CN113319334A - 一种高精度端面特征反向铣削工艺方法 - Google Patents

一种高精度端面特征反向铣削工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，包括：(1)构建空间位姿调整装置；(2)将空间位姿调整装置的底部支撑位姿调节机构起吊至机床台面；(3)将舱体吊装至底部支撑位姿调节机构上方；(4)将空间位姿调整装置的端面限位加压机构吊装至舱体前端面及后端面；(5)利用机床打点测量舱体大端6‑金属凸台端面；(6)逐步将空间位姿调整装置的顶部限位加压机构安装于产品上方，紧固产品。(7)采用固定轴轮廓铣的方式铣削6‑大端金属凸台端面，要求保证6‑大端金属凸台端面平面跳动≤0.1mm。本发明具有空间位姿调整效率、定位找正基准准确等优势，提高了整体数控加工效率、加工精度精度，从而满足生产任务需求。

Description

一种高精度端面特征反向铣削工艺方法
技术领域
本发明涉及一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，属于面对称大尺寸防热部段加工技术领域。
背景技术
伴随着各类武器产品飞行条件日渐严苛、防探测和反雷达的要求不断提升，高超声速武器应运而生。其特点在于飞行速度快，抗烧蚀能力强，从而减少飞行时间，避免被敌方雷达快速侦查。某部段控制舱包括抗烧蚀防热层和承力铝合金金属构件，其中防热层全部由树脂基复合材料构成，金属由铝合金构成。外形轮廓待加工特征主要包括防热层大端端面、防热层小端端面、防热层外轮廓、操作窗口以及金属端面和金属端面对应的背部端面等。
其中，尤其以大端防热层端面、大端金属凸台端面及大端金属端面的背部端面加工难度最高。受限于控制舱的工艺流程和实际数控加工能力，上述特征数控加工难点在于：
1)产品金属端面为薄壁结构，整体厚度仅10mm，防热层成型工艺对金属壳体反复加热，会造成金属壳体凸台端面自身难以准确保证原有加工精度，造成后续产品装夹找正困难；
2)为满足与助推部段的高精度装配需求，某产品结构设计指标要求：6-金属凸台端面需要确保平面度控制在0.1mm范围内，同时控制6-金属凸台端面对应的背部端面平面度在0.1mm范围内，背部端面与金属凸台端面的平行度控制在0.1mm；结合金属壳体成型后变形状态，和实际可能的加工方式，上述指标的实现存在较大困难。
3)由于产品涉及到背部铣削，传统的三轴、四轴、五轴数控机床，受机床结构形式、舱体空间的限制，难以满足上述加工要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，空间位姿调整效率高、定位找正基准准确度高，提高了整体数控加工效率及加工精度，从而满足生产任务需求。
本发明解决技术的方案是：
一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，具体步骤包括：
(1)构建空间位姿调整装置：包括底部支撑位姿调节机构、端面限位加压机构、顶部限位加压机构、小尺寸零部件收纳机构；
(2)将空间位姿调整装置的底部支撑位姿调节机构起吊至机床台面；
(3)将舱体吊装至底部支撑位姿调节机构上方；
(4)将空间位姿调整装置的端面限位加压机构吊装至舱体前端面及后端面，利用定位销定位并紧固；
(5)利用机床打点测量舱体大端6-金属凸台端面，根据打点测量数据，利用位姿调整装置中的端面限位块、下方支撑块，调整舱体，确保6-金属凸台端面平面跳动≤0.2mm，同时调整舱体2-定位销孔Z向跳动≤0.1mm；
(6)逐步将空间位姿调整装置的顶部限位加压机构安装于产品上方，紧固产品；
(7)利用龙门五轴数控机床或卧式镗铣床，采用固定轴轮廓铣的方式铣削6-大端金属凸台端面，要求保证6-大端金属凸台端面平面跳动≤0.1mm；
(8)在同一坐标系下，利用龙门五轴数控机床或卧式镗铣床，采用固定轴轮廓铣的方式铣削防热层大端端面至固定高度，同时要求保证防热层大端端面金属平面的平行度≤0.1mm；
(9)对机床安装角度头，逐个铣削6-大端端面背部端面待铣削区域，铣削保证每个区域80％以上的金属表面被铣削平整；利用角度头铣削时，切削参数设定为：进给速度200～300mm/min、转速500～800r/min，单刀铣削深度≤0.3mm。
进一步的，将舱体吊装至空间位姿调整装置后，依据大端6-金属凸台作为端面找正特定，依据大端2-定位销孔作为Z向和Y向原点基准。
