一種薄壁曲面異型件數控銑削加工方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及機械加工領域，具體是一種薄壁曲面異型件數控銳削加工方法。
【背景技術】
[0002] 該零件是某固體火箭發動機殼體最重要的零部件之一，在產品最終產品使用時， 起著掛載、連接的作用，工件的加工質量直接影響著產品的最終性能。且該零件支耳部位尺 寸為最終裝配接口尺寸，形位公差及尺寸公差要求高。
[0003] 該零件屬于薄壁曲面異型件，工件主要由兩部分構成：吊耳部分及薄壁曲面部分， 吊耳部分可W視為簡單的二維圖形拉伸實體（見附圖1)，薄壁曲面部分由上下曲面組成， 壁厚為6mm，下型曲面是外圓直徑為032日的圓弧面，圓弧半徑R375。上型曲面為下型曲面 的偏置圓弧面，并通過過渡面與吊耳部分連接，組成該薄壁曲面異型件。
[0004] 對于該類零件來說，"上下翻轉、互為基準"的加工工藝方法，能夠最大的提高產 品的質量及加工效率，但是該零件的吊耳部分及薄壁曲面部分都不可能通過常用的裝夾工 具，例如壓板、虎錯和墊鐵，直接在工件上實現裝夾，而且不適當的裝夾方式容易引起定位 精度差、剛性不足、加工振顫等問題，因此零件的裝夾是必須要解決的難題。
[0005] 該工件結構的特殊性、曲面的復雜性W及較高的精度要求決定了其數控程序的設 計難度。數控程序的設計必須吻合產品的裝夾狀態和工藝過程。另外、如何選擇合理的程 序驅動方式、切削模式、加工參數，是確保高質、高效完成加工的關鍵。
[0006] 本發明就是針對上述產品的加工難點，通過對上、下異型曲面區域的劃分，預留工 藝夾塊，設計定位工裝及各區域粗精銳數控加工程序，刀具的選擇及切削參數的確定，保證 了產品質量，大幅提高了生產效率。

【發明內容】

[0007] 為克服利用現有技術在加工薄壁曲面異型件中存在的裝夾困難、加工過程復雜的 不足，本發明提出了一種薄壁曲面異型件數控銳削加工方法。
[0008] 本發明的具體過程是：
[0009] 步驟1，加工銳削工藝壓槽。分別在巧料的兩側圓周表面銳削加工出水平的工藝壓 槽。該工藝壓槽寬度方向的中屯、線與該巧料的中屯、線空間相互垂直。
[0010] 步驟2,粗加工工件的上型面。所述工件的上型面包括第一上型面、第二上型面、第 Ξ上型面、第四上型面、對稱表面和工藝壓塊側壁。所述銳削上型曲面的過程包括上型面的 粗加工和精加工并保留上型面上部的工藝夾塊。
[0011] 銳削時，將機床壓板壓在巧料兩側的工藝壓槽上，將該巧料固定在機床加工平臺 上。
[0012] 銳削的具體過程是：
[0013] I粗加工工藝壓塊側壁：在粗加工中選用的刀具是Φ100硬質合金立銳刀。加工 的參數為：機床主軸轉速為6(K)r/min，進給量為1200mm/min，切削深度為1mm。沿巧料的軸 向分層切削，并使每層切削深度相等，直至加工至薄壁曲面異形件的對稱表面。
[0014] II粗加工對稱表面：所述對稱表面的粗加工通過一個切削層完成。具體過程是： 將刀具運動至起始點，啟動Ξ軸銳加工中屯、開始沿巧料的圓周進行切削加工。當刀具走完 一圈回到起始點后，控制刀具向巧料的中屯、運動一個切削步距，繼續對巧料表面進行切削 加工；當刀具又走完一圈再次回到起始點后，控制刀具再次向巧料的中屯、運動一個切削步 距，繼續對巧料表面進行切削加工。重復所述的運動切削步距、切削加工的過程，加工至對 稱表面的邊緣。完成對稱表面的粗加工。所述的一個切削步距為35%的刀具直徑。
[0015] III粗加工上型面。所述粗加工上型面采用分層切削的方式，并使每層切削深度相 等；
