CN114054815B - 一种高精度异形孔加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度异形孔加工方法，属于异形孔加工的技术领域，本发明在异形初孔的内部两侧设置平行的基准直边，以基准直边为加工基准对异形初孔设置初加工单边余量，然后进行初加工得到异形初加工孔；以基准直边为加工基准对异形初加工孔设置半精加工单边余量，然后进行半精加工得到异形半精加工孔；以两侧的基准直边之间的间距中线为基准测量异形半精加工孔的孔径精加工误差，根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系确定终孔直径，根据终孔直径对异形半精加工孔进行精加工至孔径达标；本发明具有不用更换刀具即可完成对异形孔的初加工、半精加工、精加工，保证整个加工过程中的加工稳定性，进而保证最终异形孔的成型精度。

Description

一种高精度异形孔加工方法
技术领域
本发明属于异形孔加工的技术领域，具体涉及一种高精度异形孔加工方法。
背景技术
异形孔结构是零件腹板或外形等区域所存在的一种结构，由于形状不规则，常以直边和圆弧组成，所以加工中多以立铣刀加工完成，制造精度较低。随着航空结构件制造技术的发展，越来越多的零件存在异形孔结构，并且许多异形孔被赋予较高的制造精度，这无疑增加了数控加工的难度。
除此之外，由于异形孔自身结构特点以及目前设计所提出的精度要求，常见的数控加工方法均难以满足加工精度要求。如果定制专用立铣刀或镗刀，则不同零件的异形孔需要不同的专用刀具，对刀具资源是一种极大的浪费并且没有实际通用意义。在传统工艺方案中，通常在数控加工过程中增加人工干预点，通过设置多条加工程序和人工检查点来确保异形孔加工精度满足设计要求。但是这种方法非常考验加工工人的个人能力，并且加工效率不高，出错率较高，极易造成零件故障，无法满足航空结构件日益提升的高精度、高质量、低成本的加工要求。
由于存在效率低、出错率高以及加工精度不稳定等问题，现有工艺方案已经无法满足当前加工需求，亟待高效、优质的工艺方法来提高高精度异形孔结构加工过程的稳定性，从而保证零件的加工质量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高精度异形孔加工方法，实现对异形孔进行高精度稳定加工。
本发明通过下述技术方案实现：
一种高精度异形孔加工方法，在异形初孔的内部平行于高精度尺寸要求方向的两侧设置基准直边，以基准直边作为加工基准对异形初孔设置初加工单边余量，然后对异形初孔进行初加工得到异形初加工孔；以基准直边作为加工基准对异形初加工孔设置半精加工单边余量，然后对异形初加工孔进行半精加工得到异形半精加工孔；以两侧的基准直边之间的间距中线为基准测量异形半精加工孔的孔径精加工误差，根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系确定终孔直径，根据终孔直径对异形半精加工孔进行精加工至孔径达标。
基准直边用于作为测量探头的测量参考基准，至少沿着平行于基准直边的方向，即平行于高精度尺寸要求方向设置初加工单边余量。然后通过铣刀对异形初孔进行初步扩孔的初加工以得到异形初加工孔，对基准直边不进行铣削，避免参考基准变化。初加工完成后，再次以基准直边为基准，至少沿着平行于基准直边的方向，即平行于高精度尺寸要求方向设置半精加工单边余量，然后通过铣刀对异形初加工孔进行继续扩孔的半精加工以得到异形半精加工孔。半精加工完成后，通过测量探头检测出两侧的基准直边的间距中线，间距中线平行于基准直边并距离两侧的基准直边距离相等。以间距中线为基准，采用检测销或将检测探头沿着间距中线进行扫查，进而得到半精加工异形孔的异形半精加工孔径测量值，异形半精加工孔径测量值与异形半精加工孔径理论值之间的差值即为孔径精加工误差。然后根据孔径精加工误差与终孔直径的公差要求的大小关系，进而确定最终需要加工的终孔直径。对应不同的公差要求与孔径精加工误差的大小关系，进而确定不同的终孔直径，对应不同的终孔直径编制对应的加工程序，调取相应的加工程序并根据终孔直径对异形半精加工孔进行精加工至孔径达标。
为了更好的实现本发明，进一步地，以两侧的基准直边之间的间距中线为基准测量异形半精加工孔的孔径精加工误差，具体包括以下步骤：
步骤A1、分别在两侧的基准直边上任取三个标定点，并采用测量探头测量三个标定点在垂直于高精度尺寸要求方向上的标定坐标值；
步骤A2、计算三个标定点的标定坐标值的平均值，根据两侧的基准直边的标定坐标值的平均值确定两侧的基准直边的间距中线；
步骤A3、沿着间距中线采用测量销或测量探头对异形半精加工孔的孔径进行测量得到异形半精加工孔径测量值；
