CN113894334B - 一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法，包括如下步骤：(1)精加工时，第1排网格分2次加工成型：a.第1次加工后，测量壳体壁厚变形量，分组设定刀补，形成刀补值集合1，用于第2次加工时壁厚变形量的修正；b.第2次加工后，测量壳体壁厚变形量，与本次加工的刀补值集合1进行比对，修正细微变形量，形成刀补值集合2，用于加工第2排网格时变形量(圆度变形)的修正。(2)第2排网格开始，均1次加工成型。本发明通过人工测量和人工刀具补偿方法可有效的控制壳体的圆度变形，保证薄壁壳体网格蒙皮厚度满足要求；本发明方法操作简单，在加工过程中不需要使用大型专用工装，节省了资源消耗。

Description

一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法
技术领域
本发明涉及一种蒙皮厚度误差补偿方法，尤其涉及一种大型薄壁壳体高速铣网格蒙皮厚度误差补偿方法。
背景技术
航天、航空领域的大型结构件，外形尺寸大，内型结构复杂，网格数量众多，网格内蒙皮壁薄，尺寸公差要求严格，网格加工在整个加工过程中占的比重最大(约占整个加工过程的50％)，因此如何保质、高效的加工网格成为能否大幅提升壳体加工效率的关键所在。
影响蒙皮尺寸的因素很多，零件变形无疑是最主要因素。内网格蒙皮在进行精加工时，受前工序的影响，各个位置的蒙皮已经不可避免的产生了不同程度的变形，由此而产生的圆度误差将直接影响到蒙皮的厚度尺寸。通过优化铣削策略、切削参数等方式方法可在一定程度上减小零件变形，但是，针对大型复杂结构件，单从以上方式方法来控制变形是远远达不到设计要求的。
现有的网格蒙皮厚度误差补偿方法主要有三种：一是购置专用的五轴机床探测和壁厚自动补偿模块，实现壁厚的自动测量和补偿。二是通过施加外力，即采用工装夹持，修正零件的圆度。这样就可以直接调用程序进行加工，操作过程简单。三是采用“试切—检测—补偿—加工到位”的方式，精加工分两次完成。即先预留一定余量(一般预留1mm)，将所有蒙皮均切削加工一次，用测厚仪测量每一网格的厚度，记录数据，并与理论值进行比较，逐一设定刀补值来补偿变形产生的误差，该方法可节省工装费用，零件可在自由状态下加工。
现有技术主要缺陷在于：
对于第一种方法，国外生产的五轴数控加工中心，其自动测量和后置处理模块目前仅由一家国外供应商提供服务，购置费用昂贵，且部分航空航天企业无法存在购置困难问题。
对于第二种方法，大型零件夹持工装的设计、制造成本十分昂贵。其次，航空、航天领域的大型零件一般的允许圆度公差≤1mm、蒙皮公差带范围0.3mm，而工装的校正作用又十分有限，直接调用数控程序，按照理论值进行加工，存在局部位置超差的风险。同时，在整个加工过程中，零件均处于非自由状态，不利于形位公差的保持。
对于第三种采用通过试切的方法来补偿变形产生的误差的加工方法，设备占用时间长，加工成本高，效率难以得到保证。同时，所有网格内蒙皮在第一次加工后，零件不可避免的要产生新的变形，根据实测厚度，调整刀补，新变形导致的圆度误差仍未得到补偿，从严格意义上来说，采用这种方式加工，仍然存在个别蒙皮超差的风险。
因此，亟需一种大型薄壁壳体高速铣网格蒙皮厚度误差高效补偿加工方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种大型薄壁壳体高速铣网格蒙皮厚度误差补偿方法。
为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法，包括如下步骤：
(1)精加工时，第1排网格分2次加工成型：
a.第1排网格第1次加工，在壳体加工面单边留1mm余量，加工后测量第1排网格壁厚，计算第1次加工后壳体壁厚变形量(实测壁厚-1mm余量理论壁厚)，按相邻网格变形量0.05mm梯度分组，每组单独设定刀补值保证组内全部网格壁厚在公差范围内，由此形成刀补值集合1，集合1作为第2次加工第1排网格的刀具补偿值；
b.第2次加工第1层网格壁厚，在蒙皮壁厚尺寸公差中间值的基础上，以第1次加工得到的刀补值集合1设定刀补值，将网格壁厚精铣到满足要求，即余量0mm。加工后测量第1排网格壁厚，计算第2次加工后壳体壁厚变形量(实测壁厚-理论壁厚)，与本次加工的刀补值集合1进行比对，修正细微变形量，形成刀补值集合2，用于加工第2排网格时变形量(圆度变形)的修正。
(2)加工第2排网格壁厚，1次加工成型。在蒙皮壁厚尺寸公差中间值的基础上，以刀补值集合2设定刀补值，将网格壁厚精铣到满足要求，即余量0mm。加工后测量第2排网格壁厚，计算加工后壳体壁厚变形量(圆度变形)，与本次加工的刀补值集合2进行比对，修正细微变形量，形成刀补值集合3，用于加工第3排网格时变形量(圆度变形)的修正。
(3)重复步骤(2)完成后续各排网格的加工，直至所有网格加工到满足要求，后续各排网格均1次加工成型。
作为优选方式，所述步骤(1)中，相邻排网格的刀补值等于加工上一排相应位置网格的刀补值减去上一排网格厚度实测值与理论值的差值。
进一步优选，所述步骤B、C中将每排左、右相邻网格的实测厚度差值小于0.05mm的网格分为一组，刀补值统一设定为蒙皮厚度最薄网格的刀补值，刀补值不唯一，一般按照壁厚偏上公差设定。
本发明具有以下优点：