[0016] a)加工所述上型面中的第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面。在粗加工所述第 二上型面、第Ξ上型面和第四上型面時需留有0. 5mm的精加工余量。直至按工藝要求完成 對所述第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面的粗加工。
[0017] b)加工所述上型面中的第一上型面。
[0018] 加工時，將刀具運動至起始點，啟動Ξ軸銳加工中屯、開始沿巧料的圓周進行切削 加工，當刀具走完一圈回到起始點后，控制刀具向巧料的中屯、運動一個切削步距，繼續對巧 料表面進行切削加工；當刀具又走完一圈再次回到起始點后，控制刀具再次向巧料的中屯、 運動一個切削步距，繼續對巧料表面進行切削加工。直至按工藝要求完成對所述第一上型 面的粗加工，得到所述薄壁曲面異形件的半成品。所述的一個切削步距為35 %的刀具直徑。
[0019] 所述的分層切削是：
[0020] 加工第一切削層。刀具W工藝壓塊上表面的中屯、點作為坐標系的原點。將刀具運 動至巧料上表面邊緣處。啟動Ξ軸銳加工中屯、開始沿巧料的圓周進行切削加工。當刀具走 完一圈回到起始點后，控制刀具向巧料的中屯、運動一個切削步距，繼續對巧料表面進行切 削加工；重復所述的運動切削步距、切削加工的過程，加工至工藝壓塊的邊緣。所述的一個 切削步距為35%的刀具直徑。
[0021] 當加工至工藝壓塊的邊緣時，調整刀具的加工路徑，使刀具沿該工藝壓塊的輪廓 進行切削。完成第一切削層的加工。刀具回到起始點。控制刀具沿坐標系Z軸的負方向運 動一個切削深度。重復所述加工第一切削層的過程，直至加工至薄壁曲面異形件的對稱表 面。
[0022] 步驟3,精加工工件的上型面。
[0023] 在精加工中選用的刀具是Φ20硬質合金球頭銳刀。沿巧料的軸向分層切削，并 使每層切削深度相等。每層的切削深度為0. 3mm。加工的參數為：機床主軸轉速為3000r/ min,進給量為2400mm/min，切削深度為0. 3mm。
[0024] 所述的精加工工件的上型面是對上型面中的第一上型面、第二上型面、第Ξ上型 面和第四上型面的加工。在精加工時，刀具從工件的外緣向內走刀。設刀具的起始點A在 工件的9點方向，并位于第一上型面的邊緣上，采用分層切削的方式先加工第一上型面，再 同時加工第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面。
[00巧]所述采用分層切削的方式精加工上型面的具體過程是： 陽0%] 第一上型面的加工：加工時，將刀具運動至起始點A，啟動Ξ軸銳加工中屯、按設定 的參數開始沿薄壁曲面異形件的半成品的圓周進行切削加工。當刀具走完一圈回到起始點 A后，控制刀具向巧料的中屯、運動一個切削步距，繼續對所述薄壁曲面異形件的半成品表面 進行切削加工；直至加工至該切削層所在的Z方向平面分別與第二上型面、第Ξ上型面和 第四上型面所形成的相交線構成的輪廓，控制刀具沿該輪廓運動，完成第一上型面的加工。 所述的一個切削步距為10%的刀具直徑。
[0027] 第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面的加工：刀具沿坐標系Z軸的正方向和X軸 的正方向分別運動0. 3mm，使刀具處于工件的9點方向的第四上型面的邊緣處，對第二上型 面、第Ξ上型面和第四上型面進行精加工。加工時，刀具沿所述第二上型面、第Ξ上型面和 第四上型面的外輪廓順時針運動。刀具首先沿第四上型面Y軸方向運動1/2第四上型面寬 度的距離，完成所述第四上型面寬度的1/2的加工。調整刀具的運動軌跡為弧線，對處于第 四象限的第二上型面進行切削加工。