CN115026606B - 一种大型薄壁锥面壳体加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型结构件精密加工技术领域，公开了一种大型薄壁锥面壳体加工方法，包括以下步骤：将壳体的小直径端在加工平台上定位装夹，采用内支撑件对壳体内壁进行支撑，将壳体外表面加工到设计尺寸；对壳体进行吊装，将外支撑件在加工平台上进行定位装夹，使定位锥面的大直径端朝上设置；将壳体吊装到外支撑件内，对壳体在定位锥面上进行装配定位，将壳体内表面加工到设计尺寸；对壳体进行吊装，将壳体从外支撑件内吊出，完成壳体的加工。结合壳体的结构特点，通过调整加工步骤，并在壳体内部对壳体进行支撑，增加壳体整体刚度，有效避免在加工外表面的过程中壳体的变形和跳动，保证外表面的加工质量。

Description

一种大型薄壁锥面壳体加工方法

技术领域

本发明涉及大型结构件精密加工技术领域，特别涉及一种大型薄壁锥面壳体加工方法。

背景技术

一种大型薄壁锥形壳体具有外形大、壁厚薄的特征，其大端直径尺寸达2000mm以上，小端直径尺寸也在2000mm左右，局部壁厚不大于3.5mm，壳体的圆度不大于0.75mm，壳体上下两端的同轴度不大于0.8mm，壳体上下两端的平行度与平面度不大于0.5mm，壳体整体内外圆的加工精度要求控制在±0.15mm。由于零件尺寸大、加工精度高，且壳体整体呈锥形，存在装夹难度大，难以加工的问题。同时，在加工过程中，不管采用哪种加工方式，在加工过程中零件都容易产生较大的变形，导致加工精度难以达到设计要求，这些都给这种大型薄壁锥形壳体的加工带来了很大的困难。

发明内容

本发明提供一种大型薄壁锥面壳体加工方法旨在解决大型薄壁锥面壳体在加工和吊装过程中发生变形的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：一种大型薄壁锥面壳体加工方法，壳体为铝合金材质，其特征在于，采用立车对壳体进行加工，包括以下步骤：

1）将壳体的小直径端在加工平台上定位装夹，采用内支撑件对壳体内部进行支撑，将壳体外表面加工到设计尺寸；将壳体的小直径端在加工平台上定位装夹采用的方法为：将壳体对中安装到加工平台上，采用压板沿壳体小直径端圆周方向分别压装到壳体小直径端的内侧法兰上，对壳体进行定位装夹； 在将壳体的小直径端在加工平台上定位装夹之前，壳体的大直径端在加工平台上定位装夹，将壳体小直径一端端面加工到设计尺寸；

2）对壳体进行吊装，在加工平台上安装外支撑件，所述外支撑件为两端开口的环状结构，外支撑件内表面设置为与壳体外表面相配合的定位锥面，将外支撑件在加工平台上进行定位装夹，使定位锥面的大直径端朝上设置；在加工好外表面后，利用加工好的壳体外表面与外支撑件之间的配合，对壳体进行精确定位装夹以及支撑，壳体与所述外支撑件之间的接触面形成贴合连接；在将外支撑件在加工平台上进行定位装夹采用的方法为：将外支撑件对中安装到加工平台上，采用压板沿外支撑件圆周方向分别压装到外支撑件端部的外侧法兰上，对外支撑件进行定位装夹；

3）将壳体吊装到外支撑件内，对壳体在定位锥面上进行装配定位，将壳体内表面加工到设计尺寸；

4）对壳体进行吊装，将壳体从外支撑件内吊出，完成壳体的加工。

本发明中，针对大型薄壁锥面壳体难以有效装夹、有效定位，加工中容易发生变形，难以保证加工质量和加工精度的问题，本发明方法中采用立车对壳体进行加工，结合壳体的结构特点，通过调整加工步骤，现将壳体利用自身的端面对壳体在铣车上进行精确定位，同时在壳体内部对壳体进行支撑，增加壳体整体刚度，有效避免在加工外表面的过程中壳体的变形和跳动，保证外表面的加工质量；在加工好外表面后，利用加工好的壳体外表面与外支撑件之间的配合，对壳体进行精确定位装夹以及支撑，从而避免在加工内表面过程中壳体的变形和跳动，有效保证了壳体的加工精度和加工质量。