(1)网格加工位置的变形量可实时、准确的补偿。同时可消除前工序产生圆度误差对最终加工结果产生的影响。
(2)消除了试切的过程，切削效率可提高至原来的近一倍以上。
(3)加工周期缩短，五轴加工中心占用时间减少，生产成本降低。在批量制造过程中节省加工成本，更为可观。
(4)本方法操作简单，在加工过程中不需要使用大型专用工装(采用通用的压板、垫铁)、不需购置专用的机床测量和自动补偿模块，节省了资源的消耗。
附图说明
图1是本发明方法工作原理图
图2是本发明方法具体操作流程图
图3是实施例中待加工网格示意图。
图4是实施例中第1排网格第1次加工后网格壁厚数据统计图。
图5是实施例中针对第1排网格第1次加工后的刀具补偿示意图。
图6是实施例中第1排网格第2次加工后网格壁厚数据统计图。
图7是实施例中针对第1排网格第2次加工后的刀具补偿示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：
一种大型薄壁壳体高速铣网格蒙皮厚度误差补偿方法，下面以附图3中网格为例，说明整个加工过程，精加工后网格壁厚为2±0.1mm，具体步骤如下：
(1)在壳体加工面单边留1mm余量，，使用五轴加工中心第1次加工第1排①-
Figure BDA0003339150100000041
网格，得到实测厚度数据(mm)见表1，加工方法为各网格依次铣削，加工路径任意：
表1第1排网格第1次加工后壁厚实测值(单边1mm余量)单位：mm
Figure BDA0003339150100000042
(2)第1次加工后，测量第1排网格厚度。根据相邻网格间，实测厚度差值≤0.05mm的进行分组，分组设定刀补值，保证组内全部网格壁厚均在公差范围内，具体如表2所示。
表2第1排网格第2次加工的刀补值分组表
分组 1 2 3 4 5
每组包含网格序号 1～6 7～8 9～13 14 15
实测值 3.03～3.08 3.11～3.13 3.14～3.19 3.10 3.03
第1次加工后变形量a +0.03～+0.08 +0.11～+0.13 +0.14～+0.19 +0.10 +0.03
设定刀补值(mm) +0.03 +0.11 +0.14 +0.10 +0.03
注：1、刀补值“+”、“-”由设备系统参数决定，不同设备定义不同；
2、本实例使用的设备“+”表示加刀长，“-”表示降刀长。
(3)根据表1中刀补值数据，进行第1排网格的第2次加工，得到的实测厚度(mm)数据见表3。
表3第1排网格第2次加工后壁厚实测值(单边0mm余量)单位：mm
Figure BDA0003339150100000043
(4)根据第1排网格的分组情况，结合第1排位于同一列网格加工时的刀补值，将组内实测厚度差值≤0.05的设定为同一刀补，如表2所示。
表2精加工第2排网格的刀补值
Figure BDA0003339150100000044
Figure BDA0003339150100000051
注：为保证网格精加工后厚度，防止蒙皮厚度超过下偏差，影响使用强度，刀补值统一按照每组蒙皮厚度最薄网格差值进行刀补。
(5)依次类推，完成各排网格的加工。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、在壳体加工面单边留1mm余量，加工后测量第1排网格壁厚，计算第1次加工后壳体壁厚变形量，按相邻网格变形量0.05mm梯度分组，每组单独设定刀补值保证组内全部网格壁厚在公差范围内，由此形成刀补值集合1，集合1作为第2次加工第1排网格的刀补值；
B、在蒙皮壁厚尺寸公差中间值的基础上，以第1次加工得到的刀补值集合1设定刀补值，将第1排网格壁厚第二次精铣到满足要求，即余量0mm；加工后测量第1排网格壁厚，计算第2次加工后壳体壁厚变形量，与本次加工的刀补值集合1进行比对，修正细微变形量，形成刀补值集合2，用于加工第2排网格时圆度变形变形量的修正；
C、在蒙皮壁厚尺寸公差中间值的基础上，以刀补值集合2设定刀补值，将第2排网格壁厚精铣到满足要求；加工后测量第2排网格壁厚，计算加工后壳体壁厚圆度变形变形量，与本次加工的刀补值集合2进行比对，修正细微变形量，形成刀补值集合3，用于加工第3排网格时圆度变形变形量的修正；
D、重复步骤C完成后续各排网格的加工，直至所有网格加工到满足要求。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法，其特征在于：所述步骤B、C中，第2排网格加工的刀具补偿值等于第1排网格第2次加工的刀补值减去第2次加工后壁厚实测值与理论值的差值。
3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法，其特征在于：所述步骤D中，从第3排网格起，相邻排网格的刀补值等于加工上一层相应位置网格的刀补值减去上一层网格加工后厚度实测值与理论值的差值。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种大型薄壁壳体网格蒙皮厚度误差补偿加工方法，其特征在于：所述步骤B、C中，将每排左、右相邻网格的实测厚度差值小于0.05mm的网格分为一组，刀补值统一设定为蒙皮厚度最薄网格的刀补值，刀补值不唯一，按照壁厚偏上公差设定。
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