异形转轴梁的加工方法与流程

1.本发明涉及转轴型腔加工技术领域，具体而言，涉及一种异形转轴梁的加工方法。


背景技术：

2.转轴是飞机舵面的主要承力结构，是连接舵面和机身的关键部件，一端需要贴合舵面外形，一端需要带动舵面转动，其除了要承受较大扭转载荷外，还要保证舵面刚性并尽可能降低零件重量，因此这类零件多为深腔空心轴结构。
3.转轴类零件这种结构在性能上具有优势的同时，在加工上也带来了相应的难点。其中深腔和薄壁的特点使得这种零件在加工时，其加工效率和加工精度难以同时保证。同时轴和型面组合的结构，使得这种零件对型面和轴的角度公差有较高的要求，以至于常规的加工方式很难保证这种类型零件的角度公差要求。对于转轴的轴内孔加工部分，目前已有较好的技术，例如公告号为cn211727533u，名称为一种内孔端面槽底面的加工刀具，能够较好的进行内孔孔底的加工。
4.然而，对于型腔的加工，目前普遍采用单一的型腔加工方式，一方面难以保证加工效率，极易造成振刀等情况的发生；另一方面在对型腔外形加工时，极易造成型腔薄壁的损坏。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
6.为此，本发明提供了一种异形转轴梁的加工方法。
7.本发明提供了一种异形转轴梁的加工方法，包括：
8.步骤一：将待加工件粗加工以形成具有转轴梁雏形的毛坯加工件，且所述毛坯加工件至少形成固定区、型腔加工区以及通轴加工区；
9.步骤二：对型腔加工区进行外形粗铣，所述外形粗铣过程包括先用平面铣去除表面余量，再用摆轴铣进行均匀铣削以在型腔加工区表面形成由一端向另一端过渡的平滑倾斜面；
10.步骤三：对型腔加工区进行型腔粗铣，所述型腔粗铣过程包括先用插铣以形成腔体，并在腔体的侧壁预留加强筋，再粗铣腔体的内侧壁面；
11.步骤四：对通轴加工区进行精车处理，以形成通轴加工区的内孔；
12.步骤五：对型腔加工区的外形以及型腔进行精铣处理。
13.本发明提出的异形转轴梁的加工方法，首先将待加工件进行粗加工，使其形成具有转轴梁雏形的毛坯加工件，且毛坯加工件要具有固定区、型腔加工区和通轴加工区。具体地，先对待加工件进行划线，确定毛坯余量，随后进行预制中心孔，中心孔设置在固定区和通轴加工区的两端，从而方便机床对待加工件的固定，随后车出通轴加工区的通轴形状，去掉多余部分。完成上述步骤后，进行型腔加工区的外形粗铣，通过平面铣和摆轴铣的方式，其中，平面铣去除表面的余量，使其形成台阶面，摆轴铣则去除台阶面，使其表面形成平滑
的倾斜面，上述过程改变了传统加工单一的切削方式，从而提高了粗加工的效率以及质量。进行型腔加工区的型腔粗铣，通过先用插铣的方式再进行型腔内壁粗铣的方式，插铣加工可以减小径向切削力，进而减小了刀具和工件的变形；插铣切削过程中切削力无突变，从而有效避免了机床刀具系统的振动，使切削过程平稳。此外，预留的加强筋还能够对型腔外形加工提供支撑力，避免型腔的损坏，提高良品率。对通轴加工区进行精车处理。具体地，采用直径60mm的防震刀杆，如果刀杆直径仍大于内孔的最小半径，导致车刀无法对内孔进行全面的加工，可以通过背景技术中的引证文件来实现转轴梁底孔精加工，具体为更换不同角度的刀头，使得在不改变车刀行程的前提下，改变车刀的切削区域，以达到平底的目的。完成内孔的加工后，对通轴加工区的外圆进行精车，从而完成整个通轴加工区的加工。完成上述步骤后，对型腔加工区的外形和型腔进行精铣处理。
14.由此可见，本发明提出的异形转轴梁的加工方法，通过平面铣和摆轴铣的组合加工方式，提高粗加工的质量以及效率。通过插铣的方式减少振刀，使加工过程更加平稳，从而提高良品率。
15.根据本发明上述技术方案的异形转轴梁的加工方法，还可以具有以下附加技术特征：
16.在上述技术方案中，所述步骤二具体为：使用平面铣的方式对型腔加工区的表面进行铣削，使其表面形成若干台阶面；使用摆轴铣削若干台阶面，使其形成平滑的平滑倾斜面，其中，适当调整刀轴的角度，使得加工的每一层余量均匀。
17.在该技术方案中，平面铣用于对型腔加工区的表面进行铣削，从而形成台阶面，随后通过摆轴铣对台阶面进行铣削，使其形成平滑倾斜面。通过平面铣以及摆轴铣的组合方式，使得型腔加工区的表面形成更加平滑。
