CN116551335B - 一种l型零件的加工方法及l型零件 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种L型零件的加工方法及L型零件，涉及金属加工技术领域，包括：根据装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序；第一加工顺序为目标零件的框格的加工顺序；根据框格的结构特征，确定第二加工顺序；第二加工顺序为每一框格的加工顺序；按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件。本申请通过单工位加工，避免双工位引入过多接刀台阶，提升加工效率、降低加工难度，对单工位立卧装夹状态下零件的刚性进行分析，进而确定零件的框格的加工顺序，使得零件在加工过程中能够保持稳定，再根据结构特征确定框格内部结构的加工顺序，确保内部结构成型强度，由此加工得到质量较好且质量水平稳定的零件。

Description

一种L型零件的加工方法及L型零件

技术领域

本申请涉及金属加工技术领域，具体涉及一种L型零件的加工方法及L型零件。

背景技术

L型零件在航空结构件中较为常见，由于结构特殊，零件的加工质量无法获得稳定保障；一方面如果采用双工位进行加工来保证加工质量，那加工方案会存在较多接刀台阶，并且因为不同工位装夹导致制造周期较长；另一方面使用现行的单工位加工工艺方案加工，则其结构特点又会带来更多的问题，导致加工质量偏低。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种L型零件的加工方法及L型零件，旨在解决现有技术中L型零件的加工质量不稳定的问题。

为了上述目的，本申请的实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种L型零件的加工方法，包括以下步骤：

根据单工位立卧装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序；其中，第一加工顺序为目标零件的框格的加工顺序；

根据框格的结构特征，确定第二加工顺序；其中，第二加工顺序为每一框格的加工顺序；

按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件。

在第一方面的一种可能实现方式中，第一加工顺序为自上而下，第二加工顺序为外形-内形-腹板。

在第一方面的一种可能实现方式中，按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件，包括：

按照第二加工顺序，对毛坯零件的第一框格进行加工；其中，第一框格为毛坯零件的位于最上方的框格；

按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件。

在第一方面的一种可能实现方式中，按照第二加工顺序，对毛坯零件的第一框格进行加工之前，L型零件的加工方法还包括：

按照框格高度的一半，将毛坯零件的第一框格划分为第一部分与第二部分；其中，第一部分为第一框格的上部分，第二部分为第一框格的下部分；

按照第二加工顺序，对毛坯零件的第一框格进行加工，包括：

按照第二加工顺序，对第一部分进行加工；

按照第二加工顺序，对第二部分进行加工。

在第一方面的一种可能实现方式中，按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件之前，L型零件的加工方法还包括：

根据框格的长宽比以及其腹板的最终厚度，判断毛坯零件的其余框格是否需要分别加工；

按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件，包括：

根据判断的结果，按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件。

在第一方面的一种可能实现方式中，对毛坯零件的内形采用槽腔铣削方式进行加工，且进刀方式为下部进刀。

在第一方面的一种可能实现方式中，对毛坯零件的腹板进行加工时的走刀方式为来回走刀。

在第一方面的一种可能实现方式中，根据单工位立卧装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序之前，L型零件的加工方法还包括：

对目标零件进行反拉式装夹。

在第一方面的一种可能实现方式中，按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件，包括：

根据反拉式装夹的方案要求，按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行双面加工，获得目标零件。

第二方面，本申请实施例提供了一种L型零件，采用如上述第一方面中任一项提供的L型零件的加工方法获得。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请实施例提出的一种L型零件的加工方法及L型零件，包括：根据装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序；其中，第一加工顺序为目标零件的框格的加工顺序；根据框格的结构特征，确定第二加工顺序；其中，第二加工顺序为每一框格的加工顺序；按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件。本申请的方法保留单工位加工工艺，避免双工位加工引入过多接刀台阶，提升加工效率，降低加工难度，通过在单工位立卧装夹状态下对零件的刚性进行分析，由刚性特点确定零件的框格的加工顺序，使得零件在加工过程中能够保持稳定，而后再根据结构特征确定每一个框格内部结构的加工顺序，确保框格内部结构成型强度，由此加工得到质量较好且质量水平稳定的零件。