进一步的，底部支撑位姿调节机构包括大端底板、4-限位横梁、3-随形尼龙垫块、3-随形尼龙垫块垫板、6-垫板支座、6-调节手轮、6-螺杆底座、小端底板、连接螺钉和中部垫板，
其中大端底板、4-限位横梁、小端底板和中部垫板之间，均采用多个连接螺钉连接于一体，6-垫板支座、6-调节手轮、6-螺杆底座组合在一起，形成固定支撑座，能够上下调节高度，任意调整高度位姿；3-随形尼龙垫块、3-随形尼龙垫块垫板通过连接螺钉连接在一起后，通过两个固定支承座支撑，从而实现舱体的Z向支撑。
进一步的，端面限位加压机构包括由4-舱体端面压板、4-压紧螺钉、4-平垫圈、小端压板托架、大端压板托架、连接螺钉、伸缩螺纹杆和尼龙垫块，其中大端压板托架、小端压板托架分别通过多个连接螺钉与底部支撑位姿调节机构连接于一体；
进一步的，顶部限位加压机构包括小端压环、4-压紧螺杆、4-T型块、大端压环、4-压紧螺母和4-平垫圈，
其中4-T型块与机床台面的T形槽配套，内有螺纹通孔；
4-压紧螺杆为长度超过1000mm，外表面设置的螺纹；
小端压环、大端压环分别与产品背风面随形，同时两侧设置通孔。
进一步的，使用时，预先将4-T型块放入机床台面，然后将小端压环、大端压环放于产品上方，将四根4-压紧螺杆分别穿过将小端压环、大端压环的长方通孔后，旋入四处4-T型块的螺纹处，采用四组4-压紧螺母和4-平垫圈压紧。
进一步的，小尺寸零部件收纳机构包括2-抽屉上壳体、2-抽屉下壳体、2-扶手和2-抽屉插销锁，其中2-抽屉上壳体与底部支撑位姿调节机构固定在一起，2-抽屉下壳体可移动；2-扶手与2-抽屉下壳体固定连接于一体。
进一步的，日常状态下，2-抽屉上壳体与2-抽屉下壳体嵌套在一起，由2-抽屉插销锁锁闭；当使用收纳机构时，按压2-抽屉插销锁，即可打开，然后拉住2-扶手，完成2-抽屉下壳体的推拉，待使用完毕，再次利用2-抽屉插销锁锁闭。
进一步的，4-舱体端面压板、4-压紧螺钉、4-平垫圈三者相互配合形成压板组件，四组压板组件能够实现对舱体大端和小端的约束。
进一步的，伸缩螺纹杆和尼龙垫块粘接固定在一起，伸缩螺纹杆与大端压板托架之间螺纹连接，通过旋转伸缩螺纹杆即可前后移动，并且带动尼龙垫块移动，尼龙垫块与产品大端端面接触，可顺利实现舱体端面法向的位姿调整。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明结合舱体端面待加工特征，面向复合材料防热部段设计专用空间位姿调整紧固装置，采用传统一面两销方式定位舱体加工基准，改造现有机床结构，引入角度头解决传统机床加工端面反向特征干涉的问题，具有空间位姿调整效率、定位找正基准准确等优势，提高了整体数控加工效率、加工精度精度，从而满足生产任务需求。
附图说明
图1为中空间位姿调整装置示意图；
图2是本发明中空间位姿调整装置1部分示意图；
图3是本发明中空间位姿调整装置2部分示意图；
图4是本发明中空间位姿调整装置3部分示意图；
图5是本发明中空间位姿调整装置4部分示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，具体步骤包括：
(1)构建空间位姿调整装置：包括底部支撑位姿调节机构、端面限位加压机构、顶部限位加压机构、小尺寸零部件收纳机构；
(2)将空间位姿调整装置的底部支撑位姿调节机构起吊至机床台面；
(3)将舱体吊装至底部支撑位姿调节机构上方；
(4)将空间位姿调整装置的端面限位加压机构吊装至舱体前端面及后端面，利用定位销定位并紧固；
(5)利用机床打点测量舱体大端6-金属凸台端面，根据打点测量数据，利用位姿调整装置中的端面限位块、下方支撑块，调整舱体，确保6-金属凸台端面平面跳动≤0.2mm，同时调整舱体2-定位销孔Z向跳动≤0.1mm；
(6)逐步将空间位姿调整装置的顶部限位加压机构安装于产品上方，紧固产品；
(7)利用龙门五轴数控机床或卧式镗铣床，采用固定轴轮廓铣的方式铣削6-大端金属凸台端面，要求保证6-大端金属凸台端面平面跳动≤0.1mm；
(8)在同一坐标系下，利用龙门五轴数控机床或卧式镗铣床，采用固定轴轮廓铣的方式铣削防热层大端端面至固定高度，同时要求保证防热层大端端面金属平面的平行度≤0.1mm；
(9)对机床安装角度头，逐个铣削6-大端端面背部端面待铣削区域，铣削保证每个区域80％以上的金属表面被铣削平整；利用角度头铣削时，切削参数设定为：进给速度200～300mm/min、转速500～800r/min，单刀铣削深度≤0.3mm。
