一种分区段增减材加工制造方法与流程

本发明涉及机械加工制造与3d打印增材，尤其涉及一种分区段增减材加工制造方法。

背景技术：

1、大型复杂深腔薄壁筒体作为航空航天、高端装备制造等领域的核心关键部件，结构具有外形尺寸大、内腔深度深、型腔结构复杂、壁厚薄且不均匀、精度要求高、重量控制严格等特点，对加工制造技术提出了极高的要求。目前，该类筒体的加工制造主要依赖传统铸造/锻造+机械加工模式和常规增减材加工模式，两种模式均存在诸多技术瓶颈，难以满足高端装备对该类部件的性能和精度需求。

2、在传统机械加工模式中，首先需要根据筒体结构设计制造专用模具，模具制备周期长、成本高昂，且受模具结构限制，无法高效成型复杂内腔筋条、异形深腔、封闭隔板等精细结构，成型后毛坯余量较大，后续需通过大量机械加工去除余量，不仅加工周期长、材料浪费严重，还易因加工余量不均匀、切削力过大导致薄壁筒体产生变形，影响加工精度。同时，对于深腔区域，尤其是狭小深腔、隔板根部等位置，刀具可达性差，易出现加工干涉、欠切等缺陷，难以保证深腔特征的加工质量。

3、在常规增减材加工模式中，多采用“整体增材成型后集中减材”的加工方式，虽然无需复杂模具，但其仍存在明显不足：一是整体增材成型后，工件内应力累积严重，易产生较大变形，后续集中减材难以彻底修正，导致加工精度无法满足要求；二是深腔区域的刀具可达性问题未得到根本解决，复杂深腔特征的加工效率和质量依然受限；三是增材基板多为专用夹具，后续需切除，增加了加工工序和材料浪费，且多次装夹、基准转换过程中易出现基准传递误差，导致区段间衔接精度不足；四是增材路径设计不合理、毛坯余量分布未经过精准优化，不仅增材效率低，还进一步增加了后续减材工作量和材料损耗。

4、此外，现有加工技术还存在研制周期长、制造成本高、适配性差等问题，难以适应产品快速迭代和不同规格筒体的加工需求，无法满足高端装备领域对日益严苛的性能、精度和成本要求。

技术实现思路

1、鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种分区段增减材加工制造方法，用以解决现有深腔加工刀具可达性差、复杂深腔加工效率低或适配性差等问题之一。

2、本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

3、一种分区段增减材加工制造方法，包括以下步骤：

4、将筒体沿轴向划分区段；

5、根据区段数目，确定增减材次数；

6、选取增材基板；

7、毛坯模型设计与电弧增材路径规划；

8、根据筒体不同区段内腔结构特征选择内腔减材方案及筒体定位夹具；

9、进行内腔特征加工，完成筒体内腔增减材加工。

10、进一步地，增材次数与筒体结构区段的数目相对应。

11、进一步地，选取与筒体材料性能一致的基板材料；

12、确定隔板的厚度，并预留粗加工留量；

13、在基板上加工包括基准面、基准孔及定位销孔的标准化工艺基准体系，用于后续所有区段加工的定位与基准传递；

14、在筒体整体外形精加工阶段，利用基板预留的加工余量，将基板加工为一体化工艺基准凸台。

15、进一步地，对于狭小深腔区域，选用卧式加工中心配合高刚性加长杆刀具进行加工，并分别采用区段筒体定位夹具和整体工件筒体定位夹具减材。

16、进一步地，规划的电弧增材路径采用圆周运动与往复短直线运动相结合的复合运动模式。

17、进一步地，以筒体内腔筋条位置、端部封闭隔板的位置分布为结构分界依据，并结合设备可加工筒体内腔的极限深度为工艺约束条件，将筒体沿轴向划分为若干个独立的结构工艺区段。

18、进一步地，每次增减材加工工序完成后，进行工艺基准检测与修正。

19、进一步地，完成增减材交替加工成型后，还包括对筒体的外形进行精加工。

20、进一步地，在筒体前后端对称加夹具夹凸台，装夹凸台用于筒体前后端面特征的定位加工。

21、进一步地，在内腔减材过程中，采用筒体定位夹具装夹。

22、进一步地，筒体定位夹具包括第一端部、定位杆、第二端部以及装夹部，所述定位杆的两端分别与所述第一端部、所述第二端部连接，多组所述装夹部沿所述定位杆的长度方向间隔排布；

23、所述装夹部包括固定部、支撑架和随形机构，所述固定部锁紧固定于所述定位杆的外侧，所述支撑架固定安装于所述固定部的外侧，所述随形机构设置于所述支撑架上并用于与筒体外壁贴合。

24、进一步地，所述随形机构包括随形固定部、活动部、弹簧和随形板，所述随形固定部的一端安装在所述支撑架上，所述随形固定部的另一端与所述活动部连接，且所述活动部能够沿所述随形固定部轴向滑动，所述弹簧套设在所述随形固定部的杆体外部且弹簧的两端分别抵接于所述活动部、所述支撑架，所述随形板设置在所述活动部的端部并与筒体外壁贴合。

25、进一步地，所述支撑架包括第一支撑板和第二支撑板，所述第一支撑板为弧形板结构且弧形弧度与筒体外壁的弧度匹配，所述第二支撑板沿所述第一支撑板的周向设置，所述随形固定部设置在所述第一支撑板的内侧，所述随形机构沿所述第二支撑板的长度方向设置。

26、进一步地，所述第一端部和所述第二端部均开设有安装所述定位杆的安装孔，所述安装孔为长条形结构，所述定位杆能够沿所述长条形调节孔的长度方向调节装配位置，以适配不同直径的筒体。

27、与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

28、1、为解决现有技术中大型复杂深腔薄壁筒体的深腔加工刀具可达性差、加工干涉的问题，本发明采用分区段增减材交替加工模式，将大型深腔薄壁筒体沿轴向划分为若干个可适配设备加工深度的结构工艺区段，实现大型深腔的“化整为零”加工。每个区段完成增材后立即进行针对性减材，解决了现有技术中深腔加工刀具可达性差、加工干涉的问题，尤其适用于外形尺寸大、内腔结构复杂、壁厚薄的筒体加工。

29、2、为解决现有技术中分区段加工时基准传递困难、误差累积导致各区段衔接精度差的问题，本发明采用基板与筒体内腔隔板一体化设计，基板直接作为隔板的加工毛坯，无需后续切除，直接成为工件本体的一部分，减少了加工工序和材料浪费，复杂深腔加工效率高。同时，在基板上设计标准化工艺基准体系，通过一次基准、全程复用的传递模式，结合每次增减材后的基准检测与修正，解决分区段加工中基准传递困难、误差累积的问题，使各区段衔接精度和整体加工精度，使筒体轮廓度、位置度等关键指标达到设计要求。

30、3、为解决现有技术中常规夹具夹持效果不佳，易造成筒体变形或适配性不佳的问题，本发明的内腔减材过程中的筒体定位夹具采用多组随形支撑结构，多组装夹部沿定位杆长度方向排布，满足筒体多种夹持需求，同时，通过弹簧弹性抵接于活动部端面与支撑架端面之间，使随形板可随活动部同步伸缩运动，自适应贴合筒体内腔异形曲面，贴合均匀、受力分散，减少薄壁工件加工形变。

31、本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。