锁止组件；所述底座用于安装所述底盘的表面倾斜设置。本发明所提供的薄壁封严环加工系统，通过将所述底座的安装表面倾斜设置，将刀具与对刀槽对准后，对零件进行切割，切割完成一侧后，通过所述转动手柄和所述底盘带动所述零件转动180°后完成另一侧的切割，便可实现对整个零件的分割；同时，将所述底座的表面倾斜设置，使得所述底盘倾斜，进而使得所述零件倾斜，在刀具对零件进行切割时，竖直切割即可，由于所述零件倾斜，故切割线相对于零件的轴向为倾斜状态，避免了人为三维换算，提高了精度，同时，由于该夹紧装置可对零件进行夹紧固定，零件回弹变形小。
本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法，包括以下步骤：步骤S1：获取坯料，粗车外圆周面，形成大端面夹持边和小端面夹持边；步骤S2：粗车内周表面近大端面处，使得内周表面近小端面处形成轴向台阶；步骤S3：夹紧小端面夹持边的外侧和内周表面近小端面处的轴向台阶，粗车大端面凹槽和小端面凹槽；步骤S4：夹紧零件的轴向两端面，铣加工大端面凸台和小端面凸台；步骤S5：精车工艺基准；步骤S6：精车至目标尺寸；步骤S7：线切割将零件分为两部分。本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法，取消了现有技术中的稳定处理工序，缩短了零件加工周期，优化了工艺路线，所有形位尺寸一道工序加工，并且，通过调整数铣与数车的加工顺序，有效防止数铣加工后，数车工序尺寸发生变形，导致零件超差，同时优化了数车程序的走刀方式，减小零件变形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中薄壁封严环加工时所采用的切槽刀的结构示意图；
图2-图7为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法中零件的装夹和加工工序示意图；
图8-1为本发明所提供的薄壁封严环加工系统一种具体实施方式的结构示意图；
图8-2为图8-1所示的薄壁封严环加工系统的A向结构示意图；
图8-3为图8-2所示的薄壁封严环加工系统的B向结构示意图；
图9-1为本发明所提供的薄壁封严环加工系统一种具体实施方式的剖面图；
图9-2为图9-1所示的薄壁封严环加工系统的P向结构示意图；
图9-3为图9-2所示的零件的M向结构示意图；
图9-4为图9-3所示的零件的I部分的放大结构示意图；
图10-1为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法中所采用的切槽刀的工作状态示意图；
图10-2为图10-1中所示的切槽刀的分解示意图；
图11为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法中零件各区域的示意图；
图12为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法的流程图；
其中：底座-1、星形把手-2、压盖-3、圆螺母-4、垫圈-5、芯轴衬套-6、内六角圆柱头螺钉-7、圆形盖板-8、转动垫圈-9、阶形螺钉-10、带肩六角螺母-11、芯轴-12、圆柱销-13、底盘-14、角向插销衬套-15、角向插销-16、滚花平头螺钉-17、角向插销座-18、圆柱销-19、内六角圆柱头螺钉-20、吊环螺钉-21、转动手柄-22、对刀槽-23、切槽刀-24、刀杆-25、刀片-26。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种薄壁封严环加工系统及加工方法，能够显著提高零件表面质量，减少变形。