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一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法

阅读:1081发布:2020-06-08

专利汇可以提供一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,零件由方形毛坯加工而成,工艺过程分为三个阶段:粗加工阶段,时效阶段,精加工阶段。通过该方法,能够解决具有薄壁曲面缘条结构的飞机零件在数控加工时出现的严重振颤和切削让刀等问题,保证飞机薄壁曲面缘条结构的正常数控加工。,下面是一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法专利的具体信息内容。

1.一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于用方形毛坯通过以下步骤完成零件加工:
步骤1粗加工阶段;
步骤2时效阶段;
步骤3精加工阶段。
2.根据权利要求1所述的一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于所述的步骤1中预先定义零件缘板向上的一侧为A面,腹板底面一侧为B面,粗加工阶段分为A、B两面加工。
3.根据权利要求2所述的一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于所述的A、B两面加工时先将B面向上,进行毛坯上表面基准的加工及B面的粗加工,腹板底面均匀留1-2mm余量,再将A面向上,进行毛坯上表面的加工及A面的粗加工,曲面缘板顶部均匀留1-2mm余量;曲面缘板两侧均匀留4-6mm余量;腹板面均匀留4-6mm余量,工件四周通过工艺搭接与毛坯相连接。
4.根据权利要求3所述的一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于所述的曲面缘板两侧均匀留4-6mm余量,使曲面缘板的高度与壁厚之比不大于4:1。
5.根据权利要求1所述的一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于所述的步骤2为粗加工完成后,工件进行自然时效48小时以上,如果是材料合金,则先进行退火热处理,消减粗加工应
6.根据权利要求1所述的一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于所述的步骤3精加工阶段先进行A、B两面的基准面修正及基准孔的修正,然后将B面向上,分别将腹板面、腹板面上的开口或通孔、腹板面与缘板的外过渡面精加工到位,并在在腹板面上粘接减震,然后将A面向上,分五步进行A面的精加工。
7.根据权利要求6所述的一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于所述的分五步进行A面的精加工具体步骤如下:
第一步,将曲面缘板顶部精加工到位;
第二步,采用一种鼓型铣刀,以五轴侧刃铣削方式进行曲面缘板内外侧的精加工,在进行曲面缘板内外侧的精加工时,采取径向分层结合轴向分层、径向切削优先的走刀方式;
径向分层采取由外向内、径向切除余量逐层递减的走刀方式,最后一层切宽不大于0.5mm;
轴向分层采取由高到低、缘板内外侧交替加工的铣削策略进行,当径向切削至最内侧一层时,鼓型立铣刀的侧刃与曲面缘板呈相切状态;
第三步,腹板面的精加工采取轴向分层结合径向分层、轴向切削优先、由外侧向内侧逐层切削的走刀方式;径向分层采取小切宽切削方式(切宽不大于刀具直径的25%);轴向分层采取切除余量逐层递减方式,最后一层切深不大于0.5mm。
第四步,采用笔形立铣刀五轴摆方式进行腹板面与缘板内过渡面的精加工;
第五步,分段铣削工件四周的工艺搭接,分离工件与四周毛坯,均匀保留若干工艺连接点,工艺连接点由钳工切断去除。
8.根据权利要求7所述的一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,其特征在于所述的鼓型立铣刀的侧刃呈弧形,其弧形的曲率半径略小于曲面缘板沿高度方向的曲率半径

说明书全文

一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数控加工技术领域,特别是针对飞机薄壁曲面缘条结构的数控加工方法。

背景技术

[0002] 在现代飞机零件设计中,由于整体设计性能的需要,越来越多地采用薄壁结构,其中薄壁曲面缘条结构就是一类十分普遍的飞机典型薄壁结构零件,广泛应用于各类飞机典型零件的结构设计中。由于需要对零件重量进行严格控制,许多缘条结构的壁厚设计得非常小,大大超出传统飞机零件的结构壁厚,属于弱刚性结构,这就给数控加工带来很大的困难。
[0003] 本发明涉及的飞机薄壁曲面缘条结构零件主要结构特点是:零件是由平面腹板和曲面缘板构成的细长弧形结构,其横截面呈“L”型;其平面腹板和曲面缘板为薄壁结构,一般壁厚均不大于1.5mm,缘板高度(或腹板宽度)与壁厚之比大于20:1;其曲面缘板为非直纹曲面;其平面腹板上有若干开口或通孔;其材料为航空合金合金或
[0004] 此类零件的加工存在的主要困难在于:由于零件整体结构壁厚非常小,大大超出传统零件的结构壁厚,因此在切削加工时由于切削的作用,造成切削振颤加剧,无法保证切削表面质量,以至于无法正常加工;同时,由于薄壁弱刚性结构在切削时的让刀现象非常严重,也会使加工尺寸无法保证。

