CN112958790B - 一种半封闭结构的车削方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种半封闭结构的车削方法。所述半封闭结构的车削方法包括1)基于被加工工件结构特点设计非标车刀；2)工件除配合面外，其余所有外形加工至成品尺寸，待加工的半封闭外圆粗铣至直径方向最小余量为2.0mm；3)将所述非标车刀安装在数控车床上，检测并调整刀尖中心高，结合刀具及工件实际尺寸编制数控程序加工半封闭外圆；4)以加工完成的半封闭外圆作为工艺基准，进行工件的其它部位的精加工；5)完成工件的车削加工。与相关技术相比，本发明提供的半封闭结构的车削方法能实现半封闭结构外圆精尺寸高效加工，从而解决此类典型工件一端无合适、方便使用的加工基准的问题，有很强的推广和借鉴意义。

Description

一种半封闭结构的车削方法

技术领域

本发明涉及机械加工工艺技术领域，尤其涉及一种半封闭结构的车削方法。

背景技术

如图1所示，半封闭结构精尺寸外圆加工的典型工件结构，因该待加工外圆周围存在耳片、凸台等结构的存在，国际标准车刀干涉，无法加工此处外圆。该结构通常由数控仿形铣通过两面接刀完成加工，尺寸精度不足，圆度较差，无法作为加工基准，加工后的表面质量粗糙，需要钳工进行手工修整并打磨抛光，总体而言这种加工方法效率低且加工质量一般。

一般此类工件设计成焊接式或装配组合式零件，该半封闭区域外圆通常在焊接前由车工加工或由数控仿形铣完成加工。随着超高强度钢在飞机起落架结构上的广泛应用以及起落架与飞机机体同寿命的要求，起落架产品性能和寿命要求极高，从结构上设计以整体件替代焊接或装配组合式结构，这种结构产品性能和寿命大大提升，但随之而来的是机械加工难度的大幅提高。如图1所示，具有该结构的工件通常存在一个共同的问题——工件上该结构所在的一端无合适、方便使用的加工基准，加工时存在很大的困难，往往需要通过一系列工装、夹具的辅助来完成加工。

另外，超高强度钢是航空飞机起落架承力构件的主选材料，目前以A-100钢、300M钢等为主，该类材料具有以下特点：模锻件(供应状态)硬度达到HRC35以上，且具有粘性高，不易断屑等特点，切削加工非常困难。

现有专利如专利公告号CN105014096A公示的一种用于半封闭结构中键槽的加工方法，仅用于本封闭结构中键槽的加工，且这种方法不能解决半封闭结构的工件缺少合适工艺基准的问题。

另外，针对本案提及的名词解释如下：

Z正方向：指如图1所示的Z轴上箭头所指方向；反之则为Z负方向。

数控车床加工零件时，零件处于一个旋转状态，而半封闭机构工件仅在Z方向有一个环形开放区可以进刀(如图2所示)，D1为环形开放区大径，D2为环形开放区小径，d为待加工工件的半封闭外圆的直径。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半封闭结构的车削方法，具有操作简单、加工效率高、产品质量容易保证，解决了半封闭结构中外圆加工效率不足，尺寸精度差，圆度差的问题；同时还解决了一些具有此结构的工件缺少合适工艺基准的问题。

本发明的技术方案是：一种半封闭结构的车削方法包括：

1)基于被加工工件结构特点设计非标车刀；

2)工件除配合面外，其余所有外形加工至成品尺寸，待加工的半封闭外圆粗铣至直径方向最小余量为2.0mm；

3)将所述非标车刀安装在数控车床上，检测并调整刀尖中心高，结合刀具及工件实际尺寸编制数控程序加工半封闭外圆；

4)以加工完成的半封闭外圆作为工艺基准，进行工件的其它部位的精加工；

5)完成工件的车削加工。

优选的，在步骤1)之前，加工工件两端的外圆以形成第一外圆基准和第二外圆基准，所述第一外圆基准用于工件的夹持、支撑和找正，所述第二外圆基准用于工件的夹持，所述第二外圆基准临近所述工艺基准设置。

优选的，在步骤1)中，若工件待加工区域的半封闭外圆仅在Z正方向清根，则选用左手刀；若工件代加工区域的半封闭外圆仅在Z负方向清根，则选用右手刀；若带加工区域的半封闭外圆两侧都需要清根，则选用左、右手刀。

