异形零件的加工制造方法与流程

1.本公开属于机械制造领域，特别涉及一种异形零件的加工制造方法。


背景技术：

2.随着现代航天航空技术的不断发展，零件的制造技术水平要求越来越高。对于一些异形薄壁零件，特别是零件在使用时与其他零件接触部位的区域，其制造精度要求越来越高。
3.相关技术中，异形零件的加工制造方法一般采用块状毛坯件，首先对块状毛坯件进行装夹，然后将块状毛坯件的相对两侧面加工成弧面，并对块状毛坯件的另外两侧加工得到支撑脚，最终得到异形零件。
4.然而，由于该异形零件为铝合金结构件，所以在对块状毛坯件进行装夹定位时，非常容易变形，进而使得加工出的异形零件的精度不能满足要求。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供了一种异形零件的加工制造方法，可以减小异形零件的变形，提高加工精度。所述技术方案如下：
6.本公开实施例提供了一种异形零件的加工制造方法，所述加工制造方法包括：
7.提供毛坯件，所述毛坯件为铝合金结构；对所述毛坯件进行粗加工，得到第一加工件，所述第一加工件包括本体和多个第一辅助定位结构，所述本体具有第一弧面、第二弧面和多个支撑脚，所述第一弧面和所述第二弧面位于所述本体的相对的两面，所述多个支撑脚以所述第一弧面的轴线两两对称的位于所述本体的两侧，所述多个第一辅助定位结构与所述本体连接，且以所述第二弧面的中轴线为轴两两对称的位于所述第二弧面的外边缘；通过所述第一辅助定位结构将所述第一加工件固定在工作平台上；对所述第一加工件进行精加工，得到所述异形零件。
8.在本公开的又一种实现方式中，所述第一辅助定位结构为定位块，所述定位块具有第一连接孔，所述第一连接孔位于所述定位块远离所述第二弧面的表面上，且所述第一连接孔的轴线与所述第二弧面的轴向垂直；
9.所述通过所述第一辅助定位结构将所述第一加工件固定在工作平台上，包括：通过紧固件连接所述第一连接孔和所述工作平台，以将所述第一加工件固定在所述工作平台上。
10.在本公开的又一种实现方式中，所述对所述第一加工件进行精加工，得到所述异形零件，包括：
11.对所述第一弧面进行精加工；
12.翻转所述第一加工件，并压紧所述支撑脚，以将所述第一加工件固定在所述工作平台上且所述第二弧面朝向所述工作平台；
13.对所述第二弧面进行精加工，得到所述异形零件。
14.在本公开的又一种实现方式中，所述对所述第一弧面进行精加工，包括：
15.对所述第一弧面进行分区加工，所述第一弧面分为第一进给区和两个第二进给区，所述第一进给区位于所述两个第二进给区之间，且所述第一进给区位于所述第一弧面的底部；所述第一进给区的进给参数为所述第二进给区的进给参数的2-4倍。
16.在本公开的又一种实现方式中，所述压紧所述支撑脚，以将所述第一加工件固定在所述工作平台上且所述第二弧面朝向所述工作平台，包括：
17.采用目标压紧力压紧所述支撑脚，所述目标压紧力大于最小压紧力且在对所述支撑脚压紧时，对所述第一加工件的仿真变形受力分析中的变形量小于设定变形量。
18.在本公开的又一种实现方式中，所述最小压紧力是采用以下方式计算：
[0019][0020]
其中，f为所述支撑脚的最小压紧力；fc为刀具的铣削力；n为所述支撑脚的个数；μ为所述支撑脚与所述工作平台之间的静摩擦系数；
[0021]
所述刀具的铣削力按照以下公式计算：
[0022]
fc＝cf*kf*a
p0.95
*a
f0.80
*d
0-1.10
*z*a
e1.1
；
[0023]
其中，fc为刀具的铣削力；cf为材料修正值；kf为修正系数；a
p
为轴向切深；af为每转进给量；d0为刀具直径；z为刀具齿数；ae为径向切深。
[0024]
在本公开的又一种实现方式中，所述对所述第二弧面进行精加工，得到所述异形零件，包括：
[0025]
切除所述第一辅助定位结构；对所述第二弧面进行分区加工，所述第二弧面分为第三进给区和两个第四进给区，所述第三进给区位于所述两个第四进给区之间，且所述第三进给区位于所述第二弧面的底部；所述第三进给区的进给参数为所述第四进给区的进给参数的2-4倍。