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图12，图2-图7为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法中零件的装夹和加工工序示意图；图8-1为本发明所提供的薄壁封严环加工系统一种具体实施方式的结构示意图；图8-2为图8-1所示的薄壁封严环加工系统的A向结构示意图；图8-3为图8-2所示的薄壁封严环加工系统的B向结构示意图；图9-1为本发明所提供的薄壁封严环加工系统一种具体实施方式的剖面图；图9-2为图9-1所示的薄壁封严环加工系统的P向结构示意图；图9-3为图9-2所示的薄壁封严环加工系统的M向结构示意图；图10-1为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法中所采用的切槽刀的工作状态示意图；图10-2为图10-1中所示的切槽刀的分解示意图；图11为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法中零件各区域的示意图；图12为本发明所提供的薄壁封严环装夹加工方法的流程图。
在该实施方式中，薄壁封严环加工系统包括薄壁封严环夹紧装置、用于加工零件小端面凹槽的切槽刀24以及数控机床，数控机床包括数控铣床和数控车床。
其中，薄壁封严环夹紧装置包括底座1、用于安装零件的底盘14、贯穿底座1和底盘14的芯轴12、用于压紧在零件轴向端部的盖板、抵接在底座1底部的压盖3以及用于拧紧压盖3的把手；底盘14安装在底座1上，底盘14可相对于底座1转动，芯轴12贯穿底座1、底盘14、零件和盖板，芯轴12的两端均设有紧固部件，芯轴12的中部设有可与底盘14卡接的卡接部，卡接部将芯轴12分为两部分，一部分用于紧固底盘14或者释放底盘14，方便底盘14的固定和转动，另一部分用于紧固零件，保持零件的稳定性。
进一步，底盘14上设有对刀槽23以及可带动底盘14转动的转动手柄22，底座1上设有用于松开或锁止转动手柄22的转动组件；插销和插销座；底座1用于安装底盘14的表面倾斜设置，底座1的表面倾斜设置，使得底盘14倾斜，进而使得零件倾斜，在刀具对零件进行切割时，竖直切割即可，由于零件倾斜，故切割线相对于零件的轴向为倾斜状态，避免了人为三维换算，提高了精度。
本发明所提供的薄壁封严环加工系统，通过将底座1的安装表面倾斜设置，将刀具与对刀槽23对准后，对零件进行切割，切割完成一侧后，通过转动手柄22和底盘14带动零件转动180°后完成另一侧的切割，便可实现对整个零件的分割，由于该夹紧装置可对零件进行夹紧固定，零件回弹变形小。
具体的，锁止组件包括插销和安装在底座1上的插销座，插销可将转动手柄22锁止在插销座上。
在上述各实施方式的基础上，还包括安装在芯轴12上并位于盖板外侧的圆柱销13，圆柱销13可将盖板与底盘14紧固以夹紧零件。具体的，卡接部与圆柱销13相互作用夹紧盖板、零件和底盘14；把手在松开时，转盘可相对于底座1转动。
在一种具体实施例中，薄壁封严环夹紧装置包括底座1、星形把手2、压盖3、圆螺母4、垫圈5、芯轴衬套6、内六角圆柱头螺钉7、圆形盖板8、转动垫圈9、阶形螺钉10、带肩六角螺母11、芯轴12、圆柱销13、底盘14、角向插销衬套15、角向插销16、滚花平头螺钉17、角向插销座18、圆柱销19、内六角圆柱头螺钉20、吊环螺钉21和转动手柄22；星形把手2、压盖3、圆螺母4、垫圈5、芯轴衬套6、内六角圆柱头螺钉7、位于底座1的底部，圆形盖板8、转动垫圈9、阶形螺钉10、带肩六角螺母11、芯轴12、圆柱销13位于圆形盖板8的上部，角向插销衬套15、角向插销16、滚花平头螺钉17、角向插销座18用于锁止转动手柄22，圆柱销19、内六角圆柱头螺钉20用于固定角向插销座18，吊环螺钉21用于移动底座1。