优选的，所述非标车刀包括刀具夹持柄和为L形的悬伸工作区，所述悬伸工作区的一端与所述刀具夹持柄连接，另一端的延伸末端为刀头，所述刀头向左偏时为左手刀，所述刀头向右偏时为右手刀，所述刀头的末端上可拆卸连接有刀片。

优选的，所述非标车刀总长度为L0，所述悬伸工作区形成刀具悬伸长度L1，所述悬伸工作区弯折形成刀具总宽度T0和刀具切深尺寸T；所述刀具夹持柄的宽度为b；

刀具悬伸长度L1的设计尺寸为覆盖工件代加工区域深度L+安全间隙；刀具切深尺寸T为能够满足工件切深(D2-d)/2+安全间隙；刀具总宽度T0≤(D1-D2)/2-安全间隙，其中，(D1-D2)/2为工件半封闭环形空间宽度，其中，D1为环形开放区大径，D2为环形开放区小径，d为待加工工件的半封闭外圆的直径。

优选的，所述刀具悬伸长度L1＝L+10mm；所述非标车刀总长度L0＝L1+机床接口长度；刀具切深尺寸T＝(D2-d)/2+3mm；刀具总宽度T0≤(D1-D2)/2-5mm；刀具宽度b根据实际选用机床的安装接口尺寸制定。

优选的，所述刀片采用超高强度钢切削专用的标准刀片；所述刀片采用螺钉与所述刀头连接。

优选的，在步骤2)中需热前粗铣去余量；在步骤3)中需热前留余量精车工件上的半封闭外圆，再热后精车至成品尺寸以作为工艺基准。

优选的，在步骤3)中还包括将加工至成品尺寸的半封闭外圆去毛刺与抛光。

与相关技术相比，本发明的有益效果为：

一、一方面充分利用工件半封闭空间结构特点，设计专用非标刀体，有效地避让了凸台、耳片等的工件外形结构的干涉，还充分保证了刀体的强度，大大减少切削过程振动，提高刀具耐用度；另一方面在提高了此处加工效率和加工质量的同时，能够使用加工的半封闭结构中的外圆作为工艺基准，一并解决了图1一类典型工件一端缺少加工基准的问题，且能够省去一部分设计制造辅助工装、夹具的成本；

二、刀体设计依据工件的半封闭环形空间宽度尺寸、工件待加工区域轴线长度尺寸及待加工外圆切深尺寸决定，设计方案简单，其制造工艺成熟；

三、切削刀片可以选择成熟的超高强度钢切削专用的标准刀片，资源丰富，更换方便；

四、此加工方法操作简单，成本低，效率和质量非常高；

五、通过本发明的加工方法可实现半封闭结构外圆精尺寸高效加工，从而解决此类典型工件一端无合适、方便使用的加工基准的问题，有很强的推广和借鉴意义。

附图说明

图1为半封闭结构加工典型工件示意图；

图2为图1的右侧视图；

图3为本发明提供的非标手刀的结构示意图；

图4为本发明提供的非标手刀的尺寸示意图(一)；

图5为本发明提供的非标手刀的尺寸示意图(二)；

图6为本发明提供的非标手刀工艺实施原理图。

附图中：1-夹持部分、2-工作部分、3-刀具夹持柄、4-悬伸工作区、5-刀片、6-螺钉、10-非标车刀、A-外圆、B-左端外圆、C-右端外圆。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

如图1所示，待加工工件右端有一段A1的半封闭外圆A属于典型的半封闭结构外圆，利用本实施例提供的一种半封闭结构的车削方法加工该工件的具体实施方法包括以下步骤：

步骤S1，车工：根据被加工工件的材料、外圆切深，选择加工超高强度钢切削专用的标准合金车刀片，确定刀片安装结构。采用标准刀具加工工件两端的外圆并制顶尖倒角，以形成第一外圆基准B和第二外圆基准C，所述第一外圆基准B用于工件的夹持、支撑和找正。所述第二外圆基准C用于工件的夹持，所述第二外圆基准C临近工艺基准(半封闭外圆A)设置(如图1所示)。工件加工时须夹持第二外圆基准C，则工件的右端无可以找正的基准外圆，因此，使用本发明的车削方法加工半封闭结构外圆A作为工艺基准来解决缺少工艺基准的问题。