[0026]
在本公开的又一种实现方式中，所述对所述毛坯件进行粗加工，得到第一加工件，包括：
[0027]
对所述毛坯件的第一侧面进行粗加工以形成所述第一弧面；在所述毛坯件的两侧加工出所述多个支撑脚和多个第二辅助定位结构，所述多个第二辅助定位结构以所述第一弧面的中轴线为轴两两对称的位于所述第一弧面的两侧，各第二辅助定位结构位于相邻的两个支撑脚之间；通过所述第二辅助定位结构将所述毛坯件固定在所述工作平台上；对所述毛坯件的第二侧面进行粗加工，以形成所述第二弧面和多个所述第一辅助定位结构，得到所述第一加工件；
[0028]
所述对所述第一加工件进行精加工，得到所述异形零件，还包括：
[0029]
在对所述第一弧面进行精加工之前，切除所述第二辅助定位结构。
[0030]
在本公开的又一种实现方式中，所述第二辅助定位结构为定位柱，所述定位柱具有第二连接孔，所述第二连接孔位于所述定位柱远离所述第二弧面的端面上，且所述第二连接孔的轴线与所述第二弧面的轴向垂直；
[0031]
通过所述第二辅助定位结构将所述毛坯件固定在所述工作平台上，包括：
[0032]
通过紧固件连接所述第二连接孔和所述工作平台，以将所述毛坯件固定在所述工作平台上。
[0033]
在本公开的又一种实现方式中，所述通过所述第一辅助定位结构将所述第一加工件固定在工作平台上之前，所述加工制造方法还包括：
[0034]
所述第一加工件静置预定时长，以释放加工应力。
[0035]
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0036]
通过本公开实施例提供的异型零件的加工制造方法，在加工制造异型零件时，由于该加工制造方法首先是对毛坯件进行加工，粗铣出第一加工件，然后通过第一辅助定位结构将所述第一加工件固定在工作平台上，以避免只能依靠装夹等手段对第一加工件进行固定，减少第一加工件在后续加工过程中的装夹变形，最终提高整个异型零件的加工精度。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]
图1是本公开实施例提供的一种异型零件的主视图；
[0039]
图2是本公开实施例提供的一种异型零件的背面示意图；
[0040]
图3是本公开实施例提供的一种异型零件的加工制造方法的流程图；
[0041]
图4是本公开实施例提供的另一种异型零件的加工制造方法流程图；
[0042]
图5是本公开实施例提供的第一加工件的主视图；
[0043]
图6是本公开实施例提供的第一加工件的背面示意图；
[0044]
图7是本实施例提供的第一弧面的加工示意图。
[0045]
图中各符号表示含义如下：
[0046]
100、第一弧面；101、第一进给区；102、第二进给区；200、第二弧面；300、支撑脚；301、支撑面；302、受压面；400、第二辅助定位结构；500、第一辅助定位结构；600、刀具。
具体实施方式
[0047]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0048]
本实施例中，为了清楚说明本公开实施例提供的加工制造方法，首先结合图1对简单介绍一下异型零件的基本结构。
[0049]
图1是本公开实施例提供的一种异型零件的主视图，如图1所示，异型零件半筒型铝合金结构件。异型零件包括第一弧面100、第二弧面200和多个支撑脚300。第一弧面100和第二弧面200相对布置，且第一弧面100的轴线和第二弧面200的轴线同轴。多个支撑脚300以第一弧面100的轴线为轴两两成对布置在第一弧面100相对两侧。支撑脚300的其中一个外侧壁为第一弧面100的一部分。
[0050]
图2是本公开实施例提供的一种异型零件的背面示意图，结合图2，支撑脚300为长条块状结构，支撑脚300朝向第一弧面100的一端面形成支撑面301，支撑脚300朝向第二弧面200的一端面形成受压面302。沿着垂直于第二弧面200的轴线方向上，受压面302低于第二弧面200的外边缘，且受压面302与第二弧面200的外边缘之间形成台阶。