步骤A4、计算异形半精加工孔径测量值与异形半精加工孔径理论值之间的差值即为孔径精加工误差。
为了更好的实现本发明，进一步地，根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系确定终孔直径，具体包括以下步骤：
步骤B1、获取公差要求的极限上差f与极限下差e，并计算公差中值为
Figure 167141DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤B2、根据孔径精加工误差与公差中值的大小关系确定终孔直径；
步骤B3、根据公差要求对终孔直径进行步进式调节并编制相应的加工程序。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤B3中，针对每条加工程序对应的终孔直径设置步进调节量，按照步进调节量对终孔直径进行递增步进式扩大。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步进调节量为0.02mm，铣削机床的铣削加工精度为0.01mm。
为了更好的实现本发明，进一步地，采用铣刀对异形初加工孔进行半精加工铣削，所述铣削的轴向铣削层数与径向铣削层数按照如下公式确定：
Figure 553123DEST_PATH_IMAGE002
其中：z为轴向铣削层数；j为径向铣削层数；H为异形初加工孔的孔壁的深度；K为铣刀刃口长度；R为铣刀底角半径；
Figure 175603DEST_PATH_IMAGE003
表示对
Figure 39654DEST_PATH_IMAGE004
向上取整。
为了更好的实现本发明，进一步地，以铣刀的加工坐标系对异形初加工孔进行孔位测量，并将异形初加工孔的孔位测量值与异形初加工孔的标准值计算孔位误差
Figure 916343DEST_PATH_IMAGE005
；若
Figure 83013DEST_PATH_IMAGE006
，则对异形初加工孔正常进行半精加工；若
Figure 818888DEST_PATH_IMAGE007
，则根据孔位误差对铣刀的加工坐标系进行修正，然后以修正后的铣刀的加工坐标系为基准对异形初加工孔正常进行半精加工。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述初加工单边余量沿平行于基准直边的方向以及垂直于基准直边的方向设置，所述初加工单边余量大于等于1mm，小于等于3mm。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述半精加工单边余量沿平行于基准直边的方向以及垂直于基准直边的方向设置，所述半精加工单边余量大于等于0.2mm，小于等于0.5mm。
为了更好的实现本发明，进一步地，所述基准直边的长度按照以下公式确定：2D≤L≤3D，其中D为测量探头的直径，L为基准直边的长度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明通过设置基准直边，通过基准直边为参照并设定初加工单边余量与半精加工单边余量，通过铣刀对异形孔进行初加工与半精加工，保证了异形孔在半精加工后的成型精度；然后通过在两侧的基准直边之间建立间距中线，通过间距中线为基准，进而对异形孔的孔径进行测量，并将测量的孔径与理论孔径进行比对得到孔径精加工误差，然后根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系进一步确定终孔直径，然后根据终孔直径对异形孔进行最终的精加工到位，在整体加工过程中仅仅使用铣刀进行加工，规避了因更换刀具以及异形孔尺寸多变造成加工过程不稳定的问题，能够在匹配加工公差的前提下保证异形孔的最终成形精度。
附图说明
图1为异形孔的初加工示意图；
图2为异形孔的半精加工示意图；
图3为孔径精加工误差的示意图；
图4为铣刀与异形孔位置关系示意图。
具体实施方式
实施例1：
本实施例的一种高精度异形孔加工方法，如图1所示，在异形初孔的内部平行于高精度尺寸要求方向的两侧设置基准直边，以基准直边作为加工基准对异形初孔设置初加工单边余量，然后对异形初孔进行初加工得到异形初加工孔；以基准直边作为加工基准对异形初加工孔设置半精加工单边余量，然后对异形初加工孔进行半精加工得到异形半精加工孔；以两侧的基准直边之间的间距中线为基准测量异形半精加工孔的孔径精加工误差，根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系确定终孔直径，根据终孔直径对异形半精加工孔进行精加工至孔径达标。
实施例2：