本发明中，根据壳体本身结构较大的特性，在加工壳体的过程中需要尽可能减少壳体的移动，在对壳体的内外壁进行加工之前，先对壳体小直径的一端端面加工到设计尺寸后，再将加工过后的壳体小直径一端定位装夹在所述加工平台上，使后续对壳体的加工过程中避免对壳体进行翻转移动，减少壳体发生变形的可能性。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述内支撑件包括有能从中间向两端方向上同时伸出或缩回运动的两个支撑杆，内支撑件沿壳体径向方向水平设置，两个支撑杆的端部与壳体内表面上布置的十字筋条之间形成面接触。

本发明中，通过所述内支撑件的可伸缩结构，便于所述内支撑件在壳体内部的安装与拆卸，并在所述内支撑件的两个端部设计为与壳体内表面的结构相互匹配的形状，使所述内支撑件在壳体内部安装后对壳体形成良好的支撑效果的同时，并通过所述内支撑件端部与壳体之间形成的面接触，防止所述内支撑件的支撑导致壳体发生变形。

作为对本发明技术方案的进一步改进，步骤1）中采用内支撑件对壳体内部进行支撑后，在对壳体外表面进行加工之前，对壳体转动过程中的径向跳动进行检测，若跳动大于0.1mm，则调整内支撑件的支撑位置和数量，直至跳动不大于0.1mm。

本发明中在加工外表面时，由于其同时作为加工内表面时的定位基准，因此外表面加工精度不仅会影响到其自身的加工精度，而且会对内表面的加工精度造成影响；本发明中采用内支撑件在对壳体内部进行支撑的同时，通过对内支撑件进行调整减小壳体在加工中的跳动度，从而保证壳体外表面的加工精度。

作为对本发明技术方案的进一步改进，在将壳体装配到外支撑件内时，在壳体和定位锥面的接触面上涂刷润滑油。

本发明中，在壳体装配到外支撑件的过程中，根据壳体的加工要求导致外支撑件与壳体之间锥面的适配程度较高，壳体与所述外支撑件之间的接触面形成贴合连接，相当于真空状态，导致壳体无法顺利从所述外支撑件内取出，为了方便壳体与外支撑件之间的安装与拆卸，在所述外支撑件与壳体之间的接触面上涂抹润滑油，便于壳体从所述外支撑件内吊出。

作为对本发明技术方案的进一步改进，步骤2）、步骤4）中对壳体进行吊装采用的方法为：

在壳体内设置吊装工装，吊装工装包括吊装本体和沿吊装本体圆周方向设置有多个吊装杆，吊装杆可沿径向方向做伸缩运动；

在吊装时，将各个吊装杆分别支撑到壳体内表面，使吊装工装固定连接到壳体上，通过设置在吊装本体上的吊耳对壳体进行吊装。

本发明中，通过所述吊装杆的伸缩运动结构，并且所述吊装杆沿圆周方向均匀分布设置在所述吊装本体上，使吊装杆对壳体形成稳定的支撑固定效果，并通过吊耳连接起吊装置，从而避免壳体在吊装过程中发生变形。

作为对本发明技术方案的进一步改进，所述外支撑件的向下两端均设置有外侧法兰，所述外支撑件外壁上沿其圆周方向设置有若干个支撑件。

本发明中，为了提高所述外支撑件对壳体的支撑效果，在所述外侧法兰之间设置若干个所述支撑件，使所述支撑件为所述定位锥面提供支撑效果，从而提高所述外支撑件对壳体的支撑效果，防止壳体在加工过程中发生变形。