[0051]
本实施例中，异型零件可以为卡爪。
[0052]
本公开实施例提供了一种异形零件的加工制造方法，如图3所示，加工制造方法包括：
[0053]
s301：提供毛坯件，毛坯件为铝合金结构。
[0054]
本实施例中，毛坯件为长方体块状铝合金结构件。毛坯件可以包络整个异形零件。
[0055]
s302：对毛坯件进行粗加工，得到第一加工件，第一加工件包括本体和多个第一辅助定位结构，本体具有第一弧面、第二弧面和多个支撑脚，第一弧面和第二弧面位于本体的相对的两面，多个支撑脚以第一弧面的轴线两两对称的位于本体的两侧，多个第一辅助定位结构与本体连接，且以第二弧面的中轴线为轴两两对称的位于第二弧面的外边缘。
[0056]
本实施例中，通过对毛坯件进行粗加工，使得第一加工件具有异型零件的初步轮廓。并且，第一弧面和第二弧面等均留0.8-1mm的加工余量，以备后续继续加工。
[0057]
s303：通过第一辅助定位结构将第一加工件固定在工作平台上。
[0058]
本实施例中，通过第一辅助定位结构可以将第一加工件固定在工作平台上，以避免传统加工方式的夹装或者压紧，以减小异型零件的变形。
[0059]
s304：对第一加工件进行精加工，得到异形零件。
[0060]
通过本公开实施例提供的异型零件的加工制造方法，在加工制造异型零件时，由于该加工制造方法首先是对毛坯件进行加工，粗铣出第一加工件，然后通过第一辅助定位结构将第一加工件固定在工作平台上，以避免只能依靠装夹等手段对第一加工件进行固定，减少第一加工件在后续加工过程中的装夹变形，最终提高整个异型零件的加工精度。
[0061]
图4是本公开实施例提供的另一种异型零件的加工制造方法流程图，结合图4，加工制造方法包括：
[0062]
s401：提供毛坯件。
[0063]
毛坯件的相关内容可以参见s401，在此省略详细描述。
[0064]
s402：对毛坯件的第一侧面进行粗加工以形成第一弧面，在毛坯件的两侧加工出多个支撑脚和多个第二辅助定位结构，多个第二辅助定位结构以第一弧面的中轴线为轴两两对称的位于第一弧面的两侧，各第二辅助定位结构位于相邻的两个支撑脚之间。
[0065]
本实施例中，通过对毛坯件的第一侧面进行粗加工后，可以使得第一加工件的第一侧面具有弧形的第一弧面、支撑脚以及第二辅助定位结构，这样便可通过第二辅助定位结构对毛坯件进行定位，以此减少第一加工件在后续加工过程中的装夹变形。
[0066]
示例性地，步骤s402通过以下方式实现：
[0067]
4021：对毛坯件的第一侧面进行粗铣，粗铣出第一弧面。
[0068]
在实际加工时，首先通过装夹或者压板的方式将毛坯件置于立式加工机床上，并使得毛坯件的第一侧面朝向机床主轴，这样便可方便的粗铣出第一弧面，使得粗铣出的第一弧面朝向立式加工机床的主轴。
[0069]
4022：对毛坯件的两侧进行粗铣，粗铣出多个第二辅助定位结构和多个支撑脚。
[0070]
本实施例中，对第一弧面的两侧进行粗铣时，在粗铣出支撑脚的同时，在两个支撑脚之间粗铣出第二辅助定位结构。
[0071]
第二辅助定位结构为定位柱，定位柱具有第二连接孔，第二连接孔位于定位柱远离第二弧面的端面上，且第二连接孔的轴线与第二弧面的轴向垂直。
[0072]
图5是本公开实施例提供的第一加工件的主视图，结合图5，第二辅助定位结构400为长方体结构件，第一弧面的部分区域为第二辅助定位结构400的外表面。第二辅助定位结构400的长度方向与第一弧面100的轴线垂直。
[0073]
本实施例中，第二辅助定位结构400为四个，四个第二辅助定位结构400，以第一弧面100的轴线为轴，两两对称的布置在第一弧面100的轴线的两侧。
[0074]
s403：通过第二辅助定位结构将毛坯件固定在工作平台上。
[0075]
本实施例中，在粗铣出第二辅助定位结构后，需要在在每个第二辅助定位结构上铣削出第二连接孔。这样便可将螺栓等连接件插接在第二连接孔内，而与工作平台连接，以对第一加工件施加拉力而将第一加工件固定在工作平台上，进而减少对在加工过程中对第一加工件的装夹变形。