发明内容

[0005] 本发明公开了一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法,通过该方法,能够解决具有薄壁曲面缘条结构的飞机零件在数控加工时出现的严重振颤和切削让刀等问题,保证飞机薄壁曲面缘条结构的正常数控加工。具体方法如下:
[0006] 飞机薄壁曲面缘条结构零件由方形毛坯加工而成,工艺过程分为三个阶段:粗加工阶段,时效阶段,精加工阶段。
[0007] 粗加工阶段。分为两面加工。预先定义该类零件缘板向上的一侧为A面,腹板底面一侧为B面。先将B面向上,进行毛坯上表面基准的加工及B面的粗加工,B面粗加工时,腹板底面均匀留1-2mm余量。再将A面向上,进行毛坯上表面的加工及A面的粗加工。粗加工A面时,曲面缘板顶部均匀留1-2mm余量;曲面缘板两侧均匀留4-6mm余量,使曲面缘板的高度与壁厚之比不大于4:1;腹板面均匀留4-6mm余量。A面粗加工完成后,工件四周通过工艺搭接与毛坯相连接。
[0008] 时效阶段。粗加工完成后,工件进行自然时效48小时以上。如果是材料钛合金或钢,则先进行退火热处理,消减粗加工应力
[0009] 精加工阶段。先进行A、B两面的基准面修正及基准孔的修正。然后将B面向上,进行B面的精加工,分别将腹板面、腹板面上的开口或通孔、腹板面与缘板的外过渡面精加工到位。
[0010] B面加工完成后,在腹板面上粘接减震。减震块为轮廓与腹板面相同的等厚金属块。
[0011] 然后将A面向上,进行A面的精加工,分五步。
[0012] 第一步,将曲面缘板顶部精加工到位。
[0013] 第二步,进行曲面缘板内外侧的精加工。由于曲面缘板为非直纹曲面,采用普通的铣刀进行五轴侧刃铣削加工时,会产生较大的加工误差,并且曲率越大,加工误差越大,难以保证壁厚。因此,本发明中,曲面缘板内外侧的精加工采用一种鼓型立铣刀进行五轴侧刃铣削加工。该鼓型立铣刀的侧刃呈弧形,其弧形的曲率半径略小于曲面缘板沿高度方向的曲率半径。在进行曲面缘板内外侧的精加工时,采取径向分层结合轴向分层、径向切削优先的走刀方式;径向分层采取由外向内、径向切除余量逐层递减的走刀方式,一般分2-3层,最后一层切宽不大于0.5mm;轴向分层采取由高到低、缘板内外侧交替加工的铣削策略进行。当径向切削至最内侧一层时,鼓型立铣刀的侧刃与曲面缘板呈相切状态。
[0014] 第三步,进行腹板面的精加工,采用普通的立铣刀。腹板面的精加工采取轴向分层结合径向分层、轴向切削优先、由外侧向内侧逐层切削的走刀方式;径向分层采取小切宽切削方式(切宽不大于刀具直径的25%);轴向分层采取切除余量逐层递减方式,一般分2-3层,最后一层切深不大于0.5mm。
[0015] 第四步,进行腹板面与缘板内过渡面的精加工,采用笔形立铣刀五轴摆方式精加工到位。
[0016] 第五步,分段铣削工件四周的工艺搭接,分离工件与四周毛坯,均匀保留若干工艺连接点。工艺连接点由钳工切断去除。
[0017] 上述加工方法通过发明人在实际生产中的检验,薄壁曲面缘条结构零件在加工的过程中刚性得到保证,切削过程稳定,切削表面质量良好,尺寸符合设计公差要求,有效避免薄壁曲面结构因切削振颤和切削让刀,造成的切削表面质量缺陷及壁厚尺寸无法保证的问题。
[0018] 以下结合实施例附图对该发明作进一步描述。附图说明:
[0019] 图1飞机薄壁曲面缘条结构零件示意图。
[0020] 图2薄壁曲面缘条结构开角部位横截面示意图。
[0021] 图3薄壁曲面缘条结构闭角部位横截面示意图。
[0022] 图4飞机薄壁曲面缘条结构零件粗加工状态示意图。
[0023] 图5飞机薄壁曲面缘条结构零件粗加工状态剖面图。
[0024] 图6飞机薄壁曲面缘条结构零件精加工第一面状态剖面图。
[0025] 图7减震块示意图。
[0026] 图8飞机薄壁曲面缘条结构零件精加工第二面状态剖面图。
[0027] 图9鼓型立铣刀五轴侧刃铣削曲面缘板内外侧状态示意图。
[0028] 图10笔形立铣刀五轴摆角铣削腹板面与缘板过渡面示意图。
[0029] 图11分段铣削工件四周的工艺搭接示意图。
[0030] 图中编号说明:1、薄壁曲面缘条结构零件;2、曲面缘板;3、平面腹板;4、通孔;5、毛坯;6、基准孔;7、工艺搭接;8、外过渡面;9、减震块;10、缘板顶部余量;11、鼓型立铣刀;12、鼓型立铣刀的侧刃;13、内过渡面;14、笔形立铣刀;15、工艺连接点。

