基于自适应加工蒙皮高效加工方法与流程

本发明涉及一种蒙皮加筋结构零件高质量高效加工方法，尤其涉及一种基于自适应加工蒙皮高效加工方法。

背景技术：

铝合金蒙皮薄壁结构设计，通常由整体铝合金预拉伸板拉伸成型后机加网格制成。此种设计方式，能有效控制产品重量，增加有效载荷，显著减少零件数量，大幅降低连接装配工作量，同时零件刚度、抗疲劳强度及各种失稳临界值与铆接结构相比均有大幅提升，但相应地对零件的机械加工提出了更高的要求。由于内部网格多、壁薄且壁厚尺寸不同，通常材料切除率达70%以上。

目前蒙皮内部网格加工仍采用传统五轴高速铣削机加流程，粗加工、半精加工、精加工分开，网格加工的刀具轨迹采用传统的行切和回转方式，铣削速度无法达到理想，零件加工过程存在较大变形，精加工前产品内部网格蒙皮壁厚需要进行手工单独检测，根据检测结果进行单个网格刀具补偿调整加工，产品调试周期较长，一件蒙皮加工周期约4~5天。

传统加工方案的工艺流程过于繁琐，工艺准备周期长。其次，由于产品内部存在较多网格，数控加工过程中不可避免的会出现大量的转角，现有该类零件型腔加工的刀具轨迹采用传统的行切和回转方式，不适应高速铣削加工，使机床设备加工转角处时始终处于加减速状态，导致机床内网格加工时大部分时间机床都处于变速过程，产品切削力不稳定，机床的稳定性及效率都无法保证；第三，采用传统手工检测，检测质量记录主要依靠工人技能、经验和责任心保证，并且检测工作量大，时间周期长；最后，由于材料去除率大，产品零件容易产生大量变形，导致零件型面变化较大，不利于后续产品装配使用。

技术实现要素：

本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，主要解决当前薄壁结构件过程中存在的质量问题，采用拉伸成型方式、高速、螺旋五轴铣削降低切削力和振动，并在中间过程中增加热时效工艺处理，减小薄壁件的切削变形，提升加工效率和表面质量的基于自适应加工蒙皮高效加工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种基于自适应加工蒙皮高效加工方法，包括以下步骤：

（1）选材，根据所需蒙皮零件结构，对板材进行平面数铣，并制作平板状态和弯板状态的吊装孔；

（2）按照真空吸附工装的结构，对数铣后的板材进行钣金拉伸成型，使其能贴合真空吸附工装；

（3）根据需要加工的零件形状三维建模，并根据建模，采用五轴龙门加工中心进行零件粗铣加工，加工网格及下陷区域；

（4）根据原材料不同，进行规范的时效热处理；

（5）结合雷尼绍测头在线测量，采用五轴龙门加工中心对零件进行分区域的精铣加工；

（6）零件表面阳极化处理。

作为优选：所述步骤（1）中，平面数铣具体加工过程为：制作平板的4个吊装孔、压装产品、数铣四方、数铣一面、去毛刺、数铣另一面、制弯板的4个吊装螺纹孔；平板铣削厚度按筋条最高高度确定，所述4个吊装螺纹孔位于弯板状态的1/4弧长和3/4弧长处，孔不铣穿。

作为优选：步骤（2）中钣金拉伸成型后，产品型面需经过样板型面检测、母线直线度、产品锥度检测，其中样板间隙控制1.5mm以内,母线直线度0.2mm以内，所述样板间隙为钣金拉伸成型后的蒙皮与理论蒙皮的型面弧度差异值。

作为优选：所述步骤（3）具体为：

（31）根据需要加工的零件形状三维建模，根据建模可知零件的理论坐标参数、及设计匹配弯板的真空吸附工装，所述真空吸附工装吸附压力不低于0.08MPa；

（32）夹装零件，钻减轻孔，释放折弯应力；

（33）编制粗加工程序对产品进行粗加工，加工网格，整体去除8mm材料；再加工下陷区域，切深3mm。

作为优选：所述步骤（5）具体为：

（51）将零件分区，编制半精加工程序，对单个区域进行半精加工；

（52）根据零件的理论坐标确定特征点，每个网格对应一个特征点，雷尼绍测头在线进行特征点位置测量，反馈测量值；

（53）根据反馈至进行补偿加工；

（54）扩减轻孔，加工至实际需求尺寸；

（55）根据蒙皮具体结构切出四周多余材料。

作为优选：所述粗加工具体为：

第一步：第一次粗加工，切深4mm，侧壁余量0.5mm；切削出三个相邻网格，测量横筋与斜筋的实际宽度，确认实际宽度与理论宽度无误后，从中心向四周，顺时针与逆时针交替扩散；

