CN113500358B - 一种锥形体精密加工方法 - Google Patents

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Abstract

一种锥形体精密加工方法，该方法包括以下步骤：前置步骤：优化刀具与流程，确定初步最优参数；即对结构件的加工刀具和加工流程进行优化，确定合理的加工刀具和切削参数；步骤一：对结构件进行切削试验和应力检测；所述切削试验的步骤包括：A1：对结构件的结构与刚度进行分析；A2：根据结构件刚度分析的数据，进行专用工装模型设计；A3：建立结构件和工装的刚度分析模型，并进行分析；A4:是否得出最优模型参数；A4‑1：否，当选择调整专用工装参数则返回步骤A2，当选择调整模型参数则返回步骤A3；本发明通过频谱谐波时效，有效降低了产品内应力，减小装卡应力引起的结构件变形。

Description

一种锥形体精密加工方法
技术领域
本发明是一种锥形体精密加工方法，涉及工件精密加工技术领域，具体是一种锥形体精密加工方法。
背景技术
锥形体的加工过程总是伴随着装夹力引起的变形问题，很多锥形体的外形存在多处开窗和圆孔，对结构连续性造成极大破坏，也会降低结构刚性，导致零件加工时变形量增大；此外，内腔存在多处不对称加强筋结构，所有筋条均与母线不重合，此种结构加工难度大、易变形，壁厚尺寸与内腔装配面尺寸难以保证，且锥形体内腔小端面与大端面距离较大，普通铣加工方法无法加工；端面多处高精度销孔和螺纹孔，大端张口尺寸大，内腔结构对大端面支撑位置较少，大端平面度以及大端平面相对基准轴线的垂直度难以保证；因此，需要提出一种能有效控制锥形体加工过程的变形量及提升产品加工的稳定性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种锥形体精密加工方法，以解决上述现有技术中存在的问题。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：一种锥形体精密加工方法，包括以下步骤：
前置步骤：优化刀具与流程，确定初步最优参数；
即对结构件的加工刀具和加工流程进行优化，确定合理的加工刀具和切削参数；
步骤一：对结构件进行切削试验和应力检测；
所述切削试验的步骤包括：
A1：对结构件的结构与刚度进行分析；
A2：根据结构件刚度分析的数据，进行专用工装模型设计；
A3：建立结构件和工装的刚度分析模型，并进行分析；
A4:是否得出最优模型参数；
A4-1：否，当选择调整专用工装参数则返回步骤A2，当选择调整模型参数则返回步骤A3；
A4-2：是，则进行步骤二；
所述应力检测的步骤包括：
B1：对结构件进行残余应力检测；
B2：频谱谐波振动时效处理；
B3：在同一位置再次对结构件进行残余应力检测；
B4：将两次残余应力检测的数据进行对比分析；
B5：是否得出最优振动时效参数；
B5-1：否，则调整振动参数，并返回步骤B2；
B5-2：是，则进行步骤二；
步骤二：建立工装模型与加工仿真；
C1：根据最优模型参数或最优振动时效参数建立低应力的工装模型；
C2：根据选择的加工刀具和切削参数，得到大量切削参数样本；
C3：利用切削参数样本在工装模型上进行机械加工仿真；
C4：得到大量仿真效果样本；
C5：选取最优的样本，确定为最优仿真参数；
C6：进行实物加工验证。
优选的，所述结构件为锥形体。
优选的，所述加工刀具的优化包括采取环切刀路和采用热装加长刀具加工。
优选的，所述加工流程的优化包括以下步骤：
S1：对结构件进行粗铣；
S2：热处理；
S3：对结构件进行精铣；
S4：对结构件进行铣后处理；
S5：复测尺寸。
优选的，所述对结构件进行粗铣包括钳工划线、粗车外形、钳工划线、粗铣窗口与支耳、粗铣内腔。
优选的，所述对结构件进行精铣包括半精车外形、精铣窗口与支耳、精铣内腔、精车外形与端面、精铣端面孔和圆周孔。
优选的，所述铣后处理包括钳工去毛刺与刻号、探伤、表面处理、钳工攻丝与安装钢丝螺套、喷漆、钳工过螺纹及清理内孔。