本实施例在实施例1的基础上做进一步优化，如图3所示，以两侧的基准直边之间的间距中线为基准测量异形半精加工孔的孔径精加工误差，具体包括以下步骤：
步骤A1、分别在两侧的基准直边上任取三个标定点，并采用测量探头测量三个标定点在垂直于高精度尺寸要求方向上的标定坐标值；
步骤A2、计算三个标定点的标定坐标值的平均值，根据两侧的基准直边的标定坐标值的平均值确定两侧的基准直边的间距中线；
步骤A3、沿着间距中线采用测量销或测量探头对异形半精加工孔的孔径进行测量得到异形半精加工孔径测量值；
步骤A4、计算异形半精加工孔径测量值与异形半精加工孔径理论值之间的差值即为孔径精加工误差。
如图3所示，在两侧的基准直边上分别测量三个标定点，取测量探头的测量方向的坐标值，一条基准直边上三点坐标取值分别为
Figure 611264DEST_PATH_IMAGE008
，另一条基准直边上三点坐标取值分别为
Figure 748984DEST_PATH_IMAGE009
，分别取平均值
Figure 585091DEST_PATH_IMAGE010
、
Figure 808262DEST_PATH_IMAGE011
，确定异形孔两条基准直边的中点坐标值
Figure 138749DEST_PATH_IMAGE012
，通过中点坐标值建立间距中线，然后使用中点坐标值作为测量坐标系基准点对半精加工孔径进行测量，得到异形半精加工孔径测量值
Figure 944025DEST_PATH_IMAGE013
。所述计算异形半精加工孔径测量值
Figure 701765DEST_PATH_IMAGE013
与异形半精加工孔径理论值
Figure 412232DEST_PATH_IMAGE014
之间的差值即为孔径精加工误差
Figure 530099DEST_PATH_IMAGE015
。
具体的：
初孔完成半精加工后，从两条平行的基准直边分别测量三个标定点，取测量探头的测量方向Y向的坐标值，即垂直于基准直边的方向上的坐标值。第一条基准直边上的三个标定点的坐标取值分别为
Figure 642411DEST_PATH_IMAGE016
，第二条基准直边上的三个标定点坐标取值分别为
Figure 305474DEST_PATH_IMAGE017
，则分别取平均值
Figure 378603DEST_PATH_IMAGE018
、
Figure 926259DEST_PATH_IMAGE019
，进而确定两条基准直边的中点坐标值
Figure 17712DEST_PATH_IMAGE020
，然后使用中点坐标值作为测量坐标系基准点对半精加工孔径进行测量，得到异形半精加工孔径测量值
Figure 258201DEST_PATH_IMAGE021
。然后计算孔径精加工误差
Figure 57441DEST_PATH_IMAGE022
，异形半精加工孔径理论值
Figure 408788DEST_PATH_IMAGE023
，孔径精加工误差
Figure 354747DEST_PATH_IMAGE024
。
本实施例的其他部分与实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系确定终孔直径，具体包括以下步骤：
步骤B1、获取公差要求的极限上差f与极限下差e，并计算公差中值为
Figure 500558DEST_PATH_IMAGE025
；
步骤B2、根据孔径精加工误差与公差中值的大小关系确定终孔直径；
步骤B3、根据公差要求对终孔直径进行步进式调节并编制相应的加工程序。
进一步的，步骤B3中，针对每条加工程序对应的终孔直径设置步进调节量，按照步进调节量对终孔直径进行递增步进式扩大。
进一步的，所述步进调节量为0.02mm。
异形孔的终孔直径为
Figure 282700DEST_PATH_IMAGE026
，最理想的异形孔的终孔直径
Figure 172159DEST_PATH_IMAGE027
，通过孔径精加工误差
Figure 238204DEST_PATH_IMAGE028
与公差中值
Figure 820495DEST_PATH_IMAGE029
的大小关系确定终孔直径如下表：
当
Figure 588469DEST_PATH_IMAGE030
时，如表1所示：
表1. 终孔直径加工对照表1
Figure 281618DEST_PATH_IMAGE031
当
Figure 671011DEST_PATH_IMAGE032
时，如表2所示：
表2. 终孔直径加工对照表2
Figure 299570DEST_PATH_IMAGE033
当
Figure 180938DEST_PATH_IMAGE034
时，如表3所示：
表3. 终孔直径加工对照表3
Figure 802412DEST_PATH_IMAGE036