第二步：第二次粗加工，切深4mm，侧壁余量0.3mm，与第一次粗加工合计切深8mm，先切削第一步的三个相邻网格，测量横筋与斜筋的实际宽度，确认实际宽度与理论宽度无误后，从中心向四周，顺时针与逆时针交替扩散，并且刀轨路径与第一次相反；

第三步：外圈下陷区域粗加工，切深3mm。

作为优选：所述雷尼绍测头在线测量具体方式为：

第一步：将测头的测针定位到零件的法向位置上，以消除测量时的余弦误差；

第二步：通过测针高点接触零件表面进行测量，并将被侧点的坐标值存储在系统变量中；

第三步：将实际坐标与理论坐标进行拟合，计算出需要调整的参数的技术方案是这样的：与现有技术相比，

本发明的优点在于：从钣金成型、零件装夹、数控五轴加工刀具、切削参数、加工策略及过程中去应力时效等各个工艺环节进行了优化设计。该成果或方法对其他壳体机加零件的生产同样适用，一方面改变了保守单一的切削策略，采用螺旋铣，使产品质量和生产效率得到显著提高，一件蒙皮加工周期缩短为2天；另一方面，降低了操作人员的干预度，避免了人为差错，提高了蒙皮加工批生产的自动化。

附图说明

图1为本发明蒙皮零件模型图；

图2为蒙皮装夹加工示意图；

图3为粗加工时的刀轨路径；

图4为雷尼绍测头在线测量示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

实施例1：参见图1到图4，一种基于自适应加工蒙皮高效加工方法，包括以下步骤：

（1）选材，根据所需蒙皮零件结构，对板材进行平面数铣，并制作平板状态和弯板状态的吊装孔；其中，平面数铣具体加工过程为：制作平板的4个吊装孔、压装产品、数铣四方、数铣一面、去毛刺、数铣另一面、制弯板的4个吊装螺纹孔；平板铣削厚度按筋条最高高度确定，所述4个吊装螺纹孔位于弯板状态的1/4弧长和3/4弧长处，这两个位置可以减少零件吊装过程中变形。孔不铣穿，保证弯板在真空吸附铣削时该孔处不漏气。

壁板的平板铣削厚度按照筋条最高高度，控制整个平板厚度差在0.15mm以下，加工平面时，根据产品的面积大小选用直径大小合适的面铣刀，分多层铣削到位。其切削的深度和宽度，切削速度需根据机床进行选择，通常切削深度不大于1mm，确保铣削力在产品真空吸附力范围内。

首次使用真空吸附工装的真空吸盘时，需进行真空吸盘平面度检测，确保安装调试后的真空吸盘2.5m×4m范围平面度在0.05mm以内，如不能达到，则采用平面数铣达到。

在加工前、加工过程中随时检测产品的真空吸附情况，在确保产品吸附状态下进行加工。

（2）按照真空吸附工装的结构，对数铣后的板材进行钣金拉伸成型，使其能贴合真空吸附工装；步骤（2）中钣金拉伸成型后，产品型面需经过样板型面检测、母线直线度、产品锥度检测，其中样板间隙控制1.5mm以内,母线直线度0.2mm以内，所述样板间隙为钣金拉伸成型后的蒙皮与理论蒙皮的型面弧度差异值；

（3）根据需要加工的零件形状三维建模，并根据建模，采用五轴龙门加工中心进行零件粗铣加工，加工网格及下陷区域；步骤（3）具体为：

（31）根据需要加工的零件形状三维建模，根据建模可知零件的理论坐标参数、及设计匹配弯板的真空吸附工装，所述真空吸附工装吸附压力不低于0.08MPa；本发明采用ProE Wildfire 3.0 CAM软件下进行零件建模，当然其他软件建模均可；

