一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法技术

本发明专利技术提供了一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法，其包括以下步骤：用具有可调支撑的夹具和数控机床模块式柔性真空夹具来实现零件正反两面的定位和夹紧；采用一种超大型零件的无应力装夹方法，确保零件的装夹过程中无装夹应力；按照基准重合原则，利用设备附有的自动在线检测功能，实现加工坐标系的建立；选择适合的先后顺序、铣切方式、切削用量等，制定粗加工、半精加工、精加工的工艺流程；使用设备自有的在线检测功能，对零件的加工精度及工艺符合性进行自动检测。本发明专利技术提出的方法可以实现超大型薄壁零件的优质高效加工，有效控制了人为因素造成的零件变形、几何尺寸超差。

【技术实现步骤摘要】
一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法
本专利技术属于机械加工的
，具体涉及一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法。
技术介绍
为了提高飞机的性能，飞机上大型零件采用整体设计和薄壁设计趋于广泛，并且加工、装配精度较高。因此，零件整体结构变得复杂，加工难度随之加大。同时，零件本身为钛合金材料，属于难加工类金属，由于加工过程中切削力大，铣削热量高，加工表面回弹等因素，造成加工效率低，产品质量不稳定。这样就要对工艺装备的选用、零件装夹、工序顺序的编排、铣削用量的选择等整体的加工方法有着更高的要求。
技术实现思路
本专利技术提供了一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法，此方法是基于毛坯料的各部位加工余量均匀留有5mm～8mm的前提下，以铣削加工的方式实现零件优质高效加工。本专利技术提供了一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法，其包括以下步骤：(1)工装夹具系统的选择：依据零件的主体结构，选用具有可调支撑的夹具和数控机床模块式柔性真空夹具来实现零件正反两面的定位和夹紧。(2)零件的装夹：采用一种超大型零件的无应力装夹方法，确保零件的装夹过程中无装夹应力，保证零件有效压紧及加工后零件平面度的设计要求；(3)加工坐标系的建立：依据零件设计基准，按照基准重合原则，利用设备附有的自动在线检测功能，实现加工坐标系的建立；(4)加工流程的安排：依据不同的零件结构部位，选择适合的先后顺序、铣切方式、切削用量等，制定粗加工、半精加工、精加工的工艺流程；(5)零件自主在线检测：使用设备自有的在线检测功能，对零件的加工精度及工艺符合性进行自动检测。具体地，钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法，其包括以下步骤：步骤1、A面零件的装夹：A面装夹选用选择具有可调高度的支撑装置的平板夹具，采用一种超大型零件的无应力装夹方法：1.1、装夹基准的构建：(1)设定装夹基准I、装夹基准II和装夹基准III三个装夹基准，三者连线为三角形；(2)装夹基准I位于零件长度方向一侧边的中间位置，装夹基准II和装夹基准III分别位于零件该侧边的对侧边上的两端；(3)在各装夹基准位置，对零件进行支撑，以使零件中心线与机床工作台平行水平；(4)使用螺栓、压板压紧工具将各装夹基准处压紧；1.2、压紧点位置的选择及分布：(1)选取零件的强度高、下方平整的部位作为压紧点；(2)相邻两个压紧点的距离设定在间距300mm～400mm之间；1.3、对步骤1.2中的压紧点进行压紧操作：(1)压紧靠近各装夹基准位置的压紧点；(2)压紧零件强度、刚性高的位置的压紧点；(3)压紧零件刚性薄弱的位置的压紧点；其中，压紧过程中对应力变形进行监控：在将要实施压紧的压紧点下方，准备好可调节高度的支撑装置；使用百分表和磁力表座，在零件上方，靠近压紧点位置，进行顶表操作，并记录读数，这里称作原始读数；调整在将要实施压紧的压紧点下方，准备好的支撑装置的高度，顶紧零件，同时观察百分表读数，在读数大于原始读数0.05mm时，停止操作；使用螺栓、压板压紧工具对此处压紧点进行压紧；压紧后，观察百分表读数，如果百分表读数