钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装及其加工方法技术

本发明专利技术公开一种钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装及其加工方法，包括底座和若干支撑座，所述支撑座设置在底座上，并围绕底座中心分布设置，所述支撑座靠底座中心的一侧形成有弧形缺口，所有支撑座的弧形缺口组成用于放置半球形组焊件的容纳空间，在弧形缺口处的弧形面分布有多组支撑调节螺栓，支撑调节螺栓沿弧形面的长度方向布置，所述支撑调节螺栓的外端和半球形组焊件相接触，以对半球形组焊件的空间位姿状态进行调整至加工坐标系的位置。本方案针对大规格钛合金半球形组焊件加工设计，合理编排了加工顺序，专门设计了加工工装，解决了大规格高精度钛合金半球形组焊件的加工难题。工难题。工难题。

【技术实现步骤摘要】
钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装及其加工方法


[0001]本专利技术属于金属结构件机加工
，具体涉及一种钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装及其加工方法。

技术介绍

[0002]为了能够承受巨大的海水压力，深海载人舱通常选用轻质、高强的钛合金作为其主要材料，且一般采用球形结构，通常采用两个半球组件焊接的方式制作成为一个整球结构。由于载人舱尺寸较大，直径可达到2m，整体毛坯重量达到3.5t，对整体真球度、控制系统接口以及水密舱口处尺寸精度要求极为严格，且钛合金本身的粘刀性以及千兆帕级的强度，对其机加工造成很大的难度，一方面必须保证在加工内球面的时候可以稳定的固定在机床台上，另一方面需要保证其每个尺寸的精度。由于本项目中半球上焊接用孔座及接插件等结构，整体只能采用铣削的方式进行加工，相对于车削的方式，其精度控制及加工参数更为复杂，且部分位置加工余量仅有2mm，调平找正基准难度非常大。
[0003]现有技术公开了一种钛合金球壳的高精度机加工方法，但其加工对象为纯球形，无任何焊接组件，可用车削加工的方式，不适用于本项目中焊接半球组件。除此之外，在文献和专利技术搜索中，前人针对钛合金半球形组焊件的加工方法和工装也未曾发现相关研究报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提供一种钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装及其加工方法，本方案针对大规格钛合金半球形组焊件加工设计，合理编排了加工顺序，专门设计了加工工装，解决了大规格高精度钛合金半球形组焊件的加工难题。
[0005]本专利技术的目的之一是提供钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，包括底座和若干支撑座，所述支撑座设置在底座上，并围绕底座中心分布设置，所述支撑座靠底座中心的一侧形成有弧形缺口，所有支撑座的弧形缺口组成用于放置半球形组焊件的容纳空间，在弧形缺口处的弧形面分布有多组支撑调节螺栓，支撑调节螺栓沿弧形面的长度方向布置，所述支撑调节螺栓的外端和半球形组焊件相接触，以对半球形组焊件的空间位姿状态进行调整至加工坐标系的位置。
[0006]作为优选方案，所述底座包括环形座和中心座，所述环形座用于安装支撑座，所述中心座设置在环形座中心处，并用于支撑半球形组焊件的底部。
[0007]作为优选方案，所述中心座的上端面形成有球面槽。
[0008]作为优选方案，所述支撑座包括一支撑板、两底座板和两加强板，所述支撑板垂直于环形座的上端面，底座板设置在支撑板的下缘两侧并与其垂直，在底座板上开设有螺孔，用于和环形座通过螺栓固定连接，加强板竖直设置，并对称设置于支撑板的两侧。
[0009]作为优选方案，所述支撑调节螺栓包括调节螺杆和锁紧螺母，所述弧形面上设置
有螺纹孔，所述调节螺杆的丝杆拧入弧形面上的螺纹孔中，锁紧螺母穿设在调节螺杆上，以实现调节螺杆的锁紧或松开调节。
[0010]作为优选方案，相邻支撑座之间的环形座上设置有用于吊装加工工装的吊环。