當刀具運動至該第二上型面與第Ξ上型面的相交處， 調整刀具的運動軌跡為直線，對處于工件12點方向的第Ξ上型面進行切削加工。當刀具運 動至該第Ξ上型面與處于第一象限的第二上型面的相交處，調整刀具的運動軌跡為弧線， 對該第二上型面進行切削加工。當刀具運動至該第二上型面與第四上型面的相交處，調整 刀具的運動軌跡為直線，對處于工件3點方向的第四上型面進行切削加工。當刀具運動至 該第四上型面與處于第二象限的第二上型面的相交處，調整刀具的運動軌跡為弧線，對處 于第二象限的第二上型面進行切削加工。當刀具運動至該第二上型面與處于工件6點方向 第Ξ上型面的相交處，調整刀具的運動軌跡為直線，對所述第Ξ上型面進行切削加工。當刀 具運動至該第Ξ上型面與處于第Ξ象限的第二上型面的相交處，調整刀具的運動軌跡為弧 線，對所述第二上型面進行切削加工。當刀具運動至該第二上型面與處于工件9點方向的 第四上型面的相交處，調整刀具的運動軌跡為直線，對所述第四上型面剩余的1/2直線段 進行切削加工。完成了對第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面第一道次的精加工。
[0028] 刀具沿坐標系Z軸的正方向和X軸的正方向分別運動0. 3mm，使刀具處于工件的 9點方向的第四上型面4的邊緣處，按照所述第一道次精加工的過程繼續對第二上型面、第 Ξ上型面和第四上型面進行精加工。直至加工至對稱表面的邊緣。
[0029] 至此，完成了對第一上型面、第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面的精加工。
[0030] 步驟4,銳削下型曲面。所述的銳削下型曲面是將薄壁曲面異形件的工藝壓塊裝夾 在機床附件虎錯中，采用分層加工的方式對所述薄壁曲面異形件下型曲面進行粗加工和精 加工。
[0031] I粗加工下型曲面：在粗加工中選用的刀具是Φ100硬質合金立銳刀，并留有 0. 5mm的切削余量。加工的參數為：機床主軸轉速為6(K)r/min，進給量為1200mm/min，切削 深度為1mm。
[0032] 刀具的在每一個切削層上的運動軌跡是：刀具WC點為起點，并沿著E點與B點形 成的矢量運動，直至運動到零件輪廓W外。然后向D的方向運動一個切削步長，沿著E點與 B點形成的矢量反向運動，直至運動到零件輪廓W外，如此循環直至加工到D點。刀具在每 一層上的切削循環方式與此相同，在結束了一個切削層的加工后刀具退至安全區域，再次 進刀形成新的切削層，如此循環直至加工到粗加工要求的尺寸。
[0033] 所述的B點位于所述下型曲面6點方向的邊緣處；所述的E點位于所述下型曲面 12點方向的邊緣處；所述的C點位于所述下型曲面9點方向的邊緣處；所述的D點位于所 述下型曲面3點方向的邊緣處。按照設計，該下型曲面的截面為弧形；所述的C點和D點分 別位于弧形的兩個頂端，在薄壁曲面異形件上的軸向高度最高；所述的C點和D點對稱的分 布在下型曲面的弧底，在薄壁曲面異形件上的軸向高度最低。
[0034] 步驟4中粗加工下型曲面的具體過程是：
[0035]刀具位于該下型曲面的外輪廓W外任一點。將刀具運動至下型曲面的外輪廓上表 面邊緣處。啟動Ξ軸銳加工中屯、開始沿巧料的圓周進行切削加工。當刀具走完一圈回到起 始點后，控制刀具向巧料的中屯、運動一個切削步距，繼續對巧料表面進行切削加工；重復所 述的運動切削步距、切削加工的過程，將該切削層上的余料全部去除。所述的一個切削步距 為35%的刀具直徑。
[0036] 當完成第一切削層的加工后，刀具回到起始點。控制刀具沿坐標系Z軸的負方向 運動一個切削深度。控制刀具沿坐標系Z軸的負方向運動一個切削深度，重復所述去除該 切削層上余料的過程分層切削，直至將薄壁曲面異形件下