一种精密异形支架类零件的加工工艺方法与流程

本发明涉及机械加工技术领域，具体为一种精密异形支架类零件的加工工艺方法。

背景技术：

在航空结构组件中，由于受到光路走向、装配空间、产品重量等的限制，往往会有很多异形精密零部件，如图1所示。精密异形支架的特点一般是：1、形状结构复杂，且各特征面之间尺寸、形位公差要求严格，精度等级在6级以上；2、有薄壁部分，虎钳、压板等夹紧易变形。在机械加工领域内，有共同的认知：有相对位置、空间尺寸要求的特征尽量在一个工位加工；刚度薄弱的特征尽量避免承受夹紧力或增强该处刚性后再承受夹紧力。对于刚性增强方法，近几年，我所机械加工专业已进行了深入的研究，包括刚性辅助增强、弹簧夹紧与膨胀、工艺柄辅助增强、粘接辅助增强、包裹与填充辅助增强方法等。针对异形精密支架类零件，最优的加工方案是：一次装夹可完成所有加工面，且装夹力大小不会引起零件的过大变形。

技术实现要素：

本发明的目的是针对图1所示的精密异形支架类零件，提出一种精密异形支架类零件的加工工艺方法，其中包括设计此类零件加工工艺规程、制作适合此类零件加工的工装，以有效提高加工效率、加工质量以及一次加工合格率，提升机械制造企业对精密异形支架类零件的数控加工水平。

本发明的原理思路是，根据图1所示的精密异形支架类零件，选择其没有形位公差要求的面(A面)作为依据外形，设计工装，并配合胶粘装夹方式，实现精密异形支架的一次装夹完成所有面的加工，并且实现装夹应力最小。该工艺方法涉及到3个重要方面，第一，精密异形支架工装设计；第二，零件夹紧方式；第三，零件加工工艺过程设计。

本发明的技术方案为：

所述一种精密异形支架类零件的加工工艺方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：对精密异形支架类零件来料进行粗铣、热处理、半精铣、热处理加工；

步骤2：采用以下过程将步骤1处理后的零件通过连接板装夹在工装上：

所述工装连接部位包括3个定位面，其中两个侧定位面和一个端部定位面，两个侧定位面上设置有定位压板安装孔；其中端部定位面的形状根据精密异形支架类零件中没有形位公差要求的面的形状进行确定：端部定位面的形状与精密异形支架类零件中没有形位公差要求的面的形状相似，轮廓小于精密异形支架类零件中没有形位公差要求的面的轮廓；

所述连接板形状与端部定位面形状相似，轮廓大于端部定位面轮廓，而小于精密异形支架类零件中没有形位公差要求的面的轮廓；

将粘结剂熔化在工装端部定位面，将连接板粘接在端部定位面上；检查工装两个侧定位面上是否有粘结剂，若有粘结剂则须去除；在工装两个侧定位面上安装定位压板；将粘结剂熔化在连接板上，将精密异形支架类零件中没有形位公差要求的面粘接在连接板上，且零件与定位压板间不允许存在缝隙；

所述粘结剂具有加热熔化，且固化后再加热能够熔化清除的特性；

待粘结剂晾干后，用千分表检查零件是否放正，若检查合格，则拆掉定位压板，否则重新粘接；

步骤3：对安装在工装上的零件进行精铣加工；加工完成后，通过加热方式使粘结剂熔化，取出零件，对零件进行去毛刺、表面处理加工。

进一步的优选方案，所述一种精密异形支架类零件的加工工艺方法，其特征在于：端部定位面轮廓比精密异形支架类零件中没有形位公差要求的面的轮廓单边缩小2mm。

进一步的优选方案，所述一种精密异形支架类零件的加工工艺方法，其特征在于：连接板材料选择玻璃或者胶木。

进一步的优选方案，所述一种精密异形支架类零件的加工工艺方法，其特征在于：所述粘结剂采用烷烃混合物。

进一步的优选方案，所述一种精密异形支架类零件的加工工艺方法，其特征在于：精铣加工过程参数如下：刀具为D≤10mm的立铣刀，切削厚度a_p≤0.1mm，进给速度f＝60-180mm/min，主轴转速S＝800-1200r/min，加工过程中不采用气冷方式。

有益效果

本发明提出的精密异形支架类零件的加工工艺方法设计了此类零件加工工艺规程、制作了适合此类零件加工的工装，提出了利用高级烷烃化合物实现零件的快速安装与拆卸，可以有效提高加工效率、加工质量、成品率，提升机械制造企业对精密异形支架类零件零件的数控加工水平。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是精密异形支架类零件结构示意图；

图2是工装结构示意图；

图3是连接板结构示意图；

图4是零件定位夹紧示意图；

图5是零件加工过程装配示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明通过设计专用工装，配合特定的装夹方式，实现精密异形支架的一次装夹完成所有面的加工，并且实现装夹应力最小。该工艺方法涉及到3个重要方面，第一，精密异形支架专用工装设计；第二，零件夹紧方式；第三，零件加工工艺过程设计。

工艺原理如下：

(1)针对精密异形支架类零件的制造，需要设计合理的零件加工工艺，根据零件精密、薄壁、异形的特点，设计零件的加工工艺过程为：料---粗铣---热处理---半精铣---热处理---精铣---钳---表面处理。本发明中涉及的精密异形支架，材料为硬铝；粗铣的目的是去除零件的大部分余量，粗铣后零件各特征留1mm余量；半精铣是进一步去除各特征余量，半精铣后零件中要求不高的特征可加工到尺寸，有精度要求的零件留0.5mm余量；精铣是产生零件最终尺寸的关键工序，要求尽量使用直径较小的刀具，小切削量进行加工。