恢复到原始读数，即装夹状态良好；如果读数超出工艺允许范围，松开压板重新进行该处压紧点的调整和压紧；1.4、按照操作步骤1.2和步骤1.3将其它压紧点逐一压紧；1.5、加工余量验定：(1)将百分表安装在机床主轴上；(2)开动机床各坐标轴，将百分表顶在装夹基准部位的零件上表面上，将当前Z坐标置为0点；(3)开动机床，带着百分表位置移动至下一个压紧点位置的零件上表面，按照零件几何尺寸，编辑Z坐标值，观察百分表读数，并记录；(4)逐一验证各压紧点的余量情况，并记录；(5)计算余量最大值与余量最小值的差值，δ1-δ2＝δ3；(7)余量验定结果，如果余量差值δ3＜毛坯料的余量值，即余量有效；1.6、完成装夹，开始加工；步骤2、A面加工坐标系的建立：2.1、将百分表安装在机床主轴上；2.2、选取两个距离较远的基准孔作为加工拉直用孔；2.3、用在线测量功能，设定加工原点；步骤3、A面加工顺序及余量：半精铣上表面，余量1mm；精铣上表面；半精铣外形，余量0.5mm；精铣外形；半精铣内形，余量0.2mm；精铣腹板；处理转角、精铣内形；精铣基准面；步骤4、B面的零件装夹：4.1、将夹具主板1放置在机床工作台上，通过快速定位孔6找正后压紧固定；4.2、将夹具主板1上的任意一个快速定位孔6的中心位置坐标值置入机床控制系统并保存；4.3、将真空管路的一端与夹具主板1上的真空管路接头3连接，管路的另一端连接真空泵站管路终端；4.4、将第一真空模块密封胶圈7安装在真空模块2下方的密封胶圈安装槽内；4.5、按照工艺制定的孔距要求和便于后续零件装夹，选择在适当的位置的快速定位孔6，将快速定位销10插入其中；4.6、将密封螺钉11和密封胶圈12安装在不在密封区域的、裸露在外的真空抽气螺纹口4中，拧紧、密封；4.7、将真空模块2的模块快速定位孔14，对准步骤4.5中已安装好的快速定位销10，进行安装连接；4.8、使用紧固螺钉8，通过真空模块2上的沉头孔，拧入夹具主板1上的紧固螺纹孔5中，夹紧固定；4.9、将第二真空模块密封胶圈9安装在真空模块2上方的密封胶圈安装槽内；4.10、开启真空泵阀，检查真空模块2上的真空抽气口15处是否有抽气效果，确认无误后，关闭真空泵阀；4.11、将步骤4.2中置入保存的快速定位孔6的坐标原点，按编程加工基准的相对尺寸进行偏置即可得到零件加工原点；4.12、将零件安装在真空模块2上；4.13、开启真空泵阀，检查零件吸附状态；4.14、确认无误后，开始加工零件；步骤5、B面加工坐标系的建立：5.1、将百分表安装在机床主轴上；5.2、选取两个距离较远的基准孔作为加工拉直用孔；5.3、使用在线测量功能，设定加工原点；步骤6、B面加工顺序及余量：半精铣上表面，余量1mm；精铣上表面；半精铣外形，余量0.5mm；精铣外形；半精铣内形，余量0.5mm；精铣腹板；处理转角、精铣内形；切除工艺凸台；步骤7、零件自主在线检测。进一步地，所述的数控机床模块式柔性真空夹具包括夹具主板1和真空模块2，真空模块2设置于夹具主板1上方；其中，所述的夹具主板1上表面开设有真空抽气螺纹口4、紧固螺纹孔5和快速定位孔6，夹具主板1的下部设置有真空气囊13，夹具主板1的侧壁设置有真空管路接头3；所述的真空气囊13为“十”字形，多个真空抽气螺纹口4位于同一直线上，与真空气囊13的位置相对应，真空气囊13与真空管路接头3和真空抽气螺纹口4连通，形成抽真空通道，且真空气囊13不与紧固螺纹孔5和快速定位孔6连通；所述的夹具主板1上均匀分布有多个快速定位孔6，用以对真空模块2进行快速定位及原点设定；夹具主板1上均匀分布有多个紧固螺纹孔5，用于真空模块2的紧固；所述的真空模块2上表面和底部设置有密封胶圈安装槽，真空模块2的侧壁设置有模块快速定位孔14，真空模块2上开设有沉头孔以及真空抽气口15；其中，底部的密封胶圈安装槽中容纳第一真空模块密封胶圈7，以保证真空模块2与夹具主板1之间的气密性；上表面的密封胶圈安装槽中容纳第二真空模块密封胶圈9，以保证真空模块2与零件之间的气密性；快速定位孔14与快速定位销10配合，用于与夹具主板本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法，其特征在于，所述的钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法包括以下步骤：步骤1、A面零