步骤S2，基于被加工工件结构特点设计非标车刀：根据设备、刀片规格、半封闭结构尺寸等设计并制造非标车刀，其中包括设计标准刀片安装方式，非标车刀组合安装等。具体为：如图3所示，所述非标车刀的分为两部分，左侧为工作部分2，右侧为夹持部分1。所述非标车刀包括刀具夹持柄3和为L形的悬伸工作区4。所述刀具夹持柄3形成所述夹持部分1，所述悬伸工作区4形成所述工作部分2。所述悬伸工作区4的一端与所述刀具夹持柄3连接，另一端的延伸末端为刀头，所述刀头向左偏时为左手刀，所述刀头向右偏时为右手刀，所述刀头的末端上可通过螺钉6拆卸连接有刀片5。

夹持部分1在刀具使用过程中此部位安装在机床接口内。工作部分2需要结合被加工外圆所处半封闭结构的环形空间宽度和深度及被加工外圆的切深，同时要避免切削过程中刀具振颤和弹性形变并兼顾切削加工时刀具与工件的安全间隙、机床与工件的安全间隙，最后还要根据选定的标准合金车刀片规格和安装结构设计合适的刀片安装槽。刀具夹持柄3的尺寸规格由选定的数控车床刀架接口尺寸确定，通过数控车刀架上的螺钉压紧在刀架上，为了提高刀具安装的稳定性和可靠性，并能提高其强度。在切削加工过程中，悬伸工作区4将完全进入工件的半封闭结构中对工件进行切削加工。本实施例选择的切削刀片5采用超高强度钢切削专用的标准刀片，其可选用为DCMT 11T304-SM IC907，具有切削锋利、耐磨损等特性。

如图1所示，若工件待加工区域的半封闭外圆仅在Z正方向清根，则选用左手刀；若工件代加工区域的半封闭外圆仅在Z负方向清根，则选用右手刀；若带加工区域的半封闭外圆两侧都需要清根，则选用左、右手刀。图4所示为右手刀。

刀具尺寸及方向的制定结合了机床接口、工件结构尺寸及超高强度钢材料特性，具体如下：

如图3～5所示，所述非标车刀总长度为L0，所述悬伸工作区形成刀具悬伸长度L1，所述悬伸工作区弯折形成刀具总宽度T0和刀具切深尺寸T。所述刀具夹持柄的宽度为b。

考虑到超高强度钢材料具有粘性高，不易断屑等特点，刀具悬伸长度L1应在保证能够覆盖工件待加工区域深度尺寸L的情况下尽可能短，以保证刀具有足够的强度和刚度，避免在工件切削加工过程中刀具收到切削抗力而产生振颤和弹性形变。故制定L1尺寸时，仅在加工深度尺寸L(如图1所示)的基础上增加了10mm最小安全间隙，即刀具悬伸长度L1＝L+10。

如图2和图4所示，刀具切深尺寸T(最大切深尺寸)同样也是一个十分重要的尺寸，刀具切深尺寸T越大，刀具的刚性越弱，故刀具切深尺寸T应当在保证能够满足工件最大切深(D2-d)/2的情况下尽可能短，以保证刀具刚性。故制定T尺寸时，仅在工件最大切深(D2-d)/2增加了3mm最小安全间隙，即刀具切深尺寸T＝(D2-d)/2+3。

为方便刀具进退刀，工件半封闭环形空间宽度(D1-D2)/2应大于刀具总宽度T0，且应保留至少5mm进退刀最小安全间隙，即T0≤(D1-D2)/2-5。

如图4所示，为保证刀具装夹牢靠性及刀具刚性，刀具安装时应当充分利用机床的安装接口，故刀具安装部分长度应不短于机床接口长度，即最终制定的刀具总长尺寸L0＝L1+机床接口长度。

如图4、5所示，刀具宽度尺寸b安装实际选用机床接口尺寸制定。

准备工艺试验件试切零件，合格后再进行如下步骤的产品加工。

步骤S3，选择一台刚性和精度较好的数控车床，在加工中心加工并采用热前粗铣去余量：工件除配合面外，其余所有外形数控加工至成品尺寸，待加工的半封闭外圆粗铣至直径方向最小余量为2.0mm。

步骤S4，采用热前留余量精车作工艺基准：如图6所示，将所述非标车刀10安装在数控车床(未图示)上，检测并调整刀尖中心高，结合刀具及工件实际尺寸编制数控程序加工半封闭外圆A。

