一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及机械加工领域，具体是一种薄壁曲面异型件数控锐削加工方法。
【背景技术】
[0002] 该零件是某固体火箭发动机壳体最重要的零部件之一，在产品最终产品使用时， 起着挂载、连接的作用，工件的加工质量直接影响着产品的最终性能。且该零件支耳部位尺 寸为最终装配接口尺寸，形位公差及尺寸公差要求高。
[0003] 该零件属于薄壁曲面异型件，工件主要由两部分构成：吊耳部分及薄壁曲面部分， 吊耳部分可W视为简单的二维图形拉伸实体（见附图1)，薄壁曲面部分由上下曲面组成， 壁厚为6mm，下型曲面是外圆直径为032日的圆弧面，圆弧半径R375。上型曲面为下型曲面 的偏置圆弧面，并通过过渡面与吊耳部分连接，组成该薄壁曲面异型件。
[0004] 对于该类零件来说，"上下翻转、互为基准"的加工工艺方法，能够最大的提高产 品的质量及加工效率，但是该零件的吊耳部分及薄壁曲面部分都不可能通过常用的装夹工 具，例如压板、虎错和垫铁，直接在工件上实现装夹，而且不适当的装夹方式容易引起定位 精度差、刚性不足、加工振颤等问题，因此零件的装夹是必须要解决的难题。
[0005] 该工件结构的特殊性、曲面的复杂性W及较高的精度要求决定了其数控程序的设 计难度。数控程序的设计必须吻合产品的装夹状态和工艺过程。另外、如何选择合理的程 序驱动方式、切削模式、加工参数，是确保高质、高效完成加工的关键。
[0006] 本发明就是针对上述产品的加工难点，通过对上、下异型曲面区域的划分，预留工 艺夹块，设计定位工装及各区域粗精锐数控加工程序，刀具的选择及切削参数的确定，保证 了产品质量，大幅提高了生产效率。
【发明内容】
[0007] 为克服利用现有技术在加工薄壁曲面异型件中存在的装夹困难、加工过程复杂的 不足，本发明提出了一种薄壁曲面异型件数控锐削加工方法。
[0008] 本发明的具体过程是：
[0009] 步骤1，加工锐削工艺压槽。分别在巧料的两侧圆周表面锐削加工出水平的工艺压 槽。该工艺压槽宽度方向的中屯、线与该巧料的中屯、线空间相互垂直。
[0010] 步骤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、对称表面和工艺压块侧壁。所述锐削上型曲面的过程包括上型面的 粗加工和精加工并保留上型面上部的工艺夹块。
[0011] 锐削时，将机床压板压在巧料两侧的工艺压槽上，将该巧料固定在机床加工平台 上。
[0012] 锐削的具体过程是：
[0013] I粗加工工艺压块侧壁：在粗加工中选用的刀具是Φ100硬质合金立锐刀。加工 的参数为：机床主轴转速为6(K)r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm。沿巧料的轴 向分层切削，并使每层切削深度相等，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面。
[0014] II粗加工对称表面：所述对称表面的粗加工通过一个切削层完成。具体过程是： 将刀具运动至起始点，启动Ξ轴锐加工中屯、开始沿巧料的圆周进行切削加工。当刀具走完 一圈回到起始点后，控制刀具向巧料的中屯、运动一个切削步距，继续对巧料表面进行切削 加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向巧料的中屯、运动一个切削步 距，继续对巧料表面进行切削加工。重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至对 称表面的边缘。完成对称表面的粗加工。所述的一个切削步距为35%的刀具直径。
[0015] III粗加工上型面。所述粗加工上型面采用分层切削的方式，并使每层切削深度相 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时需留有0. 5mm的精加工余量。直至按工艺要求完成 对所述第二上型面、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] 加工时，将刀具运动至起始点，启动Ξ轴锐加工中屯、开始沿巧料的圆周进行切削 加工，当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向巧料的中屯、运动一个切削步距，继续对巧 料表面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向巧料的中屯、 运动一个切削步距，继续对巧料表面进行切削加工。直至按工艺要求完成对所述第一上型 面的粗加工，得到所述薄壁曲面异形件的半成品。所述的一个切削步距为35 %的刀具直径。
[0019] 所述的分层切削是：
[0020] 加工第一切削层。刀具W工艺压块上表面的中屯、点作为坐标系的原点。将刀具运 动至巧料上表面边缘处。启动Ξ轴锐加工中屯、开始沿巧料的圆周进行切削加工。当刀具走 完一圈回到起始点后，控制刀具向巧料的中屯、运动一个切削步距，继续对巧料表面进行切 削加工；重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至工艺压块的边缘。所述的一个 切削步距为35%的刀具直径。
[0021] 当加工至工艺压块的边缘时，调整刀具的加工路径，使刀具沿该工艺压块的轮廓 进行切削。完成第一切削层的加工。刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运 动一个切削深度。重复所述加工第一切削层的过程，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表 面。
[0022] 步骤3,精加工工件的上型面。
[0023] 在精加工中选用的刀具是Φ20硬质合金球头锐刀。沿巧料的轴向分层切削，并 使每层切削深度相等。每层的切削深度为0. 3mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/ min,进给量为2400mm/min，切削深度为0. 3mm。