件的装夹：A面装夹选用选择具有可调高度的支撑装置的平板夹具，采用一种超大型零件的无应力装夹方法：1.1、装夹基准的构建：(1)设定装夹基准I、装夹基准II和装夹基准III三个装夹基准，三者连线为三角形；(2)装夹基准I位于零件长度方向一侧边的中间位置，装夹基准II和装夹基准III分别位于零件该侧边的对侧边上的两端；(3)在各装夹基准位置，对零件进行支撑，以使零件中心线与机床工作台平行水平；(4)使用螺栓、压板压紧工具将各装夹基准处压紧；1.2、压紧点位置的选择及分布：(1)选取零件的强度高、下方平整的部位作为压紧点；(2)相邻两个压紧点的距离设定在间距300mm～400mm之间；1.3、对步骤1.2中的压紧点进行压紧操作：(1)压紧靠近各装夹基准位置的压紧点；(2)压紧零件强度、刚性高的位置的压紧点；(3)压紧零件刚性薄弱的位置的压紧点；其中，压紧过程中对应力变形进行监控：在将要实施压紧的压紧点下方，准备好可调节高度的支撑装置；使用百分表和磁力表座，在零件上方，靠近压紧点位置，进行顶表操作，并记录读数，这里称作原始读数；调整在将要实施压紧的压紧点下方，准备好的支撑装置的高度，顶紧零件，同时观察百分表读数，在读数大于原始读数0.05mm时，停止操作；使用螺栓、压板压紧工具对此处压紧点进行压紧；压紧后，观察百分表读数，如果百分表读数恢复到原始读数，即装夹状态良好；如果读数超出工艺允许范围，松开压板重新进行该处压紧点的调整和压紧；1.4、按照操作步骤1.2和步骤1.3将其它压紧点逐一压紧；1.5、加工余量验定：(1)将百分表安装在机床主轴上；(2)开动机床各坐标轴，将百分表顶在装夹基准部位的零件上表面上，将当前Z坐标置为0点；(3)开动机床，带着百分表位置移动至下一个压紧点位置的零件上表面，按照零件几何尺寸，编辑Z坐标值，观察百分表读数，并记录；(4)逐一验证各压紧点的余量情况，并记录；(5)计算余量最大值与余量最小值的差值，δ1‑δ2＝δ3；(7)余量验定结果，如果余量差值δ3＜毛坯料的余量值，即余量有效；1.6、完成装夹，开始加工；步骤2、A面加工坐标系的建立：2.1、将百分表安装在机床主轴上；2.2、选取两个距离较远的基准孔作为加工拉直用孔；2.3、用在线测量功能，设定加工原点；步骤3、A面加工顺序及余量：半精铣上表面，余量1mm；精铣上表面；半精铣外形，余量0.5mm；精铣外形；半精铣内形，余量0.2mm；精铣腹板；处理转角、精铣内形；精铣基准面；步骤4、B面的零件装夹：4.1、将夹具主板(1)放置在机床工作台上，通过快速定位孔(6)找正后压紧固定；4.2、将夹具主板(1)上的任意一个快速定位孔(6)的中心位置坐标值置入机床控制系统并保存；4.3、将真空管路的一端与夹具主板(1)上的真空管路接头(3)连接，管路的另一端连接真空泵站管路终端；4.4、将第一真空模块密封胶圈(7)安装在真空模块(2)下方的密封胶圈安装槽内；4.5、按照工艺制定的孔距要求和便于后续零件装夹，选择在适当的位置的快速定位孔(6)，将快速定位销(10)插入其中；4.6、将密封螺钉(11)和密封胶圈(12)安装在不在密封区域的、裸露在外的真空抽气螺纹口(4)中，拧紧、密封；4.7、将真空模块(2)的模块快速定位孔(14)，对准步骤4.5中已安装好的快速定位销(10)，进行安装连接；4.8、使用紧固螺钉(8)，通过真空模块(2)上的沉头孔，拧入夹具主板(1)上的紧固螺纹孔(5)中，夹紧固定；4.9、将第二真空模块密封胶圈(9)安装在真空模块(2)上方的密封胶圈安装槽内；4.10、开启真空泵阀，检查真空模块(2)上的真空抽气口(15)处是否有抽气效果，确认无误后，关闭真空泵阀；4.11、将步骤4.2中置入保存的快速定位孔(6)的坐标原点，按编程加工基准的相对尺寸进行偏置即可得到零件加工原点；4.12、将零件安装在真空模块(2)上；4.13、开启真空泵阀，检查零件吸附状态；4.14、确认无误后，开始加工零件；步骤5、B面加工坐标系的建立：5.1、将百分表安装在机床主轴上；5.2、选取两个距离较远的基准孔作为加工拉直用孔；5.3、使用在线测量功能，设定加工原点；步骤6、B面加工顺序及余量：半精铣上表面，余量1mm；精铣上表面；半精铣外形，余量0.5mm；精铣外形；半精铣内形，余量0.5mm；精铣腹板；处理转角、精铣内形；切除工艺凸台；步骤7、零件自主在线检测。...