本发明所具有的有益效果：

针对大型薄壁锥面壳体难以有效装夹、有效定位，加工中容易发生变形，难以保证加工质量和加工精度的问题，本发明方法中采用立车对壳体进行加工，结合壳体的结构特点，通过调整加工步骤，先将壳体利用自身的端面对壳体在立车上进行精确定位，同时在壳体内部对壳体进行支撑，增加壳体整体刚度，有效避免在加工外表面的过程中壳体的变形和跳动，保证外表面的加工质量；在加工好外表面后，利用加工好的壳体外表面与外支撑件之间的配合，对壳体进行精确定位装夹以及支撑，从而避免在加工内表面过程中壳体的变形和跳动，有效保证了壳体的加工精度和加工质量。

同时，整个加工过程中都以壳体的小直径端对壳体进行定位，保证加工过程中壳体的装夹定位精度，保证壳体的加工精度和质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明中加工平台、内支撑件、外支撑件和壳体之间的连接结构示意图。

图2为本发明大型薄壁锥形壳体加工方法中吊装工装的安装结构示意图。

图3为本发明中加工平台的结构示意图。

图4为本发明中外支撑件的结构示意图。

图5为本发明中内支撑件的结构示意图。

图6为本发明动吊装工装的结构示意图。

图中：1-加工平台；2-壳体；3-外支撑件；4-内支撑件；5-吊装工装；101-滑动槽；102-压板；301-定位锥面；302-外侧法兰；303-支撑件；401-支撑杆；402-连接环；501-吊装本体；502-吊装杆；503-吊耳。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实施例提供的一种大型薄壁锥面壳体加工方法，壳体2为铝合金材质，采用立车对壳体2进行加工，包括以下步骤：

先对工件进行尺寸测量，在将壳体2的小直径端在加工平台1上定位装夹之前，壳体2的大直径端在加工平台1上定位装夹，将壳体2小直径一端端面加工到设计尺寸。

1）将壳体2的小直径端在加工平台1上定位装夹，采用内支撑件4对壳体2内部进行支撑，将壳体2外表面加工到设计尺寸；

进一步的，步骤1）中将壳体2的小直径端在加工平台1上定位装夹采用的方法为：

将壳体2对中安装到加工平台1上，采用压板102沿壳体2小直径端圆周方向分别压装到壳体2小直径端的内侧法兰上，然后将压板102固定连接到加工平台1上，对壳体2进行定位装夹； 在将壳体2的小直径端在加工平台1上定位装夹之前，壳体2的大直径端在加工平台1上定位装夹，将壳体2小直径一端端面加工到设计尺寸；

进一步的，如图1所示，所述内支撑件4包括有能从中间向两端方向上同时伸出或缩回运动的两个支撑杆401，内支撑件4沿壳体2径向方向水平设置，两个支撑杆401的端部与壳体2内表面上布置的十字筋条之间形成面接触。

进一步的，步骤1）中采用内支撑件4对壳体2内部进行支撑后，在对壳体2外表面进行加工之前，对壳体2转动过程中的径向跳动进行检测，若跳动大于0.1mm，则调整内支撑件4的支撑位置和数量，直至跳动不大于0.1mm。

2）对壳体2进行吊装，在加工平台1上安装外支撑件3，所述外支撑件3为在两端开口的环状结构，外支撑件3内表面设置为与壳体2外表面相配合的定位锥面301，将外支撑件3在加工平台1上进行定位装夹，使定位锥面301的大直径端朝上设置；在加工好外表面后，利用加工好的壳体2外表面与外支撑件3之间的配合，对壳体2进行精确定位装夹以及支撑，使壳体2与所述外支撑件3之间的接触面形成贴合连接。

进一步的，步骤2）中，在将外支撑件3在加工平台1上进行定位装夹采用的方法为：

将外支撑件3对中安装到加工平台1上，采用压板102沿外支撑件3圆周方向分别压装到外支撑件3端部的外侧法兰302上，然后将压板102固定连接到加工平台1上，对外支撑件3进行定位装夹。