将舱体吊装至空间位姿调整装置后，依据大端6-金属凸台作为端面找正特定，依据大端2-定位销孔作为Z向和Y向原点基准。
如图1-5所示，底部支撑位姿调节机构包括大端底板5、4-限位横梁6、3-随形尼龙垫块7、3-随形尼龙垫块垫板8、6-垫板支座9、6-调节手轮10、6-螺杆底座11、小端底板12、连接螺钉13和中部垫板14，
其中大端底板5、4-限位横梁6、小端底板12和中部垫板14之间，均采用多个连接螺钉13连接于一体，6-垫板支座9、6-调节手轮10、6-螺杆底座11组合在一起，形成固定支撑座，能够上下调节高度，任意调整高度位姿；3-随形尼龙垫块7、3-随形尼龙垫块垫板8通过连接螺钉13连接在一起后，通过两个固定支承座支撑，从而实现舱体的Z向支撑。
端面限位加压机构包括由4-舱体端面压板15、4-压紧螺钉16、4-平垫圈17、小端压板托架18、大端压板托架19、连接螺钉20、伸缩螺纹杆21和尼龙垫块22，其中大端压板托架19、小端压板托架18分别通过多个连接螺钉20与底部支撑位姿调节机构连接于一体；
顶部限位加压机构包括小端压环23、4-压紧螺杆24、4-T型块25、大端压环26、4-压紧螺母27和4-平垫圈28，
其中4-T型块25与机床台面的T形槽配套，内有螺纹通孔；
4-压紧螺杆24为长度超过1000mm，外表面设置的螺纹；
小端压环23、大端压环26分别与产品背风面随形，同时两侧设置通孔。
使用时，预先将4-T型块25放入机床台面，然后将小端压环23、大端压环26放于产品上方，将四根4-压紧螺杆24分别穿过将小端压环23、大端压环26的长方通孔后，旋入四处4-T型块25的螺纹处，采用四组4-压紧螺母27和4-平垫圈28压紧。
小尺寸零部件收纳机构包括2-抽屉上壳体29、2-抽屉下壳体30、2-扶手31和2-抽屉插销锁32，其中2-抽屉上壳体29与底部支撑位姿调节机构固定在一起，2-抽屉下壳体30可移动；2-扶手31与2-抽屉下壳体30固定连接于一体。
日常状态下，2-抽屉上壳体29与2-抽屉下壳体30嵌套在一起，由2-抽屉插销锁32锁闭；当使用收纳机构时，按压2-抽屉插销锁32，即可打开，然后拉住2-扶手31，完成2-抽屉下壳体30的推拉，待使用完毕，再次利用2-抽屉插销锁32锁闭。
4-舱体端面压板15、4-压紧螺钉16、4-平垫圈17三者相互配合形成压板组件，四组压板组件能够实现对舱体大端和小端的约束。
伸缩螺纹杆21和尼龙垫块22粘接固定在一起，伸缩螺纹杆21与大端压板托架19之间螺纹连接，通过旋转伸缩螺纹杆21即可前后移动，并且带动尼龙垫块22移动，尼龙垫块22与产品大端端面接触，可顺利实现舱体端面法向的位姿调整。
本发明结合舱体端面待加工特征，面向复合材料防热部段设计专用空间位姿调整紧固装置，采用传统一面两销方式定位舱体加工基准，改造现有机床结构，引入角度头解决传统机床加工端面反向特征干涉的问题，具有空间位姿调整效率、定位找正基准准确等优势，提高了整体数控加工效率、加工精度精度，从而满足生产任务需求。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，具体步骤包括：
(1)构建空间位姿调整装置：包括底部支撑位姿调节机构、端面限位加压机构、顶部限位加压机构、小尺寸零部件收纳机构；
(2)将空间位姿调整装置的底部支撑位姿调节机构起吊至机床台面；
(3)将舱体吊装至底部支撑位姿调节机构上方；
(4)将空间位姿调整装置的端面限位加压机构吊装至舱体前端面及后端面，利用定位销定位并紧固；
(5)利用机床打点测量舱体大端6-金属凸台端面，根据打点测量数据，利用位姿调整装置中的端面限位块、下方支撑块，调整舱体，确保6-金属凸台端面平面跳动≤0.2mm，同时调整舱体2-定位销孔Z向跳动≤0.1mm；
(6)逐步将空间位姿调整装置的顶部限位加压机构安装于产品上方，紧固产品；
(7)利用龙门五轴数控机床或卧式镗铣床，采用固定轴轮廓铣的方式铣削6-大端金属凸台端面，要求保证6-大端金属凸台端面平面跳动≤0.1mm；
(8)在同一坐标系下，利用龙门五轴数控机床或卧式镗铣床，采用固定轴轮廓铣的方式铣削防热层大端端面至固定高度，同时要求保证防热层大端端面金属平面的平行度≤0.1mm；
(9)对机床安装角度头，逐个铣削6-大端端面背部端面待铣削区域，铣削保证每个区域80％以上的金属表面被铣削平整；利用角度头铣削时，切削参数设定为：进给速度200～300mm/min、转速500～800r/min，单刀铣削深度≤0.3mm。