[0076]
当然，在第二辅助定位结构上加工第二连接孔时，要保证第二连接孔的深度不伤及第一加工件。
[0077]
也就是说，以上步骤可以加工出第二辅助定位结构，这样可以通过第二辅助定位结构在后续加工时拉紧毛坯件，从而将毛坯件固定在工作平台上而减小变形。
[0078]
s403通过以下方式：
[0079]
通过紧固件连接第二连接孔和工作平台，以将毛坯件固定在工作平台上。
[0080]
本实施例中，通过螺钉将毛坯件固定在工作平台时，先将螺钉螺纹装配在工作平台上，然后再将毛坯件与螺钉螺纹连接，之后通过控制螺钉的转动，控制支撑脚的支撑面与工作平台之间的间隙，这样就可将支撑脚固定在工作平台上。
[0081]
通过螺钉拉紧第二辅助定位结构时，需要保证第二辅助定位结构和工作平台之间的间隙小于0.02mm，这样可以防止零件倾斜。
[0082]
s404：在毛坯件的第二侧面粗加工出第二弧面和多个第一辅助定位结构，得到第一加工件。
[0083]
沿着毛坯件的长度方向，在第二侧面粗铣出第二弧面和多个第一辅助定位结构。
[0084]
本实施例中，第二弧面与第一弧面同轴布置，且第二弧面的弧长小于第一弧面的弧长。
[0085]
第一辅助定位结构为定位块，定位块具有第一连接孔，第一连接孔位于定位块远离第二弧面的表面上，且第一连接孔的轴线与第二弧面的轴向垂直。
[0086]
图6是本公开实施例提供的第一加工件的背面示意图，结合图6，第一加工件包括四个第一辅助定位结构500，且四个第一辅助定位结构500为楔形块状结构，第一辅助定位结构500贴合在第二弧面200的两侧外边缘。
[0087]
s405：将第一加工件静置预定时长，以释放加工应力。
[0088]
在自然环境中，将第一加工件放置预定时长，(可以为24小时以上)，这样能够使得第一加工件自动释放加工应力，以避免在后续加工中，由于加工应力的存在而引起加工变形。
[0089]
s406：铣平支撑脚的支撑面，支撑脚的支撑面为支撑脚朝向第一弧面的一端面。
[0090]
释放应力后，第一加工件存在一定的变形。此时，以最少的加工量铣平支撑脚的支撑面。铣平支撑脚时，可以通过压板压紧第二辅助支撑结构，以此将第一加工件固定在工作台上，同时又可以减小零件的本体的变形。
[0091]
s407：通过第一辅助定位结构将第一加工件固定在工作平台上。
[0092]
也就是说，在加工第一辅助定位结构之后，需要在每个第一辅助定位结构上铣削出第一连接孔，这样便可后续通过第一连接孔与工作平台连接，拉紧第一加工件而将第一加工件固定在工作平台上，进而减少加工过程中对第一加工件的装夹。
[0093]
当然，在第一辅助定位结构上加工第一连接孔时，要保证第一连接孔的深度不伤及零件本体，即需要控制第一连接孔的深度。
[0094]
s407通过以下方式实现：
[0095]
通过紧固件连接第一连接孔和工作平台，以将第一加工件固定在工作平台上。
[0096]
通过第一连接孔将第一加工件固定在工作平台上。
[0097]
本实施例中，螺钉的一端连接在第一连接孔内，螺钉的另一端连接在工作平台上。
[0098]
s408：对第一加工件进行精加工，得到异形零件。
[0099]
步骤s408包括：
[0100]
4081：切除第二辅助定位结构。
[0101]
4082：对第一弧面进行精加工。
[0102]
示例性地，4082包括：
[0103]
(1)对第一弧面进行分区加工，第一弧面分为第一进给区和两个第二进给区，第一进给区位于两个第二进给区之间，且第一进给区位于第一弧面的底部。
[0104]
(2)第一进给区的进给参数为第二进给区的进给参数的2-4倍。
[0105]
若加工第一弧面采用同一加工参数加工时，由于加工整个的第一弧面时，刀具行走的方向为从第一弧面的一侧的边缘向第一弧面的底部，然后从第一弧面的底部朝向第一弧面的另一侧的边缘，这样由于刀具600存在一定的惯性，导致第一弧面100的底部过切，轮廓度超差。所以，为了提高异型零件的精度，精铣第一弧面时，把第一弧面分为第一进给区101和第二进给区102，使得第一进给区101的进给参数f为第二进给区102的3倍左右(参见图5)。