具体的，如表4所示，异形孔的终孔直径为
Figure 187257DEST_PATH_IMAGE037
，即
Figure 219673DEST_PATH_IMAGE038
，
Figure 588337DEST_PATH_IMAGE039
，
Figure 482344DEST_PATH_IMAGE040
，则
Figure 128220DEST_PATH_IMAGE041
，最理想的异形孔的终孔直径
Figure 957636DEST_PATH_IMAGE042
。异形半精加工孔径测量值
Figure 938230DEST_PATH_IMAGE043
。计算孔径精加工误差
Figure 776873DEST_PATH_IMAGE044
，异形半精加工孔径理论值
Figure 510212DEST_PATH_IMAGE045
，孔径精加工误差
Figure 776108DEST_PATH_IMAGE046
。
此时
Figure 978419DEST_PATH_IMAGE047
满足条件
Figure 355174DEST_PATH_IMAGE048
满足条件
Figure 710063DEST_PATH_IMAGE049
，则选择下表中的P5程序，以及对应的终孔直径对应异形孔进行精加工。
表4. 终孔直径实际尺寸加工对照表
Figure 146861DEST_PATH_IMAGE050
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
实施例4：
本实施例在上述实施例1-3任一项的基础上做进一步优化，如图4所示，采用铣刀对异形初加工孔进行半精加工铣削，所述铣削的轴向铣削层数与径向铣削层数按照如下公式确定：
Figure 611035DEST_PATH_IMAGE002
其中：z为轴向铣削层数；j为径向铣削层数；H为异形初加工孔的孔壁的深度；K为铣刀刃口长度；R为铣刀底角半径；
Figure 916114DEST_PATH_IMAGE051
表示对
Figure 250143DEST_PATH_IMAGE052
向上取整。
通过上述设置，能够保证铣刀能够对异形初加工孔进行全高度H的铣削，避免铣刀底角半径的影响造成异形初加工孔铣削不全。
本实施例的其他部分与上述实施例1-3任一项相同，故不再赘述。
实施例5：
本实施例在上述实施例1-4任一项的基础上做进一步优化，以铣刀的加工坐标系对异形初加工孔进行孔位测量，并将异形初加工孔的孔位测量值与异形初加工孔的标准值计算孔位误差
Figure 467629DEST_PATH_IMAGE053
；若
Figure 644533DEST_PATH_IMAGE054
，则对异形初加工孔正常进行半精加工；若
Figure 97511DEST_PATH_IMAGE055
，则根据孔位误差对铣刀的加工坐标系进行修正，然后以修正后的铣刀的加工坐标系为基准对异形初加工孔正常进行半精加工。通过对铣刀的加工坐标系进行修正，进而有效减少孔径精加工误差，有效保证异形孔的加工精度。
本实施例的其他部分与上述实施例1-4任一项相同，故不再赘述。
实施例6：
本实施例在上述实施例1-5任一项的基础上做进一步优化，如图1所示，所述初加工单边余量沿平行于基准直边的方向以及垂直于基准直边的方向设置，所述初加工单边余量的最小值为Smin=1mm，初加工单边余量大于等于Smin；所述初加工单边余量的最大值为Smax=3mm，初加工单边余量小于等于Smax，其初加工单边余量可以略大于3mm。
如图2所示，所述半精加工单边余量沿平行于基准直边的方向以及垂直于基准直边的方向设置，所述半精加工单边余量的最小值为Xmin=0.2mm，半精加工单边余量大于等于Xmin；所述初加工单边余量的最大值为Xmax=0.5mm，半精加工单边余量小于等于Xmax。
本实施例的其他部分与上述实施例1-5任一项相同，故不再赘述。
实施例7：
本实施例在上述实施例1-6任一项的基础上做进一步优化，所述基准直边的长度按照以下公式确定：2D≤L≤3D，其中D为测量探头的直径，L为基准直边的长度。
通过上述设置，使得基准直边具备足够的长度以保证检测探头进行至少多余一个探头长度的扫查，进而保证检测精度。同时基准直边的长度不能大于三个检测探头的直径，避免基准直边长度过长带来后续的定位误差增加。