优选的，所述步骤B1中残余应力检测前包括对结构件物理参数采集与力学性能模型建立。
优选的，一种锥形体精密加工方法的工装，包括工装底板1，其特征在于，所述工装底板1上设有夹紧件、夹紧气缸4和手控阀，所述夹紧件和手控阀通过螺钉与工装底板1连接，所述夹紧气缸4设于夹紧件的内侧，且夹紧气缸4上设有夹爪4-1，所述夹紧件包括第一夹紧件和第二夹紧件；所述第一夹紧件由第一立柱2、第一滑台气缸2-1和第一夹紧块2-2组成，所述第一夹紧块2-2与第一滑台气缸2-1为滑动连接；所述第二夹紧件由第二立柱3、第二滑台气缸3-1和第二夹紧块3-2组成，所述第二夹紧块3-2与第二滑台气缸3-1为滑动连接；所述手控阀设于夹紧气缸4的外侧，且手控阀包括第一手控阀1-1和第二手控阀1-2。
优选的，所述工装底板1的下方设有工装支座5，所述工装支座5通过螺钉与工装底板1固定连接；所述第一夹紧块2-2和第二夹紧块3-2上均设有硅胶垫优选的。
与现有技术相比，本发明提供了一种锥形体6精密加工方法，具备以下有益效果：
1、通过对加工刀具的优化，大大缩短了加工时间，从而提高了加工效率；通过对加工流程的优化，相对于优化前的流程，简化了流程的步骤，节约成本，同时缩短了加工流程的时间，提高了加工效率；
2、通过频谱谐波时效，有效降低了产品内应力，减小装卡应力引起的结构件变形。
附图说明
图1为本发明的加工流程示意图；
图2为本发明优化前的结构件加工流程图；
图3为本发明优化后的结构件加工简化流程图；
图4为本发明优化后的结构件加工详细流程图；
图5为本发明完成加工的锥形体结构图；
图6为本发明用于加工方法的工装结构图；
图7为本发明工装夹紧待加工的锥形体结构图。
其中：1为工装底板，1-1为第一手控阀，1-2为第二手控阀，2为第一立柱，2-1为第一滑台气缸，2-2为第一夹紧块，3为第二立柱，3-1为第二滑台气缸，3-2为第二夹紧块，4为夹紧气缸，4-1为夹爪，5为工装支座，6为锥形体。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明提供一种锥形体精密加工方法，包括以下步骤：
前置步骤：优化刀具与流程，确定初步最优参数；
即对结构件的加工刀具和加工流程进行优化，确定合理的加工刀具和切削参数；
步骤一：对结构件进行切削试验和应力检测；
所述切削试验的步骤包括：
A1：对结构件的结构与刚度进行分析；
A2：根据结构件刚度分析的数据，进行专用工装模型设计；
A3：建立结构件和工装的刚度分析模型，并进行分析；
A4:是否得出最优模型参数；
A4-1：否，当选择调整专用工装参数则返回步骤A2，当选择调整模型参数则返回步骤A3；
A4-2：是，则进行步骤二；
所述应力检测的步骤包括：
B1：对结构件进行残余应力检测；
B2：频谱谐波振动时效处理；
B3：在同一位置再次对结构件进行残余应力检测；
B4：将两次残余应力检测的数据进行对比分析；
B5：是否得出最优振动时效参数；
B5-1：否，则调整振动参数，并返回步骤B2；
B5-2：是，则进行步骤二；
步骤二：建立工装模型与加工仿真；
C1：根据最优模型参数或最优振动时效参数建立低应力的工装模型；
C2：根据选择的加工刀具和切削参数，得到大量切削参数样本；
C3：利用切削参数样本在工装模型上进行机械加工仿真；
C4：得到大量仿真效果样本；
C5：选取最优的样本，确定为最优仿真参数；
C6：进行实物加工验证。
频谱谐波时效技术是通过傅里叶分析方法对金属工件进行频谱分析，找出工件的几十种谐波频率，从中优选出效果最佳的五种谐波频率进行处理，达到多维消除残余应力的目的，提高尺寸精度及稳定，防止其变形、开裂、广泛应用于机械制造业金属工件铸、锻、焊以及加工后的残余应力和均化。
通过频谱谐波时效处理，为结构件高效精密加工提供稳定的工装系统，可有效降低结构件的内应力。
优选的，所述结构件为锥形体6。
优选的，所述加工刀具的优化包括采取环切刀路和采用热装加长刀具加工。