[0024] 所述的精加工工件的上型面是对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。在精加工时，刀具从工件的外缘向内走刀。设刀具的起始点A在 工件的9点方向，并位于第一上型面的边缘上，采用分层切削的方式先加工第一上型面，再 同时加工第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面。
[00巧]所述采用分层切削的方式精加工上型面的具体过程是： 阳0%] 第一上型面的加工：加工时，将刀具运动至起始点A，启动Ξ轴锐加工中屯、按设定 的参数开始沿薄壁曲面异形件的半成品的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到起始点 A后，控制刀具向巧料的中屯、运动一个切削步距，继续对所述薄壁曲面异形件的半成品表面 进行切削加工；直至加工至该切削层所在的Z方向平面分别与第二上型面、第Ξ上型面和 第四上型面所形成的相交线构成的轮廓，控制刀具沿该轮廓运动，完成第一上型面的加工。 所述的一个切削步距为10%的刀具直径。
[0027] 第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面的加工：刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴 的正方向分别运动0. 3mm，使刀具处于工件的9点方向的第四上型面的边缘处，对第二上型 面、第Ξ上型面和第四上型面进行精加工。加工时，刀具沿所述第二上型面、第Ξ上型面和 第四上型面的外轮廓顺时针运动。刀具首先沿第四上型面Y轴方向运动1/2第四上型面宽 度的距离，完成所述第四上型面宽度的1/2的加工。调整刀具的运动轨迹为弧线，对处于第 四象限的第二上型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与第Ξ上型面的相交处， 调整刀具的运动轨迹为直线，对处于工件12点方向的第Ξ上型面进行切削加工。当刀具运 动至该第Ξ上型面与处于第一象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线， 对该第二上型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与第四上型面的相交处，调整 刀具的运动轨迹为直线，对处于工件3点方向的第四上型面进行切削加工。当刀具运动至 该第四上型面与处于第二象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧线，对处 于第二象限的第二上型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与处于工件6点方向 第Ξ上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为直线，对所述第Ξ上型面进行切削加工。当刀 具运动至该第Ξ上型面与处于第Ξ象限的第二上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为弧 线，对所述第二上型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与处于工件9点方向的 第四上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为直线，对所述第四上型面剩余的1/2直线段 进行切削加工。完成了对第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面第一道次的精加工。
[0028] 刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴的正方向分别运动0. 3mm，使刀具处于工件的 9点方向的第四上型面4的边缘处，按照所述第一道次精加工的过程继续对第二上型面、第 Ξ上型面和第四上型面进行精加工。直至加工至对称表面的边缘。
[0029] 至此，完成了对第一上型面、第二上型面、第Ξ上型面和第四上型面的精加工。
[0030] 步骤4,锐削下型曲面。所述的锐削下型曲面是将薄壁曲面异形件的工艺压块装夹 在机床附件虎错中，采用分层加工的方式对所述薄壁曲面异形件下型曲面进行粗加工和精 加工。
[0031] I粗加工下型曲面：在粗加工中选用的刀具是Φ100硬质合金立锐刀，并留有 0. 5mm的切削余量。加工的参数为：机床主轴转速为6(K)r/min，进给量为1200mm/min，切削 深度为1mm。
[0032] 刀具的在每一个切削层上的运动轨迹是：刀具WC点为起点，并沿着E点与B点形 成的矢量运动，直至运动到零件轮廓W外。然后向D的方向运动一个切削步长，沿着E点与 B点形成的矢量反向运动，直至运动到零件轮廓W外，如此循环直至加工到D点。刀具在每 一层上的切削循环方式与此相同，在结束了一个切削层的加工后刀具退至安全区域，再次 进刀形成新的切削层，如此循环直至加工到粗加工要求的尺寸。
[0033] 所述的B点位于所述下型曲面6点方向的边缘处；所述的E点位于所述下型曲面 12点方向的边缘处；所述的C点位于所述下型曲面9点方向的边缘处；所述的D点位于所 述下型曲面3点方向的边缘处。按照设计，该下型曲面的截面为弧形；所述的C点和D点分 别位于弧形的两个顶端，在薄壁曲面异形件上的轴向高度最高；所述的C点和D点对称的分 布在下型曲面的弧底，在薄壁曲面异形件上的轴向高度最低。
[0034] 步骤4中粗加工下型曲面的具体过程是：
[0035]刀具位于该下型曲面的外轮廓W外任一点。将刀具运动至下型曲面的外轮廓上表 面边缘处。启动Ξ轴锐加工中屯、开始沿巧料的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到起 始点后，控制刀具向巧料的中屯、运动一个切削步距，继续对巧料表面进行切削加工；重复所 述的运动切削步距、切削加工的过程，将该切削层上的余料全部去除。所述的一个切削步距 为35%的刀具直径。
[0036] 当完成第一切削层的加工后，刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向 运动一个切削深度。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一个切削深度，重复所述去除该 切削层上余料的过程分层切削，直至将薄壁曲面异形件下