18.在上述技术方案中，所述平面铣采用φ63的铣刀，切宽42mm，切深2mm，进给速度1000mmpm，转速800rpm；所述摆轴铣采用φ63铣刀，切宽31.5mm，切深3mm，进给速度1000mmpm，转速800rpm。
19.在该技术方案中，由于具体的加工参数与刀具、零件材料、机床型号、装夹方式等有关，影响因素较多，因此本发明对平面铣以及摆轴铣的铣刀做了进一步限定，保证铣削的质量。
20.在上述技术方案中，平面铣过程中，需对台阶面高度进行控制，以使摆轴铣的切宽始终不大于刀具直径。
21.在该技术方案中，通过控制台阶面的高度，以使摆轴铣的切宽始终不大于刀具直径，由此可以保证摆轴铣的切深不变。具体地，摆轴角度受装夹条件限制，并与阶梯高度共同决定了摆轴铣削时是否能保证恒定的切削深度，因此摆轴角度的设置需与阶梯高度配合，只要保证恒定的切削深度即可。
22.在上述技术方案中，所述步骤三具体为：所述型腔粗铣为分层加工，且每层加工均采用先插铣、再粗铣内侧壁面的方式，同时需在内侧壁面预留加强筋，其中，插铣加工时，刀具需从没有切屑的面开始与毛坯加工件接触。
23.在该技术方案中，型腔粗铣采用分层加工。且分层加工具体为，先插铣再粗铣型腔内壁面，避免一次成型带来型腔损坏的问题。此外，加强筋能够为型腔外形加工提供支撑力，从而提高良品率。刀具从没有切屑的面开始与毛坯加工件接触，能够避免进刀卷入切削
而引起振刀，从而保证铣削的稳定。
24.在上述技术方案中，每层型腔粗铣前，需翻转毛坯加工件，使其切屑排出后再进行加工。
25.在该技术方案中，每层型腔粗铣前，需翻转毛坯加工件，使其切屑排出后再进行加工。具体地，对于封闭型的内腔，切屑难以正常排出，形成切屑池。如不及时清除切屑，型腔铣时，刀具从切屑池中进刀，切屑易嵌在刀具与零件之间，造成切削余量频繁突变，引起刀具振动。因此，通过上述设置，能够避免切削时挤压切屑，需配合分层加工，在形成一定深度的切屑池时，翻转零件，倒出切屑，再进行下一层加工。
26.在上述技术方案中，所述插铣采用u钻作为插铣刀具。
27.在该技术方案中，所述插铣采用u钻作为插铣刀具。对于深腔加工，深度越大，要获得最佳的加工效率就要选择尽可能大直径的刀具。但刀具直径越大，传统的立铣刀相对于u钻的经济性就越差，且尺寸无法符合型腔加工的要求，因此使用u钻可以选择更大的直径，获得更高的加工效率，同时也获得更好的经济性。
28.在上述技术方案中，所述插铣的单层切削深度满足：
29.h＝2h
q
h
m
r
30.其中，h为单层切削深度，h
q
为单层切屑的厚度，h
m
为不会对加工产生显著影响的切屑挤压厚度，r为容屑系数。
31.在该技术方案中，对插铣的单层切削深度进行了限定。具体地，首先需要设定切屑池表面两层切屑会被刀具排开，不会产生挤压，另外设定不会对加工产生显著影响的切屑挤压厚度为h
m
，根据切屑的形状、类型，可获知一层切屑的厚度h
q
、容屑系数r，由于存在设定参数，因此其实际切削深度还需要再实际切削加工中调整确定。
32.在上述技术方案中，所述加强筋的设计方法包括：
33.确定零件装夹条件；
34.初步确定加工参数以及刀具参数；
35.基于有限元的切削力分析；
36.基于有限元的响应分析；
37.判断响应振幅是否小于零件公差要求；
38.当其满足上述条件时，完成加强筋的设计；当其不满足上述条件时，调整加强筋的设计并重复基于有限元的响应分析，直至响应振幅满足小于零件公差的要求。
39.在该技术方案中，对加强筋的设计方法进行了限定。具体地，由于工艺加强筋不是零件原有的部分，最后需要随加工去掉，因此加强筋的设计需在增加的强度和增加的加工余量之间折中选取，当加强筋完成上述设计流程后，优选地，对加强筋做减法设计以最大限度减少由加强筋所带来的加工余量，其减法设计方法同上，即减小加强筋体积，再做响应分析，看是否能满足加工性能要求，若不满足则继续调整，直至完成设计。
40.在上述技术方案中，所述型腔加工区的外形精铣处理包括：
41.采用五轴联动的铣削方式，对型腔加工区的外形进行精铣处理，且预留的加强筋对此过程提供支撑力；
42.所述型腔加工区的型腔精铣处理包括：
