一种异形壳体加工工艺的制作方法

本发明涉及机械加工，尤其涉及一种异形壳体加工工艺。

背景技术：

1、在实际加工过程中，对于异形壳体（非对称壳体），现有技术存在以下问题：

2、一、通用工装依赖人工操作，良品率不稳定

3、常规的通用工装配备附件，操作人员每次换装工件时频繁出错，生产的良品率比较依赖于操作人员的技能熟练度，导致大批量生产的难度大大提升。

4、二、仿形工装磨损快、换型周期长

5、在大批量生产中的频繁装夹工况下，工装的磨损极快，导致零件加工精度不稳定，甚至工装直接报废。此外，常规的仿形工装针对的零件比较单一，现场生产中更换种类频繁，导致工装的换型准备周期很长，最终影响生产效率。

6、三、非对称结构的偏压问题

7、针对异形壳体，尤其是一侧部具有两个凸出结构的非对称壳体，在加工端面及端面孔时，现有技术通常利用中心块置于异形壳体的中心孔内进行初步定位，然后利用压块下压凸出结构的方式进行装夹。然而，这种固定方式存在严重的偏压问题。

8、其力学机制在于：非对称结构的质心相对于中心孔的几何中心存在偏移。当采用中心块初步定位、压块直接压紧的方式装夹时，主夹紧力的作用线偏离质心，形成一个倾覆力矩，导致异形壳体毛坯在加工过程中产生微小的角位移（倾斜）。这一倾斜直接导致：端面铣削时实际切削深度不均匀，甚至出现颤刀纹，为保证加工精度，只能采用保守的切削参数（如铣削速度仅300mm/min、铣削深度仅0.3mm，钻孔速度仅100mm/min），加工效率低；异形壳体毛坯倾斜还导致端面孔的轴线与端面不垂直，出现装配定位孔位置度超差、孔型呈椭圆等不良情况。传统方案试图通过增大压紧力来对抗倾覆力矩，但增大压紧力又导致凸出结构处应力集中、工件变形，陷入压得越紧、偏得越厉害的矛盾困境。

9、现有技术中，授权公告号为cn210115693u的中国专利公开了一种异形壳体加工工装卡具。该卡具包括底座和盖体，底座上安装有装卡结构和动力结构，通过气缸的伸缩驱动带动齿条移动，进而通过齿轮啮合传动使滑板带动卡板相对移动进行装夹。该卡具还通过压力传感器感应，防止装夹压力过大造成工件变形浪费材料。然而，该现有技术仍然存在明显不足：其采用双向移动装夹方式虽然能够使工件卡在中心部位，但其装卡结构仅实现基本的夹紧功能，并未针对非对称异形壳体的偏压问题提出任何解决方案。该卡具的压力传感器仅用于防止压力过大造成变形，属于过载保护范畴，而非主动的力平衡调控。对于具有非对称结构的异形壳体，该卡具无法消除因质心偏移产生的倾覆力矩，也就无法从根本上解决偏压导致的加工精度和效率问题。

10、此外，现有技术中的异形壳体夹具大多关注如何夹紧和如何防止变形，如通过内撑夹具撑涨异形机壳的中心孔、通过分散承压的方式减少变形等，但均未涉及通过侧向力主动补偿倾覆力矩来消除偏压的技术构思。

技术实现思路

1、为了克服背景技术中的不足，本发明采用如下技术方案：

2、一种异形壳体加工工艺，包括以下步骤：

3、s1：备料，选用金属材料裁剪成毛坯件；

4、s2：成型，将所述毛坯件通过铸造或锻造成型为壳体毛坯；

5、s3：装夹定位，利用工装装置装夹所述壳体毛坯，使壳体毛坯获得中心定位和方向定位，其中，所述工装装置的压块对壳体毛坯的凸出结构施加主夹紧力，所述工装装置的侧向压紧块对壳体毛坯远离其凸出结构的一侧施加侧向力，使所述侧向力与工装装置的周向定位机构的反作用力形成与倾覆力矩方向相反的力偶以抵消倾覆力矩；

6、s4：切削加工，对装夹后的壳体毛坯进行切削加工至设计尺寸；其中，在切削加工中，实时获取侧向压紧块的侧向力和位移，当所述侧向力和所述位移超出预设范围时，发出报警信号并执行相应处理。

7、进一步地，s3中所述侧向力的大小通过以下步骤确定：

8、获取壳体毛坯的质心偏移距离l和等效倾斜角θ，所述质心偏移距离l为壳体毛坯质心相对于中心孔几何中心在水平方向上的偏移距离，所述等效倾斜角θ为壳体毛坯在装夹和加工过程中绕中心孔几何中心的等效偏转角；