具体实施方式

[0031] 以下以飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工为例进行说明。
[0032] 参见附图1、附图2、附图3,本实施例涉及的薄壁曲面缘条结构零件1的主要结构特点是:零件是由平面腹板3和曲面缘板2构成的细长弧形结构,其横截面呈“L”型;平面腹板和曲面缘板均为薄壁结构,壁厚均为1.2mm(壁厚公差±0.1),缘板高度35mm,腹板宽度45mm;其曲面缘板为非直纹曲面;其腹板上有若干通孔4;其材料为航空钛合金TC4。
[0033] 参见附图4,飞机薄壁曲面缘条结构零件1由方形毛坯5加工而成,工艺过程分为三个阶段:粗加工,时效,精加工。
[0034] 参见附图5,粗加工阶段分为两面加工。预先定义该类零件缘板向上的一侧为A面,腹板底面一侧为B面。先将B面向上,进行毛坯上表面基准的加工及B面的粗加工并制基准孔6,B面粗加工时,腹板底面均匀留2mm余量。再将A面向上,进行毛坯上表面的加工及A面的粗加工,A面粗加工时,曲面缘板2的顶部均匀留2mm余量,曲面缘板2的两侧均匀留4mm余量,腹板3均匀留4mm余量,A面粗加工完成后,工件四周通过工艺搭接7与毛坯5相连接。
[0035] 粗加工完成后,先进行退火热处理,消减粗加工应力;进行自然时效48小时以上。
[0036] 参见附图6,精加工阶段,先进行A、B两面的基准面修正及基准孔的修正。然后将B面向上,进行B面的精加工,分别将腹板面、腹板面上的通孔、腹板面与缘板的外过渡面8精加工到位。
[0037] 参见附图7,B面加工完成后,在腹板面上用强力胶粘接减震块9。减震块为轮廓与腹板面相同的等厚铝合金块。
[0038] 参见附图8,然后将A面向上,进行A面的精加工。
[0039] 首先,采用圆柱立铣刀将曲面缘板2的顶部余量10精加工到位。
[0040] 然后进行曲面缘板2的内外侧的精加工。本发明中,曲面缘板内外侧的精加工采用一种鼓型立铣刀11进行五轴侧刃铣削加工,参见附图9。鼓型立铣刀的侧刃11呈弧形,其弧形的曲率半径Rt略小于曲面缘板沿高度方向的曲率半径Rw;鼓型立铣刀底部直径φ25mm,齿数4齿,材料为硬质合金。在进行曲面缘板内外侧的精加工时,采取径向分层结合轴向分层、径向切削优先的走刀方式;径向分层采取由外向内、径向切除余量逐层递减的走刀方式,分2层,第一层切宽3.5mm,第二层切宽0.5mm;轴向分层采取由高到低、缘板内外侧交替加工的铣削策略进行,轴向切深3mm;余量切除顺序如图8所示。当径向切削至最内侧一层时,鼓型立铣刀的侧刃与曲面缘板呈相切状态。加工时刀具转速500RPM,进给速度130mm/min。
[0041] 之后进行腹板面的精加工,采用圆柱立铣刀,刀具直径φ25mm,齿数4齿,材料为硬质合金。腹板面的精加工采取轴向分层结合径向分层、轴向切削优先、由外侧向内侧逐层切削的走刀方式;余量切除顺序如图8所示;径向切宽5mm;轴向分2层,第一层切深3.5mm,第二层切深0.5mm。刀具转速500RPM,进给速度130mm/min。
[0042] 参见附图10,之后进行腹板面与缘板内过渡面13的精加工,采用笔形立铣刀14五轴摆角方式精加工到位。
[0043] 参见附图11,最后,分段铣削工件四周的工艺搭接,分离工件与四周毛坯,均匀保留若干工艺连接点15。工艺连接点由钳工切断去除。
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