根据结构件的结构特点，采取环切刀路，在同样切削步距的情况下，提高了锥形体表面质量一致性同时缩短刀具的轨迹长度，使切削轨迹均匀，缩短了切削时间，提高了加工效率；采用热装加长刀具加工，降低了结构件表面的粗糙度，同时提高了加工效率；通过三维加工仿真及加工流程优化，采用C5组合刀具，刀具的长度缩短后，刚性有了大幅提高，根据切削效果和优化的切削参数，可缩短加工时间，提高加工效率。
采取环切刀路时，切削时间由13小时降低至8小时，加工效率提高40％；采用热装加长刀具加工后，结构件表面粗糙度由Ra6.3提升至Ra1.6，加工效率由原来63分钟缩短至31分钟，加工效率提高51％；采用C5组合刀具，刀具的长度缩短了50毫米；根据切削效果和优化的切削参数，加工时间由80分钟缩短至53分钟，加工效率提高34％。
优选的，所述加工流程的优化包括以下步骤：
S1：对结构件进行粗铣；
S2：热处理；
S3：对结构件进行精铣；
S4：对结构件进行铣后处理；
S5：复测尺寸。
优选的，所述对结构件进行粗铣包括钳工划线、粗车外形、钳工划线、粗铣窗口与支耳、粗铣内腔。
通过钳工划线这一步骤，可以确定工件上各形面的加工位置和加工余量；可全面检查毛坯的形状和尺寸，是否符合图纸并满足加工要求；在毛坯上出现某些缺陷的情况下，利用划线时的借料方法来适当分配各形面的加工余量，达到可能的补救。
通过粗车外形这一步骤，可去除大部分毛坯余量，如果直接加工到图纸尺寸，会因为热应力、工件热变形等原因造成废品，粗车也是热处理这一步骤的需要。
优选的，所述对结构件进行精铣包括半精车外形、精铣窗口与支耳、精铣内腔、精车外形与端面、精铣端面孔和圆周孔。
粗加工后工件表面余量会误差较大，为了保证精加工时有稳定的加工余量，以达到最终产品的统一性，所以会安排半精车外形这一步骤。
精车外形与端面这一步骤就是为了满足图纸要求。
优选的，所述铣后处理包括钳工去毛刺与刻号、探伤、表面处理、钳工攻丝与安装钢丝螺套、喷漆、钳工过螺纹及清理内孔。
优选的，所述步骤B1中残余应力检测前包括对结构件物理参数采集与力学性能模型建立。
优选的，一种锥形体精密加工方法的工装，包括工装底板1，其特征在于，所述工装底板1上设有夹紧件、夹紧气缸4和手控阀，所述夹紧件和手控阀通过螺钉与工装底板1连接，所述夹紧气缸4设于夹紧件的内侧，且夹紧气缸4上设有夹爪4-1，所述夹紧件包括第一夹紧件和第二夹紧件；所述第一夹紧件由第一立柱2、第一滑台气缸2-1和第一夹紧块2-2组成，所述第一夹紧块2-2与第一滑台气缸2-1为滑动连接；所述第二夹紧件由第二立柱3、第二滑台气缸3-1和第二夹紧块3-2组成，所述第二夹紧块3-2与第二滑台气缸3-1为滑动连接；所述手控阀设于夹紧气缸4的外侧，且手控阀包括第一手控阀1-1和第二手控阀1-2。
优选的，所述工装底板1的下方设有工装支座5，所述工装支座5通过螺钉与工装底板1固定连接；所述第一夹紧块2-2和第二夹紧块3-2上均设有硅胶垫。
夹紧件均为柔性可调节结构，方便操作与调节，对锥形体6的外壁进行夹紧起到辅助支撑的作用。
作为本发明的一个具体实施例:
参照图1，低应力工装模型的建立应基于最优模型参数和最优振动时效参数，基于这两者建立低应力工装模型及进行后续步骤；
最优模型参数的获得步骤包括：
对结构件结构与刚度分析，结合分析数据设计专用工装模型，进而建立结构件与工装的刚度分析模型，并进行分析，由此判断是否得出了最优模型参数；若没有得出最优模型参数，当选择调整模型参数时，则返回建立与分析结构件和工装的刚度分析模型这一步骤，当选择调整工装参数时，则返回设计专用工装模型这一步骤；若得出了最优模型参数，则准备建立低应力工装模型。
最优振动时效参数的获得步骤包括：
采集结构件的物理参数及分析结构件的力学性能模型，接着对结构件作第一次残余应力检测，然后采用频谱谐波振动时效处理，处理完后，对结构件进行第二次残余应力检测，根据前后两次的检测数据进行对比分析，判断是否得出最优振动时效参数；若没有得出最优振动时效参数，则调整振动参数，并返回频谱谐波振动时效处理这一步骤；若得出最优振动时效参数，则结合最优模型参数建立低应力的工装模型。