进一步的，在将壳体2装配到外支撑件3内时，在壳体2和定位锥面301的接触面上涂刷润滑油。

3）将壳体2吊装到外支撑件3内，对壳体2在定位锥面301上进行装配定位，将壳体2内表面加工到设计尺寸；

4）对壳体2进行吊装，将壳体2从外支撑件3内取出，完成壳体2的加工。

进一步的，步骤2）、步骤4）中对壳体2进行吊装采用的方法为：

在壳体2内设置吊装工装5，吊装工装5包括吊装本体501和沿吊装本体501圆周方向设置有多个吊装杆502，吊装杆502可沿径向方向做伸缩运动；

在吊装时，如图2所示，将各个吊装杆502分别支撑到壳体2内表面，使吊装工装5固定连接到壳体2上，通过设置在吊装本体501上的吊耳503对壳体2进行吊装。

进一步的，所述外支撑件3的向下两端均设置有外侧法兰302，所述外支撑件3外壁上沿其圆周方向设置有若干个支撑件303。

本实施例中，壳体2为铝合金材质的锥形壳体2，壳体2大直径一端的最大直径为Ø2185.9±0.15mm，小直径一端的最小直径为Ø2000±0.15mm，壳体2壁厚大部分为3.5mm，对壳体2的加工要求包括：壳体上下两端的圆度需达到0.75、壳体上下两端的同轴度达到0.8、壳体上下两端的平行度与平面度均达到0.5；

为了满足上述壳体2的加工要求，需要配合使用单独的加工工装，以确保壳体2在加工过程中的加工精度，加工工装包括所述加工平台1、内支撑件4和外支撑件3，并在加工壳体2的过程中对壳体2进行吊装翻转或移动，便于壳体2的加工工序可以顺利进行，根据壳体2的结构形状需要单独配备适用于壳体2的所述吊装工装5；

如图3所示，所述加工平台1主要用于壳体2在加工过程中保持稳定，便于对壳体2进行精加工，所述加工平台1上沿圆周方向均匀分布设置有滑动槽101，滑动槽101上均设置有压板102，压板102与滑动槽101之间为滑动配合连接，压板102上还设置有固定螺钉，滑动槽101内均设置有与固定螺钉相互匹配的固定螺母，通过固定螺母与固定螺钉的配合实现压板102在加工平台1上滑动和压板102对壳体2的压紧固定；

如图5所示，所述内支撑件4包括两个支撑杆401，两个支撑杆401之间设置有连接环402，连接环402与支撑杆401之间采用螺纹连接方式，通过连接环402与支撑杆401之间的螺纹连接方式，使所述内支撑件4进行细微调整，可以有效防止所述内支撑件4对壳体2造成支撑过度，使壳体2在加工过程中发生变形，通过所述内支撑件4的设置位置和数量进行多次调整，使经过加工得到的壳体2满足壳体2的具体加工要求；

如图4所示，所述外支撑件3包括定位锥面301、外侧法兰302和支撑件303，通过所述定位锥面301对壳体2进行支撑的同时，为了提高所述定位锥面301对壳体2的支撑效果，在定位锥面301的外表面上设置若干个支撑件303，提高所述外支撑件3对壳体2的支撑效果，同时，利用所述外支撑件3上设置的外侧法兰302，通过所述加工平台1上设置的压板102按压外侧法兰302，使所述外支撑件3在为壳体2提供良好的支撑效果；

如图6所示，所述吊装工装5包括吊装本体501和吊装杆502，所述吊装本体501上还设置有吊耳503，通过所述吊装杆502的伸缩结构使所述吊装工装5固定连接到壳体2上，所述吊装杆502沿圆周方向均匀分布设置在吊装本体501上，使吊装工装5对壳体2形成均匀的支撑效果，再将起吊工装与吊耳503连接，实现对壳体2吊装的同时，避免壳体2在吊装过程中发生变形；

通过所述加工平台1、内支撑件4、外支撑件3和吊装工装5的相互配合，使壳体2在上述加工步骤中保持稳定的固定状态，并通过所述内支撑件4和外支撑件3提高了壳体2的刚性，避免了壳体2在加工过程和吊装过程中发生变形的问题，通过上述方法加工制得的壳体2满足设计要求的同时，节约了加工成本。