[0106]
本实施例中，第一进给区的宽度为的刀具600直径的1-1.5倍。
[0107]
4083：翻转第一加工件，并压紧支撑脚，以将第一加工件固定在工作平台上且第二弧面朝向工作平台。
[0108]
当对第一弧面精加工完毕后，将第一加工件翻转。然后通过压板压紧支撑脚，将第一加工件固定在工作平台上。
[0109]
为了避免第一加工件受压后发生较大变形，所以，在压紧支撑脚之前，需要确定出各个支撑脚的压紧力。
[0110]
示例性地，4083包括：
[0111]
采用目标压紧力压紧支撑脚，目标压紧力大于最小压紧力且在对支撑脚压紧时，对第一加工件的仿真变形受力分析中的变形量小于设定变形量。
[0112]
各个支撑脚的最小压紧力采用以下方式计算：
[0113][0114]
其中，f为支撑脚的最小压紧力；fc为刀具的铣削力；n为支撑脚的个数；μ为支撑脚与工作平台之间的静摩擦系数。
[0115]
本实施例中，刀具的铣削力按照以下公式计算：
[0116]
fc＝cf*kf*a
p0.95
*a
f0.80
*d
0-1.10
*z*a
e1.1
；
ꢀꢀ
(2)
[0117]
其中，fc为刀具的铣削力；cf为材料修正值；kf为修正系数；a
p
为轴向切深；af为每转进给量；d0为刀具直径；z为刀具齿数；ae为径向切深。
[0118]
也就是说，支撑脚的压紧力需要刀具的铣削力、零件与机床之间的摩擦力等来确定。比如采用直径d20的立铣刀，在切削参数a
p
＝0.6mm，af＝1mm/r的情况下，其切削力为110n。零件为铝件，机床工作台为钢件，根据二者之间的摩擦系数确定6个支撑脚每处的压紧力至少为108n。
[0119]
按照以上计算的最小压紧力，对第一加工件进行仿真变形受力分析，比如，对第一加工件的仿真模型施加不同的压力(均大于108n)，此时得出零件满足内外轮廓变形不超过0.005mm时所对应的压紧力即为目标压紧力。
[0120]
按照以上确定出的目标压紧力，通过压板压紧各个支撑脚的受压面，以将第一加工件固定在工作平台上。
[0121]
4084：切除第一辅助定位结构。
[0122]
在对第二弧面进行精加工之前，需要将第一辅助定位结构进行切除。
[0123]
4085：对第二弧面进行精加工，得到异形零件。
[0124]
示例性地，4085包括：
[0125]
(1)对第二弧面进行分区加工，第二弧面分为第三进给区和两个第四进给区，第三进给区位于两个第四进给区之间，且第三进给区位于第二弧面的底部。
[0126]
(2)第三进给区的进给参数为第四进给区的进给参数的2-4倍。
[0127]
在立式加工机床，将第二弧面朝向机床主轴。并通过压板压紧支撑脚后(按照图5方向布置零件)，将第二弧面按照不同进给区进行精加工。
[0128]
同样的道理，若对第二弧面进行精加工时，刀具采用同一加工参数，由于刀具再走刀时存在惯性，导致第二弧面的底部轮廓度指标超差。所以为了提高提高异型零件的制造精度，精铣第二弧面时，把第二弧面分为第三进给区和第四进给区。
[0129]
同样的，第三进给区的宽度为1-1.5倍的刀具直径。
[0130]
通过以上方法，可以快速制得本公开实施例提供的异形零件。
[0131]
本公开实施例提供的异型零件的加工制造方法，通过在零件本体(也就是毛坯件)上，加工出多个第一辅助定位结构和第二辅助定位结构，通过第一辅助定位结构和第二辅助定位结构对零件进行相反的方向的拉紧定位，可以减小加工时产生的变形，同时也可以避免了繁琐的工装设计以及现有的夹装等方式，最终提高零件的加工精度。
[0132]
并且，在支撑脚的压紧力的确定上，通过理论结合仿真的方法，确定了最佳的压紧力，使得加工过程中引起的变形符合实际需求。同时，对待加工的第一弧面第二弧面划分不同进给区，解决了第一弧面和第二弧面底部轮廓度超差的问题。
[0133]
以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。