附图说明

图1为本申请实施例提供的L型零件的加工方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的L型零件的加工方法中一种典型的L型零件；

图3为本申请实施例提供的L型零件的加工方法中对零件进行装夹的示意图；

图4为本申请实施例提供的L型零件的加工方法中对第一框格加工的示意图；

图5为本申请实施例提供的L型零件的加工方法中对其余框格的加工示意图；

图中标记：1-目标零件，2-工艺凸台，3-反拉螺栓，4-反拉工装。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请实施例的主要解决方案是：提出一种L型零件的加工方法及L型零件，包括：根据装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序；其中，第一加工顺序为目标零件的框格的加工顺序；根据框格的结构特征，确定第二加工顺序；其中，第二加工顺序为每一框格的加工顺序；按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件。

L型零件在航空结构件中较为常见，由于结构特殊，通常采用双工位进行加工以保证加工质量，但是这种加工方案会存在较多接刀台阶，并且因为不同工位装夹导致制造周期较长。随着航空结构件制造技术的发展，L型零件若再采用双工位加工方案，无疑增加了数控加工的成本和交付周期，不满足目前的发展需求。

除此之外，L型零件使用现行的单工位加工工艺方案加工后，零件加工质量非常差，不仅加工中问题非常多，而且零件报废率居高不下，更加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、出错率高以及加工质量不稳定等问题，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L型零件加工过程的稳定性，从而保证零件的加工质量。如果能基于单工位加工研究一套新型数控加工技术，不仅能保证L型零件的加工质量，同时也会对后续航空结构件单工位加工的质量提升起到促进作用。

为此，本申请提供一种解决方案，保留单工位加工工艺，避免双工位加工引入过多接刀台阶，提升加工效率，降低加工难度，通过装夹状态下对零件的刚性进行分析，由刚性特点确定零件的框格的加工顺序，使得零件在加工过程中能够保持稳定，而后再根据结构特征确定每一个框格内部结构的加工顺序，确保框格内部结构成型强度，由此加工得到质量较好且质量水平稳定的零件。

参照附图1，本申请的实施例提供一种L型零件的加工方法，包括以下步骤：

S10：根据单工位立卧装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序；其中，第一加工顺序为目标零件的框格的加工顺序。

在具体实施过程中，目标零件也即L型零件，如附图2所示为一种典型的L型零件，刚性一般是指材料在外力作用下不发生变形的能力，由于并不存在绝对不变形的理想刚体，因此在很大的外力作用下才发生微量的弹性变形的材料，那就是刚性好的材料，在很小的外力作用下就发生了变形，那就是刚性不好的材料。而本实施例中基于零件的结构特点，同一零件不同位置也会有刚性差距，比如在转角处的部位刚性就要好于长悬空部位，因此在以毛坯为基础的加工情况下，刚性差的地方应当被优先考虑加工。

单工位，也即单一加工工位，由于L型零件具有较长跨度，虽然采用双工位能够进行稳定的卧式加工，但是其较长的跨度就需要引入更多的接刀台阶，零件在竖直方向的高度也就是零件的厚度，但在飞机制造领域，L型部件通常还具有复杂的框格结构，双工位的卧式加工是没有足够的操作空间对这些细节结构特征进行加工的。在金属加工中，通常有立式、卧式、立卧式加工，由于卧式加工存在前述问题，而立式加工显然也会暴露零件跨度较长的问题，并且在竖直方向上拉长操作空间，使加工更加困难，加之较长的竖直段刚性差，难以保证加工稳定。

