大型铝合金整体框零件的数控加工方法与流程

本发明涉及机械加工技术领域，特别涉及一种大型铝合金整体框零件的数控加工方法。

背景技术：

铝合金由于具有良好的比强度，越来越多地应用在航空航天领域，特别用于飞机上要求强度高的承力部件。随着我国国防航空业的发展，对飞机各部位承力件的各方面性能要求越来越高，大部分铝合金框类零件的毛坯由原来的预拉伸板改为模锻件，既提高零件的组织性能又提高了材料利用率。

铝合金模锻件由于其生产过程的复杂性和特殊性，零件毛坯内部残余应力的分布较为复杂，内部应力也比预拉伸板大得多。由于铝合金属于易变形材料，故在加工中极易变形，加工完成后也无法满足零件设计要求。如何解决铝合金锻件内部残余应力对零件加工变形的影响，是目前大型铝合金产品加工领域公认的技术难点。

现阶段在零件粗、精加工过程中，全部采用刚性定位装夹的方式，也就是说，粗加工阶段同样采用精加工阶段的定位压紧方式，隔200～300mm距离设计一个压点，这样的定位装夹方式使零件毛坯内的残余应力得不到有效释放，而且还会产生装夹应力。另外，在余量去除量的分配上，按传统的方式，两面均匀去除，使零件变形得不到有效控制。精加工完成后，零件才产生变形，无法满足零件形状及位置精度要求。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种大型铝合金整体框零件的数控加工方法，以解决铝合金模锻件内部残余应力对零件加工变形的影响，加工出合格的零件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：大型铝合金整体框零件的数控加工方法，包括如下步骤：

a、将零件固定，在零件周圈的位置加工出和零件一体的工艺凸台；加工出零件的基准孔；

b、步骤a完成后，将零件完全松开；然后将零件放置在工装上，消除零件与工装之间的间隙后，将零件周圈上的工艺凸台间隔地固定在工装上；

c、采用等高分层地加工方法对零件进行粗加工；当零件粗加工至余量为5～7mm时，将零件完全松开；消除零件与工装之间的间隙后，将工艺凸台间隔地固定在工装上，再将零件粗加工至余量为2～4mm；粗加工完毕后，精铣此面的工艺凸台基准面；

d、步骤c完成后，将零件完全松开；然后将零件翻面，消除零件与工装之间的间隙后，将零件周圈上的工艺凸台间隔地固定在工装上，完成工艺凸台基准面的校正；重复步骤c；

e、步骤d完成后，将零件完全松开；消除零件与工装之间的间隙后，将工艺凸台固定在工装上，然后对零件进行精加工；

f、步骤e完成后，将零件完全松开，然后将零件翻面，将工艺凸台固定在工装上，使工艺凸台与工装完全贴合，完成工艺凸台基准面的校正；然后对零件进行精加工。

进一步的，步骤e中，对零件分两次进行精加工；第一次精加工完毕后，将零件完全松开，消除零件与工装之间的间隙后，将工艺凸台固定在工装上，然后进行第二次精加工；两次精加工完毕后，所述零件的余量小于精加工前零件余量的1/3。

进一步的，步骤c中，采用等高分层地加工方法对零件进行粗加工，当零件粗加工至余量为6mm时，将零件完全松开；消除零件与工装之间的间隙后，将工艺凸台间隔地固定在工装上，再将零件粗加工至余量为3mm；粗加工完毕后，精铣此面的工艺凸台基准面。

进一步的，所述工艺凸台上设置有通孔；所述通孔由分别位于工艺凸台两端的第一沉孔和连通两个第一沉孔的连接孔组成，所述第一沉孔的直径大于所述连接孔的直径；在步骤a中，还加工出所述通孔。

进一步的，所述工艺凸台与工装通过可拆卸结构固定；所述可拆卸结构包括沉头螺栓、以及设置在工装上与所述通孔位置相对应的螺纹孔；所述沉头螺栓穿过所述通孔拧入螺纹孔。

本发明的有益效果是：

1、粗加工阶段，间隔固定工艺凸台的操作，使零件在加工过程中内部残余应力得到充分地释放；

2、粗加工和精加工第一面时，采用分步法去除加工余量，逐步释放零件内部的残余应力，减小了零件在加工过程中的变形量；

3、精加工第一面去除超过2/3的加工余量，第二面留少量加工余量，使零件整个加工过程的变形得到有效的控制，能够加工出形状及位置精度满足设计要求的合格零件；

4、采用沉头螺钉把合压紧零件，避免了压板的干涉，简化了铣工艺凸台基准面的步骤。

附图说明

图1是本发明大型铝合金整体框零件的结构示意图；

图2是本发明中通孔的结构示意图；

图中附图标记为：1-零件，2-基准孔，3-工艺凸台，4-通孔，401-第一沉孔，402-连接孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