建立好低应力的工装模型后，根据选择不同刀具和切削参数而获得大量的切削参数样本，进行机械加工仿真，得到大量的仿真效果样本，从这些大量仿真效果样本中，确定最优的仿真参数，根据最优的仿真参数，进行实物加工验证。
参照图2与图4，从优化加工流程的前后对比中，可知，优化后的加工流程相比优化前，在热处理和半精车外形这两个步骤之间，省略了半精铣内腔与半精铣窗口和支耳，以及优化后将优化前的粗铣内腔与粗铣窗口和支耳这两个步骤对调，精铣内腔与精铣窗口和支耳对调，其他步骤保持不变；优化后的加工流程，在省去了两个步骤后，仍然能达到优化前的效果，相比优化前，缩短了加工时间，降低了加工流程的成本，提高了加工效率。
实物加工时：将锥形体6小端平面贴紧工装底板1，大端平面在工装底板1的上方，使锥形体6上的销孔对准底板上的销孔，插入定位销，完成锥形体6的定位；旋转第一手控阀1-1控制9个夹紧气缸4，压紧锥形体6的9个压台；然后旋转第二手控阀1-2控制第一滑台气缸2-1，使第一夹紧块2-2向上运动，抱紧锥形体6表面，即可对锥形体6的内腔进行加工。
本发明特别是针对结构复杂、薄壁的锥形体，突破基于仿真的振动时效参数分析与确定、锥形体6的高精度定位、柔性装卡技术，结合应用高效率、低成本、节能环保的加工方法，提高了锥形体6在加工过程变形的控制水平，确保了锥形体6加工精度与尺寸的一致性。以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种锥形体精密加工方法，该方法包括以下步骤：
前置步骤：优化刀具与流程，确定初步最优参数；
即对结构件的加工刀具和加工流程进行优化，确定合理的加工刀具和切削参数；
步骤一：对结构件进行切削试验和应力检测；
所述切削试验的步骤包括：
A1：对结构件的结构与刚度进行分析；
A2：根据结构件刚度分析的数据，进行专用工装模型设计；
A3：建立结构件和工装的刚度分析模型，并进行分析；
A4:是否得出最优模型参数；
A4-1：否，当选择调整专用工装参数则返回步骤A2，当选择调整模型参数则返回步骤A3；
A4-2：是，则准备进行步骤二；
所述应力检测的步骤包括：
B1：对结构件进行残余应力检测；
B2：频谱谐波振动时效处理；
B3：在同一位置再次对结构件进行残余应力检测；
B4：将两次残余应力检测的数据进行对比分析；
B5：是否得出最优振动时效参数；
B5-1：否，则调整振动参数，并返回步骤B2；
B5-2：是，则进行步骤二；
步骤二：建立工装模型与加工仿真；
C1：根据最优模型参数和最优振动时效参数建立低应力的工装模型；
C2：根据选择的加工刀具和切削参数，得到大量切削参数样本；
C3：利用切削参数样本在工装模型上进行机械加工仿真；
C4：得到大量仿真效果样本；
C5：选取最优的样本，确定为最优仿真参数；
C6：进行实物加工验证。
2.根据权利要求1所述的一种锥形体精密加工方法，其方法在于，所述结构件为锥形体(6)。
3.根据权利要求1所述的一种锥形体精密加工方法，其方法在于，所述加工刀具的优化包括采取环切刀路和采用热装加长刀具加工。
4.根据权利要求1所述的一种锥形体精密加工方法，其方法在于，所述加工流程的优化包括以下步骤：
S1：对结构件进行粗铣；
S2：热处理；
S3：对结构件进行精铣；
S4：对结构件进行铣后处理；
S5：复测尺寸。
5.根据权利要求4所述的一种锥形体精密加工方法，其方法在于，所述对结构件进行粗铣包括钳工划线、粗车外形、钳工划线、粗铣窗口与支耳、粗铣内腔。
6.根据权利要求4所述的一种锥形体精密加工方法，其方法在于，所述对结构件进行精铣包括半精车外形、精铣窗口与支耳、精铣内腔、精车外形与端面、精铣端面孔和圆周孔。
7.根据权利要求4所述的一种锥形体精密加工方法，其方法在于，所述铣后处理包括钳工去毛刺与刻号、探伤、表面处理、钳工攻丝与安装钢丝螺套、喷漆、钳工过螺纹及清理内孔。
8.根据权利要求1所述的一种锥形体精密加工方法，其方法在于，所述步骤B1中残余应力检测前包括对结构件物理参数采集与力学性能模型建立。
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