2.根据权利要求1所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，将舱体吊装至空间位姿调整装置后，依据大端6-金属凸台作为端面找正特定，依据大端2-定位销孔作为Z向和Y向原点基准。
3.根据权利要求1所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，底部支撑位姿调节机构包括大端底板(5)、4-限位横梁(6)、3-随形尼龙垫块(7)、3-随形尼龙垫块垫板(8)、6-垫板支座(9)、6-调节手轮(10)、6-螺杆底座(11)、小端底板(12)、连接螺钉(13)和中部垫板(14)，
其中大端底板(5)、4-限位横梁(6)、小端底板(12)和中部垫板(14)之间，均采用多个连接螺钉(13)连接于一体，6-垫板支座(9)、6-调节手轮(10)、6-螺杆底座(11)组合在一起，形成固定支撑座，能够上下调节高度，任意调整高度位姿；3-随形尼龙垫块(7)、3-随形尼龙垫块垫板(8)通过连接螺钉(13)连接在一起后，通过两个固定支承座支撑，从而实现舱体的Z向支撑。
4.根据权利要求1所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，端面限位加压机构包括由4-舱体端面压板(15)、4-压紧螺钉(16)、4-平垫圈(17)、小端压板托架(18)、大端压板托架(19)、连接螺钉(20)、伸缩螺纹杆(21)和尼龙垫块(22)，其中大端压板托架(19)、小端压板托架(18)分别通过多个连接螺钉(20)与底部支撑位姿调节机构连接于一体。
5.根据权利要求1所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，顶部限位加压机构包括小端压环(23)、4-压紧螺杆(24)、4-T型块(25)、大端压环(26)、4-压紧螺母(27)和4-平垫圈(28)，
其中4-T型块(25)与机床台面的T形槽配套，内有螺纹通孔；
4-压紧螺杆(24)为长度超过1000mm，外表面设置的螺纹；
小端压环(23)、大端压环(26)分别与产品背风面随形，同时两侧设置通孔。
6.根据权利要求7所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，
使用时，预先将4-T型块(25)放入机床台面，然后将小端压环(23)、大端压环(26)放于产品上方，将四根4-压紧螺杆(24)分别穿过将小端压环(23)、大端压环(26)的长方通孔后，旋入四处4-T型块(25)的螺纹处，采用四组4-压紧螺母(27)和4-平垫圈(28)压紧。
7.根据权利要求1所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，小尺寸零部件收纳机构包括2-抽屉上壳体(29)、2-抽屉下壳体(30)、2-扶手(31)和2-抽屉插销锁(32)，其中2-抽屉上壳体(29)与底部支撑位姿调节机构固定在一起，2-抽屉下壳体(30)可移动；2-扶手(31)与2-抽屉下壳体(30)固定连接于一体。
8.根据权利要求7所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，日常状态下，2-抽屉上壳体(29)与2-抽屉下壳体(30)嵌套在一起，由2-抽屉插销锁(32)锁闭；当使用收纳机构时，按压2-抽屉插销锁(32)，即可打开，然后拉住2-扶手(31)，完成2-抽屉下壳体(30)的推拉，待使用完毕，再次利用2-抽屉插销锁(32)锁闭。
9.根据权利要求4所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，4-舱体端面压板(15)、4-压紧螺钉(16)、4-平垫圈(17)三者相互配合形成压板组件，四组压板组件能够实现对舱体大端和小端的约束。
10.根据权利要求4所述的一种高精度端面特征反向铣削工艺方法，其特征在于，伸缩螺纹杆(21)和尼龙垫块(22)粘接固定在一起，伸缩螺纹杆(21)与大端压板托架(19)之间螺纹连接，通过旋转伸缩螺纹杆(21)即可前后移动，并且带动尼龙垫块(22)移动，尼龙垫块(22)与产品大端端面接触，可顺利实现舱体端面法向的位姿调整。
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