【技术特征摘要】
1.一种钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法，其特征在于，所述的钛合金超大型复杂薄壁零件的数控加工方法包括以下步骤：步骤1、A面零件的装夹：A面装夹选用选择具有可调高度的支撑装置的平板夹具，采用一种超大型零件的无应力装夹方法：1.1、装夹基准的构建：(1)设定装夹基准I、装夹基准II和装夹基准III三个装夹基准，三者连线为三角形；(2)装夹基准I位于零件长度方向一侧边的中间位置，装夹基准II和装夹基准III分别位于零件该侧边的对侧边上的两端；(3)在各装夹基准位置，对零件进行支撑，以使零件中心线与机床工作台平行水平；(4)使用螺栓、压板压紧工具将各装夹基准处压紧；1.2、压紧点位置的选择及分布：(1)选取零件的强度高、下方平整的部位作为压紧点；(2)相邻两个压紧点的距离设定在间距300mm～400mm之间；1.3、对步骤1.2中的压紧点进行压紧操作：(1)压紧靠近各装夹基准位置的压紧点；(2)压紧零件强度、刚性高的位置的压紧点；(3)压紧零件刚性薄弱的位置的压紧点；其中，压紧过程中对应力变形进行监控：在将要实施压紧的压紧点下方，准备好可调节高度的支撑装置；使用百分表和磁力表座，在零件上方，靠近压紧点位置，进行顶表操作，并记录读数，这里称作原始读数；调整在将要实施压紧的压紧点下方，准备好的支撑装置的高度，顶紧零件，同时观察百分表读数，在读数大于原始读数0.05mm时，停止操作；使用螺栓、压板压紧工具对此处压紧点进行压紧；压紧后，观察百分表读数，如果百分表读数恢复到原始读数，即装夹状态良好；如果读数超出工艺允许范围，松开压板重新进行该处压紧点的调整和压紧；1.4、按照操作步骤1.2和步骤1.3将其它压紧点逐一压紧；1.5、加工余量验定：(1)将百分表安装在机床主轴上；(2)开动机床各坐标轴，将百分表顶在装夹基准部位的零件上表面上，将当前Z坐标置为0点；(3)开动机床，带着百分表位置移动至下一个压紧点位置的零件上表面，按照零件几何尺寸，编辑Z坐标值，观察百分表读数，并记录；(4)逐一验证各压紧点的余量情况，并记录；(5)计算余量最大值与余量最小值的差值，δ1-δ2＝δ3；(7)余量验定结果，如果余量差值δ3＜毛坯料的余量值，即余量有效；1.6、完成装夹，开始加工；步骤2、A面加工坐标系的建立：2.1、将百分表安装在机床主轴上；2.2、选取两个距离较远的基准孔作为加工拉直用孔；2.3、用在线测量功能，设定加工原点；步骤3、A面加工顺序及余量：半精铣上表面，余量1mm；精铣上表面；半精铣外形，余量0.5mm；精铣外形；半精铣内形，余量0.2mm；精铣腹板；处理转角、精铣内形；精铣基准面；步骤4、B面的零件装夹：4.1、将夹具主板(1)放置在机床工作台上，通过快速定位孔(6)找正后压紧固定；4.2、将夹具主板(1)上的任意一个快速定位孔(6)的中心位置坐标值置入机床控制系统并保存；4.3、将真空管路的一端与夹具主板(1)上的真空管路接头(3)连接，管路的另一端连接真空泵站管路终端；4.4、将第一真空模块密封胶圈(7)安装在真空模块(2)下方的密封胶圈安装槽内；4.5、按照工艺制定的孔距要求和便于后续零件装夹，选择在适当的位置的快速定位孔(6)，将快速定位销(10)插入其中；4.6、将密封螺钉(11)和密封胶圈(12)安装在不在密封区域的、裸露在外的真空抽气螺纹口(4)中，拧紧、密封；4.7、将真空模...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓亮，齐东昱，林海鹏，刘驰，
申请(专利权)人：沈阳飞机工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21