43.完成外形精铣处理后，根据型腔深度，分层精加工型腔，其中，每一层型腔都采用
侧刃铣削的方式进行内侧壁面的精铣，并且同时去除预留的加强筋，完成上述过程后，再进入下一层的重复加工，在加工型腔底部时，采用插铣的方式完成精加工。
44.在该技术方案中，对型腔加工区的外形精铣处理和型腔精铣处理进行了限定。具体地，采用五轴联动加工零件外形型面，此时型腔壁厚还较厚，型面的加工刚度仍足够抑制零件振动，使得精铣外形时，能够以较高的加工效率完成加工并达到零件的精度要求。具体地，根据型腔深度，分层精加工型腔，其中，每一层型腔都采用侧刃铣削的方式进行内侧壁面的精铣，并且同时去除预留的加强筋，完成上述过程后，再进入下一层的重复加工，在加工型腔底部时，采用插铣的方式完成精加工。上述过程，能够保证加强筋在外形精铣处理时提供支撑力，保证零件刚性，提高良品率，且在型腔处理时一并去除加强筋，避免了额外的加工流程，节省加工时间。
45.本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
46.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
47.图1是本发明异形转轴梁的加工方法的流程图；
48.图2是本发明异形转轴梁的加工方法步骤一中加工件示意图之一(确定毛坯余量)；
49.图3是本发明异形转轴梁的加工方法步骤一中加工件示意图之二(预制中心孔)；
50.图4是本发明异形转轴梁的加工方法步骤一中加工件示意图之三(车出通轴加工区的通轴形状)；
51.图5是本发明异形转轴梁的加工方法步骤二中加工件示意图之一(平面铣)；
52.图6是本发明异形转轴梁的加工方法步骤二中加工件示意图之二(摆轴铣)；
53.图7是本发明异形转轴梁的加工方法中加工件示意图之一(毛坯加工件成型)；
54.图8是本发明异形转轴梁的加工方法中加工件示意图之二(完成平面铣)；
55.图9是本发明异形转轴梁的加工方法中加工件示意图之三(完成摆轴铣)；
56.图10是本发明异形转轴梁的加工方法中步骤三中加工件示意图之一(第一层型腔粗铣)；
57.图11是本发明异形转轴梁的加工方法中步骤三中加工件示意图之二(第二层型腔粗铣)；
58.图12是本发明异形转轴梁的加工方法中步骤三中加工件示意图之三(型腔粗铣完成)；
59.图13是本发明异形转轴梁的加工方法中步骤三中加工件示意图之四(型腔粗铣完成)；
60.图14是本发明异形转轴梁的加工方法中加强筋设计方法流程图。
具体实施方式
61.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实
施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
62.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其它不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
63.下面参照图1至图14来描述根据本发明一些实施例提供的异形转轴梁的加工方法。
64.本技术的一些实施例提供了一种异形转轴梁的加工方法。
65.如图1至图13所示，本发明第一个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，包括：
66.步骤一：将待加工件粗加工以形成具有转轴梁雏形的毛坯加工件，且毛坯加工件至少形成固定区、型腔加工区以及通轴加工区；
67.步骤二：对型腔加工区进行外形粗铣，外形粗铣过程包括先用平面铣去除表面余量，再用摆轴铣进行均匀铣削以在型腔加工区表面形成由一端向另一端过渡的平滑倾斜面；
68.步骤三：对型腔加工区进行型腔粗铣，型腔粗铣过程包括先用插铣以形成腔体，并在腔体的侧壁预留加强筋，再粗铣腔体的内侧壁面；
69.步骤四：对通轴加工区进行精车处理，以形成通轴加工区的内孔；
70.步骤五：对型腔加工区的外形以及型腔进行精铣处理。