（32）夹装零件，钻减轻孔，释放折弯应力；钻减轻孔切削参数可参见下表1：

表1 钻减轻孔切削参数

（33）编制粗加工程序对产品进行粗加工，加工网格，整体去除8mm材料；再加工下陷区域，切深3mm；具体方法如下：

第一步：第一次粗加工，切深4mm，侧壁余量0.5mm；切削出三个相邻网格，测量横筋与斜筋的实际宽度，确认实际宽度与理论宽度无误后，从中心向四周，顺时针与逆时针交替扩散；为提高壁板网格加工质量与加工效率，采用螺旋铣路径规划网格加工路径；

第二步：第二次粗加工，切深4mm，侧壁余量0.3mm，与第一次粗加工合计切深8mm，先切削第一步的三个相邻网格，测量横筋与斜筋的实际宽度，确认实际宽度与理论宽度无误后，从中心向四周，顺时针与逆时针交替扩散，并且刀轨路径与第一次相反。

第三步：外圈下陷区域粗加工，切深3mm。下陷区域粗加工对应的参数可参考下表2：

表2 下陷区域粗加工切削参数

（4）根据原材料不同，进行规范的时效热处理；

（5）结合雷尼绍测头在线测量，采用五轴龙门加工中心对零件进行分区域的精铣加工；也就是分单个区域的半精加工——测量——精加工，且需同一天一次吸附内完成。步骤（5）具体为：

（51）将零件分区，编制半精加工程序，对单个区域进行半精加工；

半精加工：每个区域选取一排网格，侧壁余量0.12，切深1mm，编制半精加工程序测试加工；测量出加工后的横筋、斜筋宽度与壁厚，确认每根筋尺寸无误后，编制半精加工程序。对半精加工出的首个网格进行全部测量校验，确认无误后继续加工。半精加工参数可参考如下：

表3 半精加工切削参数

（4）根据原材料不同，进行规范的时效热处理；

（5）结合雷尼绍测头在线测量，采用五轴龙门加工中心对零件进行分区域的精铣加工；也就是分单个区域的半精加工——测量——精加工，且需同一天一次吸附内完成。步骤（5）具体为：

（51）将零件分区，编制半精加工程序，对单个区域进行半精加工；

半精加工：每个区域选取一排网格，侧壁余量0.12，切深1mm，编制半精加工程序测试加工；测量出加工后的横筋、斜筋宽度与壁厚，确认每根筋尺寸无误后，编制半精加工程序。对半精加工出的首个网格进行全部测量校验，确认无误后继续加工。半精加工参数可参考如下：

表3 半精加工切削参数

（52）根据零件的理论坐标确定特征点，每个网格对应一个特征点，雷尼绍测头在线进行特征点位置测量，反馈测量值，也就是上述测量步骤；所述雷尼绍测头在线测量具体方式为：

第一步：将测头的测针定位到零件的法向位置上，以消除测量时的余弦误差；

第二步：通过测针高点接触零件表面进行测量，并将被侧点的坐标值存储在系统变量中；

第三步：将实际坐标与理论坐标进行拟合，计算出需要调整的参数。

（53）根据反馈至进行补偿加工，也就是上述精加工步骤；

（54）扩减轻孔，加工至实际需求尺寸；扩孔对应的切削参数可参考如下：

表4 扩孔加工切削参数

（55）根据蒙皮具体结构切出四周多余材料，切断对应的切削参数可参考如下：

表5 切断加工切削参数

（6）零件表面阳极化处理。

用本发明加工蒙皮的方法，非常高效，本发明中从钣金成型、零件装夹、数控五轴加工刀具、切削参数、加工策略及过程中去应力时效等各个工艺环节进行了优化设计。该成果或方法对其他壳体机加零件的生产同样适用。

半精加工——测量——精加工可一天内完成，网格加工的刀具轨迹采用螺旋铣路径规划网格加工路径，且顺时针、逆时针交替进行。一方面改变了保守单一的切削策略，采用螺旋铣，使产品质量和生产效率得到显著提高，一件蒙皮加工周期缩短为2天。

另一方面，降低了操作人员的干预度，避免了人为差错，提高了蒙皮加工批生产的自动化。