具体的，薄壁封严环夹紧装置的操作方法为：松开星形把手2，调整件转动手柄22将底盘14转至待加工位置，通过角向插销座18对加工位置进行锁定，同时将星形把手2锁紧，通过B向视图的对刀槽进行对刀操作，完成对刀后将零件安装至底盘14，零件凸台一侧贴紧夹具面，同时通过圆形盖板8、转动垫圈9、带肩六角螺母11将零件压紧，然后开始加工零件；当加工完一侧后，松开星形把手2，将角向插销16拔出，调整转动手柄22将零件旋转180°，将星形把手2锁紧，然后将角向插销16插入角向插销座18中，固定底盘14，开始加工另一侧直至完成零件加工，如图9-3和图9-3所示，沿零件的分割线U进行切割，当零件处于待分割状态时，其分割线U应当位于零件的前侧或后侧，而非左右两侧，方可实现沿竖向切割，在零件上形成倾斜分割线U的效果。
在上述各实施方式的基础上，切槽刀24包括刀杆25和刀片26，刀片26与刀杆25可拆卸连接，且刀片26的至少一侧设有可深入零件的小端面凹槽内的切割部，切割部伸出至刀杆25的外侧，即刀片26位于刀杆25的一端，其切割部伸出刀杆25的端部，如此设置，是为了方便切割部进入小端面凹槽内，由于刀杆25不会导致零件尺寸的限制，所以刀杆25的尺寸可以增加，有效提高刀杆25的强度。同时，刀杆25和刀片26可拆卸连接，当刀片26磨损后，仅需更换刀片26即可，节省成本，操作便捷。
进一步，刀片26的两侧均设有切割部，且刀片26上设有用于避让零件上小端面凸台的凹槽。上述设在，刀片26设计为双刃，可以提高切槽刀24的寿命，切槽刀24的有效受力部位整体刚性好，异形槽加工表面质量好，尺寸合格率高。
除上述薄壁封严环加工系统外，本发明还提供了一种薄壁封严环装夹加工方法。
该薄壁封严环装夹加工方法包括以下步骤：
步骤S1：获取坯料，坯料为圆筒状，粗车外圆周面，形成大端面夹持边和小端面夹持边，固定坯料时，由坯料的内周表面撑紧固定，如图2所示；
步骤S2：粗车内周表面近大端面处，使得内周表面近小端面处形成轴向台阶，如图3所示；
步骤S3：夹紧小端面夹持边的外侧和内周表面近小端面处的轴向台阶，粗车大端面凹槽和小端面凹槽，如图4所示；
步骤S4：夹紧零件的轴向两端面，铣加工大端面凸台和小端面凸台，如图5所示，其中，大端面凸台是指用于形成大端面凹槽的轴向凸台，小端面凸台是指用于形成小端面凹槽的轴向凸台；
步骤S5：精车工艺基准，如图6所示；
步骤S6：精车至目标尺寸，如图7所示；
步骤S7：线切割将零件分为两部分，如图8和图9所示。
在上述各实施方式的基础上，步骤S5包括：
以大端面轴向外表面为支靠，夹紧大端面凹槽的内表面，精车零件的小端面轴向外表面。
在上述各实施方式的基础上，步骤S6包括：
以大端面轴向外表面为支靠，夹紧小端面凸台的轴向外表面，精车零件的各部分至目标尺寸。
具体的，如图11所示，零件加工过程中，优先加工区域I的基准B和区域Ⅱ的基准A，防止加工完其他区域基准发生变形，由于区域Ⅶ、Ⅵ，距离零件装夹区域、安装边较近，因此优先加工区域Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ，其中区域Ⅳ端面和内孔留余量0.05，区域Ⅷ留余量0.05，再加工区域Ⅵ、Ⅶ；通过保留区域Ⅵ、Ⅶ的实时刚性，减小加工过程中区域Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅷ的加工变形，最后依次去除区域Ⅶ和区域Ⅳ的0.05余量，保证区域Ⅶ和区域Ⅳ所有形位尺寸一次加工合格。
本发明所提供的薄壁封严环加工系统及加工方法，取消了稳定处理工序，缩短了零件加工周期，优化了工艺路线，所有形位尺寸一道工序加工，调整数铣与数车的加工顺序，有效防止数铣加工后，数车工序尺寸发生变形，导致零件超差，同时优化了数车程序的走刀方式，减小零件变形；创新刀具设计方案，合理避让零件，采取可拆装刀片26的机加刀杆25，对刀片26进行个性化设计，将刀具刚性最大化，提高了零件加工表面质量；薄壁封严环凸台加工本发明采用四轴加工，通过采用刀具底刃配合底盘14的旋转进行加工，装夹方式采用圆形盖板进行压紧，零件整圈压紧受力均匀，加工稳定性高，能降低零件变形超差的风险，同时加工过程中始终采取顺铣加工，减少加工铣削力，减少零件变形，控制零件圆度；薄壁封严环线切割工序采用专用夹具，专用夹具精度高，圆形盖板压紧，零件割开后圆形盖板始终压住零件，零件回弹变形小，专用夹具有对刀槽23，无需技术人员进行换算，操作简单；经试验和实际生产验证，方案可行，并在航空发动机薄壁封严环中广泛推广。