9、根据公式（i）计算倾覆力矩mt：

10、（i）

11、其中，fp为主夹紧力，g为工件重力；

12、根据公式（ii）计算预设的侧向力fs：

13、（ii）

14、其中，h2为所述周向定位机构与壳体毛坯凸出结构的接触点到壳体毛坯底面的垂直距离，h1为所述侧向压紧块与壳体毛坯侧壁的接触点到壳体毛坯底面的垂直距离，且h2＞h1；k为修正系数。

15、进一步地，所述等效倾斜角θ通过在试切过程中监测工件倾斜位移换算获得，或通过标定试验确定。

16、进一步地，所述修正系数k的标定方法为：以理论计算值为基准，在理论值附近区间内以不同侧向力值进行试加工，测量各侧向力值下的加工质量指标，将加工质量最优时的侧向力值代入公式（ii）反推得到k值。

17、进一步地，s4中所述预设范围为：侧向力处于预设的侧向力值fs的80%~120%之间，侧向压紧块位移相对于初始位置的偏移量在±0.05mm范围内；

18、s4中所述报警信号包括：当监测值超出所述预设范围但未达到危险阈值时，发出声光预警信号；当监测值超出危险阈值时，触发机床急停；

19、其中，所述侧向力的危险阈值为低于其预设的侧向力值fs的70%或高于其预设的侧向力值fs的130%，所述位移的危险阈值为相对于初始位置偏移量超出±0.1mm。

20、进一步地，还包括：

21、s5：加工完成后进行在位检测，确认加工质量；

22、其中，所述在位检测采用激光轮廓扫描仪或接触式探针对关键尺寸进行检测。

23、进一步地，s3中所述工装装置包括：

24、工装底座，固定于机床工作台上；

25、中心定位块，设置于所述工装底座上，用于插入异形壳体的中心孔中实现中心定位；

26、周向定位机构，设置于工装底座上且位于凸出结构所在一侧，用于抵接于所述凸出结构以限制壳体毛坯在水平方向和周向的位置；

27、下压机构，横向跨设于所述工装底座，所述下压机构包括压块和用于驱动所述压块升降的竖直气缸，用于施加竖直向下的主夹紧力；

28、侧压机构，设置于工装底座上，且位于凸出结构的对侧，用于施加水平方向的侧向力。

29、进一步地，所述侧压机构包括：

30、压电式力伺服驱动器，其壳体固定安装于所述工装底座上；

31、侧向压紧块，设置于所述压电式力伺服驱动器的输出推杆的端部；

32、应变式力传感器，设置于所述侧向压紧块与所述输出推杆之间，用于检测侧向力；

33、位移传感器，用于检测所述输出推杆或所述侧向压紧块的位移。

34、进一步地，s3还包括判断侧向力是否达到预设的侧向力值fs，若未达到预设的侧向力值fs则通过调整压电式力伺服驱动器的输出力进行调节，直至达到预设的侧向力值fs。

35、进一步地，所述周向定位机构包括：

36、调节丝杠，转动连接于所述工装底座顶面的滑槽内；

37、周向定位板，其底部滑动连接于所述滑槽，并与所述调节丝杠螺纹配合；

38、驱动件，设于所述调节丝杠端部，用于驱动所述调节丝杠转动，以调整所述周向定位板的位置。

39、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

40、1、本发明将倾覆力矩的力学模型引入异形壳体加工领域，通过定量计算非对称壳体在装夹状态下所受的倾覆力矩，并通过侧向力偶进行主动补偿，使壳体毛坯在加工过程中保持力平衡。相比于现有技术中仅依靠经验增大压紧力的做法，消除了倾覆力矩产生的根源。

41、2、由于偏压被有效消除，壳体毛坯在加工过程中不再产生倾斜，可以采用更高的切削参数。相比于传统方案的铣削速度仅300mm/min、铣削深度仅0.3mm；而本发明方案可将铣削速度提升至800mm/min、铣削深度提升至2.0mm，缩短了单件加工时间。

42、3、本发明实时获取侧向力和位移信号，并设置了分级报警机制，当监测值超出预设范围时发出声光预警；当超出危险阈值时触发机床急停。这种主动式、分级式的实时监控能够及时发现加工过程中的异常状态，避免批量废品的产生。

43、4、本发明的周向定位机构通过丝杠调节可快速调整定位板位置，预设的侧向力值可通过标定试验快速确定。相比于传统仿形工装数小时的换型准备时间，大幅缩短了生产准备周期，适应异形壳体多品种、小批量的生产特点。