因此考虑单工位加工下的立卧式加工，将L型零件分为相互垂直的两段，立卧式加工就是将其中较长的一段进行卧放，另一段相对卧放的加工面垂直，一方面可使零件在单工位进行加工，避免复杂化加工工艺，另一方面在刚性、稳定性强的一部分作为基础下，能够有效的支撑刚性差的竖直段的加工，并且竖直段高度降低，下部结构足够支撑，其自身也具有一定的强度维持稳定。

根据L型零件的结构特征，可将其划分为多个框格组成，不同部位的框格的刚性特点不同，如附图3所示为将附图2所示的零件进行单工位立卧装夹，根据装夹的状态下可知，最顶端的框格的刚性最差，其次是刚度较差的竖直部分，最后是刚度较好的水平部分，因此该零件确定的第一加工顺序如附图2中序号所示，对于竖直部分的第一加工顺序为自上而下，水平部分则为相对拐角处的远近。

为了配合单工位加工的方式，本申请实施例中对目标零件进行反拉式装夹，如附图3所示，目标零件1与工艺凸台2配合，通过反拉螺栓3实现与反拉工装4的配合装夹，相当于利用反拉工装4从工艺凸台2的另一侧锁紧零件卧放的一段。

S20：根据框格的结构特征，确定第二加工顺序；其中，第二加工顺序为每一框格的加工顺序。

在具体实施过程中，框格的结构特征可包括倒角、肋、板、槽、凸台等，本实施例中由于并不需要具体对某种结构特征进行研究，在刚性特点的分析下，影响框格加工质量的结构特点可以被广泛地划分为外形、内形以及腹板，由于外形部分能够有效对零件轮廓起到稳定，而腹板又是相对脆弱的部分，因此确定第二加工顺序为外形-内形-腹板。

S30：按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件。

在具体实施过程中，毛坯零件为目标零件对应的毛坯，在加工中通常会提前预制大量毛坯件，毛坯件相对目标零件的的结构类似，并保有一定的余量，而后自动化控制下对毛坯件按照要求进行加工，将各个部位加工为对应尺寸即可快速获得批量地获得目标零件，确定了整体零件的框格的加工顺序后，依次按照第二加工顺序对每一个框格进行加工，即可获得L型零件。

在本实施例中，通过保留单工位加工工艺，避免双工位加工引入过多接刀台阶，提升加工效率，降低加工难度，通过装夹状态下对零件的刚性进行分析，由刚性特点确定零件的框格的加工顺序，使得零件在加工过程中能够保持稳定，而后再根据结构特征确定每一个框格内部结构的加工顺序，确保框格内部结构成型强度，由此加工得到质量较好且质量水平稳定的零件。

在一种实施例中，按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件，包括：

按照框格高度的一半，将毛坯零件的第一框格划分为第一部分与第二部分；其中，第一部分为第一框格的上部分，第二部分为第一框格的下部分；

按照第二加工顺序，对毛坯零件的第一框格进行加工；其中，第一框格为毛坯零件的位于最上方的框格；

按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件。

在具体实施过程中，在飞机制造中，该类L型零件最远端通常结构是比中段复杂的，并且由于最上方的框格是刚性最差的部位，为了保证第一框格的加工质量，将其单独划分进行设计，也即如附图4所示为划分的第一框格，剩余的零件所有框格即为其余框格。为了避免一次加工中对质量难以把控，将第一框格按照其框格高度划分为上、下两部分，如附图4所示，附图4中a图为先对整体外形进行加工；b、c图为按照第二加工顺序，对第一部分进行加工；d、e图为按照第二加工顺序，对第二部分进行加工；其余框格中竖直中段部位则按照第二加工顺序加工即可，最后根据反拉式装夹的方案要求，按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行双面加工，按如附图5所示的顺序加工其余框格中剩余的水平部分，获得目标零件，附图5中箭头为所加工区域的走刀轨迹。