71.本发明提出的异形转轴梁的加工方法，首先将待加工件进行粗加工，使其形成具有转轴梁雏形的毛坯加工件，且毛坯加工件要具有固定区、型腔加工区和通轴加工区。具体地，先对待加工件进行划线，确定毛坯余量，随后进行预制中心孔，中心孔设置在固定区和通轴加工区的两端，从而方便机床对待加工件的固定，随后车出通轴加工区的通轴形状，去掉多余部分。完成上述步骤后，进行型腔加工区的外形粗铣，通过平面铣和摆轴铣的方式，其中，平面铣去除表面的余量，使其形成台阶面，摆轴铣则去除台阶面，使其表面形成平滑的倾斜面，上述过程改变了传统加工单一的切削方式，从而提高了粗加工的效率以及质量。进行型腔加工区的型腔粗铣，通过先用插铣的方式再进行型腔内壁粗铣的方式，插铣加工可以减小径向切削力，进而减小了刀具和工件的变形；插铣切削过程中切削力无突变，从而有效避免了机床刀具系统的振动，使切削过程平稳。此外，预留的加强筋还能够对型腔外形加工提供支撑力，避免型腔的损坏，提高良品率。对通轴加工区进行精车处理。具体地，采用直径60mm的防震刀杆，如果刀杆直径仍大于内孔的最小半径，导致车刀无法对内孔进行全面的加工，可以通过背景技术中的引证文件来实现转轴梁底孔精加工，具体为更换不同角度的刀头，使得在不改变车刀行程的前提下，改变车刀的切削区域，以达到平底的目的。完成内孔的加工后，对通轴加工区的外圆进行精车，从而完成整个通轴加工区的加工。完成上述步骤后，对型腔加工区的外形和型腔进行精铣处理。
72.由此可见，本发明提出的异形转轴梁的加工方法，通过平面铣和摆轴铣的组合加工方式，提高粗加工的质量以及效率。通过插铣的方式减少振刀，使加工过程更加平稳，从而提高良品率。
73.本发明第二个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在第一个实施例的基
础上，如图1至图6所示，步骤二具体为：使用平面铣的方式对型腔加工区的表面进行铣削，使其表面形成若干台阶面；使用摆轴铣削若干台阶面，使其形成平滑的平滑倾斜面，其中，适当调整刀轴的角度，使得加工的每一层余量均匀。
74.在本实施例中，平面铣用于对型腔加工区的表面进行铣削，从而形成台阶面，随后通过摆轴铣对台阶面进行铣削，使其形成平滑倾斜面。通过平面铣以及摆轴铣的组合方式，使得型腔加工区的表面形成更加平滑。
75.本发明第三个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，平面铣采用φ63的铣刀，切宽42mm，切深2mm，进给速度1000mmpm，转速800rpm；摆轴铣采用φ63铣刀，切宽31.5mm，切深3mm，进给速度1000mmpm，转速800rpm。
76.在本实施例中，由于具体的加工参数与刀具、零件材料、机床型号、装夹方式等有关，影响因素较多，因此本发明对平面铣以及摆轴铣的铣刀做了进一步限定，保证铣削的质量。
77.本发明第四个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，平面铣过程中，需对台阶面高度进行控制，以使摆轴铣的切宽始终不大于刀具直径。
78.在本实施例中，通过控制台阶面的高度，以使摆轴铣的切宽始终不大于刀具直径，由此可以保证摆轴铣的切深不变。具体地，摆轴角度受装夹条件限制，并与阶梯高度共同决定了摆轴铣削时是否能保证恒定的切削深度，因此摆轴角度的设置需与阶梯高度配合，只要保证恒定的切削深度即可。
79.本发明第五个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，如图9至图13所示，步骤三具体为：型腔粗铣为分层加工，且每层加工均采用先插铣、再粗铣内侧壁面的方式，同时需在内侧壁面预留加强筋，其中，插铣加工时，刀具需从没有切屑的面开始与毛坯加工件接触。
80.在本实施例中，型腔粗铣采用分层加工。且分层加工具体为，先插铣再粗铣型腔内壁面，避免一次成型带来型腔损坏的问题。此外，加强筋能够为型腔外形加工提供支撑力，从而提高良品率。刀具从没有切屑的面开始与毛坯加工件接触，能够避免进刀卷入切削而引起振刀，从而保证铣削的稳定。
81.本发明第六个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，每层型腔粗铣前，需翻转毛坯加工件，使其切屑排出后再进行加工。