(2)本发明在装夹零件时的技术方案是：采用特定要求的粘结剂将零件与专用工装粘接在一起，避免使用虎钳、压板等传统装夹方式导致零件产生过大的装夹应力。该材料的性能要求如下：1粘结强度高；2融化状态下能均匀较薄的分布于表面；3安装拆卸容易。常用的粘合剂能满足前两条，但对于大面与大面的粘合状态很难拆卸，本方案采用高级烷烃混合物，可以在60℃时融化，融化状态下受挤压可均匀分布于平面上，并且有足够高的粘结强度。

(3)完备的工装可以极大的减轻工作强度、提高产品质量以及生产效率。本零件中A面(没有形位公差要求的面)的精度要求相对较低，且与其特征无关联关系，而除A面外的其他特征均有相互关联关系，因此最佳的装夹方案是：粘结A面，一次性完成其他各特征的加工。设计一种与零件A面外形相似，轮廓略小于零件的工装(单边缩小2mm)实现与A面的直接粘接。粘结剂——高级烷烃混合物不能实现金属与金属之间的直接粘结，须在工装与零件之间增加了一个连接板，形状略大于工装安装面，且略小于零件定位面，连接板材料选择玻璃或者胶木。

(4)精密异形支架的定位与夹紧，其工艺方案如下：

a)用螺栓将工装固定于机床工作台上，清理干净切屑等杂物；

b)用热风枪将粘结剂(加热熔化，且固化后再加热可熔化清除)熔化在工装表面，注意戴好防护手套，以防灼伤手臂；

c)将连接板放在熔有粘结剂的工装表面，压住做横向运动，以保证粘结剂厚度均匀；

d)检查工装两外两个定位面是否有粘结剂，若有粘结剂须去除；

e)在工装另外两个定位面上安装定位压板；

f)将粘结剂放置于连接板上，重复b)、c)操作，将零件粘结在连接板上，零件与定位压板间不允许存在缝隙；

g)自然晾干粘结剂10-20分钟，晾干过程前期要求保持手压零件不少于3分钟；

h)用千分表检查零件是否放正，要求长度方向千分表跳动不大于0.008mm，若千分表跳动值超过0.008mm则重新进行f)、g)操作，若表针跳动值在0.008mm以内则可拆掉定位压板，进行加工。

(5)精加工过程参数如下：刀具为D≤10mm的立铣刀，切削厚度a_p≤0.1mm，进给速度f＝60-180mm/min，主轴转速S＝800-1200r/min，考虑粘结剂的物理特性，加工过程中只能采用水冷或不冷，尽量不选择气冷。

(6)加工完成后，用热风枪加热的方式使粘结剂熔化，取出零件，对零件进行钳工去毛刺、表面处理等加工。

加工实例1

(1)加工工艺过程为：料---粗铣---热处理---半精铣---热处理---精铣---钳---表面处理。

(2)采用图3所示的专用工装，连接板采用玻璃，粘结剂采用高级烷烃化合物。

(3)精密异形支架的定位与夹紧，其操作过程如下：

a)用螺栓将工装固定于机床工作台上，清理干净切屑等杂物；

b)用热风枪将粘结剂熔化在工装表面，粘结剂可自由流动；

c)将玻璃板放在熔有粘结剂的工装表面，压住做横向运动，压力大约10N，推动连接板10次；

d)去除工装两外两个定位面的粘结剂；

e)在工装另外两个定位面上安装定位压板；

f)将粘结剂放置于连接板上，重复b)、c)操作，将零件粘结在连接板上，零件与定位压板间无缝隙；

g)自然晾干粘结剂10分钟，晾干过程前期要求保持手压零件3分钟；

h)用千分表检查零件是否放正时，千分表跳动为0.005mm，拆掉定位压板，进行加工。

(4)精加工过程参数如下：刀具为D＝10mm的立铣刀，切削厚度a_p＝0.1mm，进给速度f＝100mm/min，主轴转速S＝800r/min，冷却方式采用水冷；

(5)加工完成后，用热风枪加热的方式使粘结剂熔化，取出零件，对零件进行钳工去毛刺、表面处理等加工。

加工实例2

(1)加工工艺过程为：料---粗铣---热处理---半精铣---热处理---精铣---钳---表面处理。

(2)采用图3所示的专用工装，连接板采用胶木板，粘结剂采用高级烷烃化合物。

(3)精密异形支架的定位与夹紧，其操作过程如下：

a)用螺栓将工装固定于机床工作台上，清理干净切屑等杂物；

b)用热风枪将粘结剂熔化在工装表面，粘结剂可自由流动；

c)将玻璃板放在熔有粘结剂的工装表面，压住做横向运动，压力大约10N，推动连接板10次；

d)去除工装两外两个定位面的粘结剂；

e)在工装另外两个定位面上安装定位压板；

f)将粘结剂放置于连接板上，重复b)、c)操作，将零件粘结在连接板上，零件与定位压板间无缝隙；

g)自然晾干粘结剂15分钟，晾干过程前期要求保持手压零件3分钟；

h)用千分表检查零件是否放正时，千分表跳动为0.008mm，拆掉定位压板，进行加工。

(4)精加工过程参数如下：刀具为D＝10mm的立铣刀，切削厚度a_p＝0.1mm，进给速度f＝100mm/min，主轴转速S＝1200r/min，不采取任何冷却方式；

(5)加工完成后，用热风枪加热的方式使粘结剂熔化，取出零件，对零件进行钳工去毛刺、表面处理等加工。

两次精密异形支架加工的有关特性

具体指标如下：

1)零件夹紧前后的变形量千分表无感知；

2)零件尺寸形状与理论模型基本吻合，各精密尺寸、形位公差均无超差。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。