在一种实施例中，按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件之前，L型零件的加工方法还包括：

根据框格的长宽比以及其腹板的最终厚度，判断毛坯零件的其余框格是否需要分别加工；

按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件，包括：

根据判断的结果，按照第二加工顺序，对毛坯零件的其余框格进行加工，获得目标零件。

在具体实施过程中，竖直中段部位的框格，由于刚性也较差，长宽比、腹板厚度都将进一步影响加工稳定性，因此对于这部分框格在加工之前需要判断框格的上述条件是否满足一定的需求，进而确定是否有需要如第一框格的加工方式一般进行分步加工，来确保加工质量。

本实施例中结合实际零件结构尺寸，对本申请的方法做进一步说明：

首先，根据零件尺寸轮廓指定装夹方案进行装夹，装夹方案为满足立卧加工中心的反拉装夹方案，并且需在工艺凸台处布置反拉螺纹孔，螺纹孔孔距L，孔深H，需满足下列条件：200mm≤L≤300mm；35mm≤H≤50mm，根据零件轮廓尺寸所设置的毛坯尺寸，最终螺纹孔孔距L=200mm，孔深H=40mm。

其次，根据零件装夹状态确定零件的加工顺序，需要结合装夹状态对零件加工刚性进行评估，原则上从上至下进行加工，并且一个框格加工完成后才能进行下一个框格的加工。首先加工竖直部分顶部框格，然后从上至下按顺序加工，到拐角部分时先将横向框格上部外形加工完成，然后从左至右进行框格加工。

然后，对顶部框格结构制定加工方案并进行加工，框格划分为上下2个部分加工，需先进行外形加工，外形加工在一个方向加工完成，避免接刀台阶，然后进行内形加工，最后完成腹板加工，具体的：

框格划分按照框格50%的高度线为界，先加工上半部分，内形加工按照槽腔铣削的方式进行加工，刀具直径、底角半径R₀、刀具切宽A₁、刀具切深B₁需满足下列条件：

本实施例中，取刀具直径=20mm、底角半径R₀=3mm，由此确定刀具切宽的选择范围为/>，刀具切深的选择范围为/>，最终内形采用刀具切宽A₁=4mm，刀具切深B₁=1mm的加工方案进行加工。

腹板加工余量需按照腹板最终厚度/>进行预留，如下表所示：

由于框格腹板最终厚度=1.5mm，所以根据条件可得腹板加工余量的范围为，最终腹板加工余量/>=3.5mm。腹板加工按照来回走刀的方式从上至下进行加工，刀具与内形加工刀具相同，刀具直径/>=20mm、底角半径R₀=3mm，刀具切深B₂需满足下列条件：

刀具切宽的取值范围为，实际取值A₂=2mm、刀具切深B₂=6.5mm。腹板加工完成后视情况对上半部分转角进行补充加工，转角加工需要在侧面和底面留有0.02-0.04mm的加工余量。

加工框格下半部分时，内形与腹板加工要求与上半部分相同，但是需要在最终尺寸的基础上留有0.02-0.04mm的加工余量，防止刀具剐蹭造成弹刀，立铣刀加工如附图4所示，图中的圆圈表示立铣刀位置，箭头方向即为走刀方向。

最后，按照正常加工流程完成对L型零件的整体加工，加工顺序均按照外形-内形-腹板的要求展开，内形加工进刀位置统一为从框格下部进刀；腹板加工方式统一为来回走刀，从上至下进行加工。

L型零件加工刚性差的部分为竖直部分，这部分剩余框格需根据尺寸判断是否需要划分加工，制定具体加工方案才可加工，划分的条件如下表所示：

如附图2所示的零件，序号②所在的框格长宽比=1.5，腹板最终厚度/>=1.5，所以根据条件该框格需要进行上下划分加工；序号③所在框格长宽比/>=0.83，腹板最终厚度=1.5，所以根据条件该框格不需要进行上下划分加工；序号④框格长宽比/>=0.65，腹板最终厚度/>=1.5，所以根据条件该框格不需要进行上下划分加工。竖直部分加工完成后可按照反拉方案对零件剩余结构进行两面加工。