本实施例的其他部分与上述实施例1-6任一项相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做出任何形式上的限制，凡是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，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，在异形初孔的内部平行于高精度尺寸要求方向的两侧设置基准直边，以基准直边作为加工基准对异形初孔设置初加工单边余量，然后对异形初孔进行初加工得到异形初加工孔；以基准直边作为加工基准对异形初加工孔设置半精加工单边余量，然后对异形初加工孔进行半精加工得到异形半精加工孔；以两侧的基准直边之间的间距中线为基准测量异形半精加工孔的孔径精加工误差，根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系确定终孔直径，根据终孔直径对异形半精加工孔进行精加工至孔径达标。
2.根据权利要求1所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，以两侧的基准直边之间的间距中线为基准测量异形半精加工孔的孔径精加工误差，具体包括以下步骤：
步骤A1、分别在两侧的基准直边上任取三个标定点，并采用测量探头测量三个标定点在垂直于高精度尺寸要求方向上的标定坐标值；
步骤A2、计算三个标定点的标定坐标值的平均值，根据两侧的基准直边的标定坐标值的平均值确定两侧的基准直边的间距中线；
步骤A3、沿着间距中线采用测量销或测量探头对异形半精加工孔的孔径进行测量得到异形半精加工孔径测量值；
步骤A4、计算异形半精加工孔径测量值与异形半精加工孔径理论值之间的差值即为孔径精加工误差。
3.根据权利要求2所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，根据孔径精加工误差与公差要求的大小关系确定终孔直径，具体包括以下步骤：
步骤B1、获取公差要求的极限上差f与极限下差e，并计算公差中值为
Figure 97424DEST_PATH_IMAGE001
；
步骤B2、根据孔径精加工误差与公差中值的大小关系确定终孔直径；
步骤B3、根据公差要求对终孔直径进行步进式调节并编制相应的加工程序。
4.根据权利要求3所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，所述步骤B3中，针对每条加工程序对应的终孔直径设置步进调节量，按照步进调节量对终孔直径进行递增步进式扩大。
5.根据权利要求4所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，所述步进调节量为0.02mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，采用铣刀对异形初加工孔进行半精加工铣削，所述铣削的轴向铣削层数与径向铣削层数按照如下公式确定：
Figure 811302DEST_PATH_IMAGE002
其中：z为轴向铣削层数；j为径向铣削层数；H为异形初加工孔的孔壁的深度；K为铣刀刃口长度；R为铣刀底角半径；
Figure 138509DEST_PATH_IMAGE003
表示对
Figure 64877DEST_PATH_IMAGE004
向上取整。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，以铣刀的加工坐标系对异形初加工孔进行孔位测量，并将异形初加工孔的孔位测量值与异形初加工孔的标准值计算孔位误差
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；若
Figure 512870DEST_PATH_IMAGE006
，则对异形初加工孔正常进行半精加工；若
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，则根据孔位误差对铣刀的加工坐标系进行修正，然后以修正后的铣刀的加工坐标系为基准，对异形初加工孔正常进行半精加工。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，所述初加工单边余量沿平行于基准直边的方向以及垂直于基准直边的方向设置，所述初加工单边余量大于等于1mm，小于等于3mm。
9.根据权利要求1-5任一项所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，所述半精加工单边余量沿平行于基准直边的方向以及垂直于基准直边的方向设置，所述半精加工单边余量大于等于0.2mm，小于等于0.5mm。
10.根据权利要求1-5任一项所述的一种高精度异形孔加工方法，其特征在于，所述基准直边的长度按照以下公式确定：
2D≤L≤3D，其中D为测量探头的直径，L为基准直边的长度。
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