以上对本发明所提供的薄壁封严环加工系统及加工方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的加工方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种薄壁封严环装夹加工方法，采用薄壁封严环加工系统，所述薄壁封严环加工系统包括薄壁封严环夹紧装置、用于加工零件小端面凹槽的切槽刀(24)以及数控机床；所述薄壁封严环夹紧装置包括底座(1)、用于安装零件的底盘(14)、贯穿所述底座(1)和所述底盘(14)的芯轴(12)、用于压紧在所述零件轴向端部的盖板、抵接在所述底座(1)底部的压盖(3)以及用于拧紧所述压盖(3)的把手，所述底盘(14)上设有沿纵向延伸的对刀槽(23)以及可带动所述底盘(14)转动的转动手柄(22)，所述底座(1)上设有用于松开或锁止所述转动手柄(22)的锁止组件；所述底座(1)用于安装所述底盘(14)的表面倾斜设置；其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：获取坯料，粗车外圆周面，形成大端面夹持边和小端面夹持边；
步骤S2：粗车内周表面近大端面处，使得内周表面近小端面处形成轴向台阶；
步骤S3：夹紧小端面夹持边的外侧和内周表面近小端面处的轴向台阶，粗车大端面凹槽和小端面凹槽；
步骤S4：夹紧零件的轴向两端面，铣加工大端面凸台和小端面凸台；
步骤S5：精车工艺基准；
步骤S6：精车至目标尺寸；
步骤S7：线切割将零件分为两部分。
2.根据权利要求1所述的薄壁封严环装夹加工方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
以大端面轴向外表面为支靠，夹紧大端面凹槽的内表面，精车零件的小端面轴向外表面。
3.根据权利要求1所述的薄壁封严环装夹加工方法，其特征在于，所述步骤S6包括：
以大端面轴向外表面为支靠，夹紧小端面凸台的轴向外表面，精车零件的各部分至目标尺寸。
4.根据权利要求1所述的薄壁封严环加工方法，其特征在于，所述锁止组件包括插销和安装在所述底座(1)上的插销座，所述插销可将所述转动手柄(22)锁止在所述插销座上。
5.根据权利要求1所述的薄壁封严环加工方法，其特征在于，所述薄壁封严环加工系统还包括安装在所述芯轴(12)上并位于所述盖板外侧的圆柱销(13)，所述圆柱销(13)可将所述盖板与所述底盘(14)紧固以夹紧所述零件。
6.根据权利要求5所述的薄壁封严环加工方法，其特征在于，所述芯轴(12)的中部设有可与所述底盘(14)卡接的卡接部，所述卡接部与所述圆柱销(13)相互作用夹紧所述盖板、所述零件和所述底盘(14)；所述把手在松开时，所述底盘可相对于所述底座(1)转动。
7.根据权利要求1至6任意一项所述的薄壁封严环加工方法，其特征在于，所述切槽刀(24)包括刀杆(25)和刀片(26)，所述刀片(26)与所述刀杆(25)可拆卸连接，且所述刀片(26)的至少一侧设有可深入所述零件的小端面凹槽内的切割部，所述切割部伸出至所述刀杆(25)的外侧。
8.根据权利要求7所述的薄壁封严环加工方法，其特征在于，所述刀片(26)的两侧均设有切割部，且所述刀片(26)上设有用于避让所述零件上小端面凸台的凹槽。
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