基于与前述实施例中同样的发明构思，本申请的实施例还提供一种L型零件，采用如本申请实施例提供的L型零件的加工方法获得。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述本申请实施例顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

综上，本申请提供的一种L型零件的加工方法及L型零件，包括：根据装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序；其中，第一加工顺序为目标零件的框格的加工顺序；根据框格的结构特征，确定第二加工顺序；其中，第二加工顺序为每一框格的加工顺序；按照第一加工顺序与第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得目标零件。本申请的方法保留单工位加工工艺，避免双工位加工引入过多接刀台阶，提升加工效率，降低加工难度，通过在单工位立卧装夹状态下对零件的刚性进行分析，由刚性特点确定零件的框格的加工顺序，使得零件在加工过程中能够保持稳定，而后再根据结构特征确定每一个框格内部结构的加工顺序，确保框格内部结构成型强度，由此加工得到质量较好且质量水平稳定的零件。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种L型零件的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据单工位立卧装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序；其中，所述第一加工顺序为所述目标零件的框格的加工顺序，所述第一加工顺序为自上而下；

根据所述框格的结构特征，确定第二加工顺序；其中，所述第二加工顺序为每一所述框格的加工顺序，所述第二加工顺序为外形-内形-腹板；

按照所述第一加工顺序与所述第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得所述目标零件；其中：所述按照所述第一加工顺序与所述第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得所述目标零件，包括：

按照所述第二加工顺序，对所述毛坯零件的第一框格进行加工；其中，所述第一框格为所述毛坯零件的位于最上方的框格；

按照所述第二加工顺序，对所述毛坯零件的其余所述框格进行加工，获得所述目标零件；

所述按照所述第二加工顺序，对所述毛坯零件的第一框格进行加工之前，所述L型零件的加工方法还包括：

按照框格高度的一半，将所述毛坯零件的所述第一框格划分为第一部分与第二部分；其中，所述第一部分为所述第一框格的上部分，所述第二部分为所述第一框格的下部分；

所述按照所述第二加工顺序，对所述毛坯零件的第一框格进行加工，包括：

按照所述第二加工顺序，对所述第一部分进行加工；

按照所述第二加工顺序，对所述第二部分进行加工。

2.根据权利要求1所述的L型零件的加工方法，其特征在于，所述按照所述第二加工顺序，对所述毛坯零件的其余所述框格进行加工，获得所述目标零件之前，所述L型零件的加工方法还包括：

根据所述框格的长宽比以及其腹板的最终厚度，判断所述毛坯零件的其余所述框格是否需要分别加工；

所述按照所述第二加工顺序，对所述毛坯零件的其余所述框格进行加工，获得所述目标零件，包括：

根据所述判断的结果，按照所述第二加工顺序，对所述毛坯零件的其余所述框格进行加工，获得所述目标零件。

3.根据权利要求1所述的L型零件的加工方法，其特征在于，对所述毛坯零件的所述内形采用槽腔铣削方式进行加工，且进刀方式为下部进刀。

4.根据权利要求1所述的L型零件的加工方法，其特征在于，对所述毛坯零件的所述腹板进行加工时的走刀方式为来回走刀。

5.根据权利要求1所述的L型零件的加工方法，其特征在于，所述根据单工位立卧装夹状态下目标零件的刚性特点，确定第一加工顺序之前，所述L型零件的加工方法还包括：

对所述目标零件进行反拉式装夹。

6.根据权利要求5所述的L型零件的加工方法，其特征在于，所述按照所述第一加工顺序与所述第二加工顺序对毛坯零件进行加工，获得所述目标零件，包括：

根据所述反拉式装夹的方案要求，按照所述第一加工顺序与所述第二加工顺序对毛坯零件进行双面加工，获得所述目标零件。