步骤S5，采用热后精车至成品尺寸作工艺基准：以加工完成的半封闭外圆作为工艺基准，进行工件的其它部位的精加工。

车工：精车半封闭结构中的外圆至成品尺寸；钳工：去毛刺，抛光半封闭结构中的外圆两端接刀痕。

步骤S6，完成工件的车削加工。

本发明提供的半封闭结构的车削方法，主要用于被加工区域周围存在不同程度的干涉，无法使用国际标准外圆车刀加工，但能够由铣削完成加工的半封闭结构的加工，尤其应用于半封闭结构精尺寸外圆的加工。且通过大量的试验和验证，这种工艺方法能够保证超高强度钢工件半封闭结构外圆的加工质量和精度，加工过程稳定，从而解决了一些具有此结构的工件缺少合适工艺基准的问题。通过改变刀片材质和刀体结构还可以适应其它材料工件的加工。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种具有半封闭结构工件的车削方法，半封闭结构为被加工区域周围存在干涉，无法使用国际标准外圆车刀加工的结构，其特征在于，包括：

1）加工工件两端的外圆以形成第一外圆基准和第二外圆基准，所述第一外圆基准用于工件的夹持、支撑和找正，所述第二外圆基准用于工件的夹持；

2）基于被加工工件结构特点设计非标车刀；所述非标车刀包括刀具夹持柄和为L形的悬伸工作区，所述悬伸工作区的一端与所述刀具夹持柄连接，另一端的延伸末端为刀头，所述刀头的末端上可拆卸连接有刀片；

3）工件除配合面外，其余所有外形加工至成品尺寸，待加工的半封闭外圆粗铣至直径方向最小余量为2.0mm；

4）将所述非标车刀安装在数控车床上，检测并调整刀尖中心高，结合刀具及工件实际尺寸编制数控程序加工半封闭外圆；

5）以加工完成的半封闭外圆作为工艺基准，进行工件的其它部位的精加工；所述第二外圆基准临近所述工艺基准设置；

6）完成工件的车削加工。

2.根据权利要求1所述的具有半封闭结构工件的车削方法，其特征在于，所述刀头向左偏时为左手刀，所述刀头向右偏时为右手刀。

3.根据权利要求2所述的具有半封闭结构工件的车削方法，其特征在于，在步骤2）中，若工件待加工区域的半封闭外圆仅在Z正方向清根，则选用左手刀；若工件待加工区域的半封闭外圆仅在Z负方向清根，则选用右手刀；若待加工区域的半封闭外圆两侧都需要清根，则选用左、右手刀。

4.根据权利要求3所述的具有半封闭结构工件的车削方法，其特征在于，所述非标车刀总长度为L0，所述悬伸工作区形成刀具悬伸长度L1，所述悬伸工作区弯折形成刀具总宽度T0和刀具切深尺寸T；所述刀具夹持柄的宽度为b；

刀具悬伸长度L1的设计尺寸为覆盖工件待加工区域深度L+安全间隙A；刀具切深尺寸T为工件切深（D2-d）/2+安全间隙B；刀具总宽度T0≤（D1-D2）/2-安全间隙C，其中，（D1-D2）/2为工件半封闭环形空间宽度，其中，D1为环形开放区大径，D2为环形开放区小径，d为待加工工件的半封闭外圆的直径。

5.根据权利要求4所述的具有半封闭结构工件的车削方法，其特征在于，所述刀具悬伸长度L1=L+10mm；所述非标车刀总长度L0=L1+机床接口长度；刀具切深尺寸T=（D2-d）/2+3mm；刀具总宽度T0≤（D1-D2）/2-5mm；刀具宽度b根据实际选用机床的安装接口尺寸制定。

6.根据权利要求3所述的具有半封闭结构工件的车削方法，其特征在于，所述刀片采用超高强度钢切削专用的标准刀片；所述刀片采用螺钉与所述刀头连接。

7.根据权利要求1或2所述的具有半封闭结构工件的车削方法，其特征在于，在步骤3）中需热前粗铣去余量；在步骤4）中需热前留余量精车工件上的半封闭外圆，再热后精车至成品尺寸以作为工艺基准。

8.根据权利要求7所述的具有半封闭结构工件的车削方法，其特征在于，在步骤4）中还包括将加工至成品尺寸的半封闭外圆去毛刺与抛光。

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