在本发明的描述中，需要说明的是，所采用的术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，本发明的描述中若出现“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种大型薄壁锥面壳体加工方法，壳体（2）为铝合金材质，其特征在于，采用立车对壳体（2）进行加工，包括以下步骤：

1）将壳体（2）的小直径端在加工平台（1）上定位装夹，采用内支撑件（4）对壳体（2）内壁进行支撑，将壳体（2）外表面加工到设计尺寸；将壳体（2）的小直径端在加工平台（1）上定位装夹采用的方法为：将壳体（2）对中安装到加工平台（1）上，采用压板（102）沿壳体（2）小直径端圆周方向分别压装到壳体（2）小直径端的内侧法兰上，对壳体（2）进行定位装夹； 在将壳体（2）的小直径端在加工平台（1）上定位装夹之前，壳体（2）的大直径端在加工平台（1）上定位装夹，将壳体（2）小直径一端端面加工到设计尺寸；

2）对壳体（2）进行吊装，在加工平台（1）上安装外支撑件（3），所述外支撑件（3）为在两端开口的环状结构，外支撑件（3）内表面为与壳体（2）外表面相配合的定位锥面（301），将外支撑件（3）在加工平台（1）上进行定位装夹，使定位锥面（301）的大直径端朝上设置；在加工好外表面后，利用加工好的壳体（2）外表面与外支撑件（3）之间的配合，对壳体（2）进行精确定位装夹以及支撑，使壳体（2）与所述外支撑件（3）之间的接触面形成贴合连接；在将外支撑件（3）在加工平台（1）上进行定位装夹采用的方法为：将外支撑件（3）对中安装到加工平台（1）上，采用压板（102）沿外支撑件（3）圆周方向分别压装到外支撑件（3）端部的外侧法兰（302）上，对外支撑件（3）进行定位装夹；

3）将壳体（2）吊装到外支撑件（3）内，对壳体（2）在定位锥面（301）上进行装配定位，将壳体（2）内表面加工到设计尺寸；

4）对壳体（2）进行吊装，将壳体（2）从外支撑件（3）内吊出，完成壳体（2）的加工。

2.根据权利要求1所述的大型薄壁锥面壳体加工方法，其特征在于，所述内支撑件（4）包括有能从中间向两端方向上同时伸出或缩回运动的两个支撑杆（401），内支撑件（4）沿壳体（2）径向方向水平设置，两个支撑杆（401）的端部与壳体（2）内表面上布置的十字筋条之间形成面接触。

3.根据权利要求1或2所述的大型薄壁锥面壳体加工方法，其特征在于，步骤1）中采用内支撑件（4）对壳体（2）内部进行支撑后，在对壳体（2）外表面进行加工之前，对壳体（2）转动过程中的径向跳动进行检测，若跳动大于0.1mm，则调整内支撑件（4）的支撑位置和数量，直至跳动不大于0.1mm。

4.根据权利要求1所述的大型薄壁锥面壳体加工方法，其特征在于，在将壳体（2）装配到外支撑件（3）内时，在壳体（2）和定位锥面（301）的接触面上涂刷润滑油。

5.根据权利要求1所述的大型薄壁锥面壳体加工方法，其特征在于，步骤2）、步骤4）中对壳体（2）进行吊装采用的方法为：

在壳体（2）内设置吊装工装（5），吊装工装（5）包括吊装本体（501）和沿吊装本体（501）圆周方向设置有多个吊装杆（502），吊装杆（502）可沿径向方向做伸缩运动；

在吊装时，将各个吊装杆（502）分别支撑到壳体（2）内表面，使吊装工装（5）固定连接到壳体（2）上，通过设置在吊装本体（501）上的吊耳（503）对壳体（2）进行吊装。

6.根据权利要求1所述的大型薄壁锥面壳体加工方法，其特征在于，所述外支撑件（3）的向下两端均设置有外侧法兰（302），所述外支撑件（3）外壁上沿其圆周方向设置有若干个支撑件（303）。

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