如图1至图2所示，本发明所述的大型铝合金整体框零件的数控加工方法，包括如下步骤：

a、将零件1固定，在零件1周圈的位置加工出和零件1一体的工艺凸台3；加工出零件1的基准孔2；

b、步骤a完成后，将零件1完全松开；然后将零件1放置在工装上，消除零件1与工装之间的间隙后，将零件1周圈上的工艺凸台3间隔地固定在工装上；

c、采用等高分层地加工方法对零件1进行粗加工；当零件1粗加工至余量为5～7mm时，将零件1完全松开；消除零件1与工装之间的间隙后，将工艺凸台3间隔地固定在工装上，再将零件1粗加工至余量为2～4mm；粗加工完毕后，精铣此面的工艺凸台3基准面；

d、步骤c完成后，将零件1完全松开；然后将零件1翻面，消除零件1与工装之间的间隙后，将零件1周圈上的工艺凸台3间隔地固定在工装上，完成工艺凸台3基准面的校正；重复步骤c；

e、步骤d完成后，将零件1完全松开；消除零件1与工装之间的间隙后，将工艺凸台3固定在工装上，然后对零件1进行精加工；

f、步骤e完成后，将零件1完全松开，然后将零件1翻面，将工艺凸台3固定在工装上，使工艺凸台(3)与工装完全贴合，完成工艺凸台3基准面的校正；然后对零件1进行精加工。

步骤a中，所述工艺凸台3均布地设置在零件1的内外周圈上；所述基准孔2起定位作用，所述基准孔2可以设置在零件1本体上，也可以设置在工艺凸台3上。

步骤b中，将零件1自由放在工装上，如果零件1与工装之间存在间隙，则在该间隙的位置填充垫片，将间隙垫实，防止固定零件1时产生装夹应力；工艺凸台3间隔地固定在工装上，使零件1在加工过程中内部的残余应力能得到有效地释放。

步骤c中，所述等高分层地加工方法指的是，对零件1上所有需要加工的位置，采用多次加工、而且每次的加工量相同的加工方法。采用这种加工方法，使零件1上所有位置的残余应力均匀释放，保证零件1所有位置都有相同的变形量。粗加工时，首先将零件1加工至余量为5～7mm，优选为6mm，将零件1松开，释放零件1内的残余应力；然后再将零件1粗加工至余量为2～4mm，优选为3mm，精铣出工艺凸台3的基准面。通过两步法对零件1进行粗加工，逐步释放零件1的残余应力，减小了零件1加工后的变形量。

步骤d中，零件1的第一面粗加工完成后，将零件1翻面，消除零件1与工装之间的间隙后，将工艺凸台3间隔地固定在工装上，然后重复步骤c，对零件1的第二面进行粗加工。

步骤e中，粗加工完成后，将零件1完全松开，释放零件1的残余应力。消除零件1与工装之间的间隙后，然后将全部的工艺凸台3固定在工装上，完成工艺凸台3基准面的校正后，对零件1进行精加工。

步骤f中，零件1的第一面精加工完成后，将零件1完全松开，释放零件1精加工时的残余应力后，将零件1翻面，将全部工艺凸台3固定在工装上，使工艺凸台3与工装完全贴合，完成工艺凸台3基准面的校正后，对零件1的第二面进行精加工。

本发明的大型铝合金整体框零件的数控加工方法，间隔固定工艺凸台3的操作，使零件1在加工过程中内部残余应力得到充分地释放；粗加工时，采用分步法去除加工余量，逐步释放零件1内部的残余应力，减小了零件1在加工过程中的变形量。

为减少零件1在精加工过程中的变形量，步骤e中，对零件1分两次进行精加工；第一次精加工完毕后，将零件1完全松开，消除零件1与工装之间的间隙后，将全部工艺凸台3固定在工装上，然后进行第二次精加工；两次精加工完毕后，所述零件1的余量小于精加工前零件1余量的1/3。零件1的第一面进行精加工时，首先，采用分步法去除加工余量，逐步释放零件1内部的残余应力，减小了零件1在加工过程中的变形量；其次，精加工第一面时，去除了超过2/3的加工余量，因此，第二面留有少量的余量需要加工，使零件1整个加工过程的变形得到有效的控制，能够加工出形状及位置精度满足设计要求的合格零件1。

所述工艺凸台3上设置有通孔4；所述通孔4由分别位于工艺凸台3两端的第一沉孔401和连通两个第一沉孔401的连接孔402组成，所述第一沉孔401的直径大于所述连接孔402的直径；在步骤a中，还加工出所述通孔4。所述第一沉孔401和连接孔402的中心线在同一直线上。通过设置通孔4，可采用螺栓结构将工艺凸台3固定在工装上，操作更方便。

所述工艺凸台3与工装可采用压板固定，压板的一端连接在工装上，另一端压在工艺凸台3上，采用这种固定结构时，当对工艺凸台3的基准面进行加工时，还需要松开压板，操作麻烦。作为优选方案，所述工艺凸台3与工装通过可拆卸结构固定；所述可拆卸结构包括沉头螺栓、以及设置在工装上与所述通孔4位置相对应的螺纹孔；所述沉头螺栓穿过所述通孔4拧入螺纹孔。采用沉头螺栓将工艺凸台3与工装把合压紧，避免了压板的干涉，简化了加工工艺凸台3基准面的步骤，一次就能将工艺凸台3的基准面加工好。