82.在本实施例中，每层型腔粗铣前，需翻转毛坯加工件，使其切屑排出后再进行加工。具体地，对于封闭型的内腔，切屑难以正常排出，形成切屑池。如不及时清除切屑，型腔铣时，刀具从切屑池中进刀，切屑易嵌在刀具与零件之间，造成切削余量频繁突变，引起刀具振动。因此，通过上述设置，能够避免切削时挤压切屑，需配合分层加工，在形成一定深度的切屑池时，翻转零件，倒出切屑，再进行下一层加工。
83.本发明第七个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，插铣采用u钻作为插铣刀具。
84.在本实施例中，插铣采用u钻作为插铣刀具。对于深腔加工，深度越大，要获得最佳的加工效率就要选择尽可能大直径的刀具。但刀具直径越大，传统的立铣刀相对于u钻的经济性就越差，且尺寸无法符合型腔加工的要求，因此使用u钻可以选择更大的直径，获得更
高的加工效率，同时也获得更好的经济性。
85.本发明第八个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，插铣的单层切削深度满足：
86.h＝2h
q
h
m
r
87.其中，h为单层切削深度，h
q
为单层切屑的厚度，h
m
为不会对加工产生显著影响的切屑挤压厚度，r为容屑系数。
88.在本实施例中，对插铣的单层切削深度进行了限定。具体地，首先需要设定切屑池表面两层切屑会被刀具排开，不会产生挤压，另外设定不会对加工产生显著影响的切屑挤压厚度为h
m
，根据切屑的形状、类型，可获知一层切屑的厚度h
q
、容屑系数r，由于存在设定参数，因此其实际切削深度还需要再实际切削加工中调整确定。
89.本发明第九个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，如14所示，加强筋的设计方法包括：
90.确定零件装夹条件；
91.初步确定加工参数以及刀具参数；
92.基于有限元的切削力分析；
93.基于有限元的响应分析；
94.判断响应振幅是否小于零件公差要求；
95.当其满足上述条件时，完成加强筋的设计；当其不满足上述条件时，调整加强筋的设计并重复基于有限元的响应分析，直至响应振幅满足小于零件公差的要求。
96.在本实施例中，对加强筋的设计方法进行了限定。具体地，由于工艺加强筋不是零件原有的部分，最后需要随加工去掉，因此加强筋的设计需在增加的强度和增加的加工余量之间折中选取，当加强筋完成上述设计流程后，优选地，对加强筋做减法设计以最大限度减少由加强筋所带来的加工余量，其减法设计方法同上，即减小加强筋体积，再做响应分析，看是否能满足加工性能要求，若不满足则继续调整，直至完成设计。
97.本发明第十个实施例提出了一种异形转轴梁的加工方法，且在上述任一实施例的基础上，型腔加工区的外形精铣处理包括：
98.采用五轴联动的铣削方式，对型腔加工区的外形进行精铣处理，且预留的加强筋对此过程提供支撑力；
99.型腔加工区的型腔精铣处理包括：
100.完成外形精铣处理后，根据型腔深度，分层精加工型腔，其中，每一层型腔都采用侧刃铣削的方式进行内侧壁面的精铣，并且同时去除预留的加强筋，完成上述过程后，再进入下一层的重复加工，在加工型腔底部时，采用插铣的方式完成精加工。
101.在本实施例中，对型腔加工区的外形精铣处理和型腔精铣处理进行了限定。具体地，采用五轴联动加工零件外形型面，此时型腔壁厚还较厚，型面的加工刚度仍足够抑制零件振动，使得精铣外形时，能够以较高的加工效率完成加工并达到零件的精度要求。具体地，根据型腔深度，分层精加工型腔，其中，每一层型腔都采用侧刃铣削的方式进行内侧壁面的精铣，并且同时去除预留的加强筋，完成上述过程后，再进入下一层的重复加工，在加工型腔底部时，采用插铣的方式完成精加工。上述过程，能够保证加强筋在外形精铣处理时提供支撑力，保证零件刚性，提高良品率，且在型腔处理时一并去除加强筋，避免了额外的
加工流程，节省加工时间。
102.在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
103.凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。