[0011]作为优选方案，所述吊环的内侧设置有条形孔，所述条形孔的长度方向沿环形座径向方向设置。
[0012]本专利技术的另一目的是提供一种钛合金半球形组焊件的高精度机加工方法，半球形组焊件先通过对其内球面进行粗加工，再对其外球面依次进行粗加工和精加工，然后通过三坐标对外球面尺寸进行检测，并根据检测结果对坐标系进行微调，最后再对其内球面进行精加工所得到。
[0013]优选地，半球形组焊件的高精度机加工方法具体如下：步骤一、在半球形组焊件的半球赤道面外缘焊接与支撑座数量相等的压板，压板分别与支撑座位置一一对应；步骤二、在压板上铣基准孔；步骤三、对半球形组焊件进行三维激光扫描，生成实体，通过与其加工模型进行比对，确定加工坐标系以及各个部位的加工余量；步骤四、将半球形组焊件放置在加工工装上，其内球面朝上，用支撑调节螺栓和水平调节螺栓对半球形组焊件的位置进行调节，调整至加工坐标系位置，用螺栓将半球赤道面上焊接的压板进行紧固，采用数控龙门式三轴机床对其进行内球面粗加工，加工程序完成后，内球面剩余2mm加工余量；步骤五、翻转半球形组焊件，将其外球面朝上，采用数控龙门式三轴机床进行外球面粗加工，外球面剩余2mm加工余量；步骤六、在数控龙门式五轴机床上进行外球面的半精加工，外球面剩余0.5mm加工余量；步骤七、在数控龙门式五轴机床上进行外球面的精加工，加工至所要求尺寸；步骤八、在三坐标上进行外球面尺寸的检验，测量其半径及球心位置，根据实测结果，对坐标系进行微调；步骤九、将半球形组焊件放置在加工工装上，根据步骤七所调整后的坐标系确定加工坐标，在龙门式五轴机床上进行内球面的半精加工，内球面剩余0.5mm加工余量；步骤十、在龙门式五轴机床上进行内球面的精加工，加工至所要求尺寸；步骤十一、铣平赤道面，同时将半球形组焊件焊接的压板加工去除。
[0014]优选地，所述步骤七和步骤十中加工参数如下：主轴转速1200r/min，切削速度1000mm/min，切削深度0.5mm，进给量0.2mm。
[0015]有益效果其一、本专利技术通过改进，设计了专用加工工装，显著提高了基准调整精度和加工精度，解决了大规格高精度钛合金半球形组焊件的加工难题。半球形组焊件内侧朝上放置在加工工装的容纳腔中，其内球面朝上，外球面会与支撑调节螺栓接触，支撑调节螺栓可以对半球形组焊件的空间位姿状态在不同方向上进行调整，并调整至加工坐标系位置，以保证加工的尺寸和精度，位置调节好后，压板与支撑座的上端进行固定连接，实现半球形焊件的定位。
[0016]其二、本方案的加工方法，采用龙门三轴机床和高精度重切削力的龙门五轴机床配合进行加工，并优化了加工顺序，本方案采取内球面粗加工
‑
外球面粗加工
‑
外球面精加工
‑
外球面三坐标检测
‑
内球面精加工的加工顺序，有效的保证了半球形组焊件整体的尺寸精度，与上述的专用加工工装相结合，保证了内外球面的半径尺寸公差可以达到
±
0.3mm，真球度可以达到0.2mm，粗糙度可以达到3.2Ra，局部粗糙度可以达到0.8Ra。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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专利技术的一些实施例，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。
[0018]图1为本专利技术加工工装的立体图；图2为本专利技术加工工装的俯视图；图3为本专利技术半球形焊件的立体图；图4为本专利技术半球形焊件的俯视图；图5为本专利技术半球形焊件的加工状态图一；图6为本专利技术半球形焊件的加工状态图二；图7为本专利技术中支撑调节螺栓的结构图；图中标记：1、支撑座，11、支撑板，111、水平螺孔，112、紧固孔，12、底座板，13、加强板，2、支撑调节螺栓，21、调节螺杆，22、锁紧螺母，3、环形座，4、中心座，5、吊环，6、条形孔，7、紧固螺栓，10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，其特征在于：包括底座和若干支撑座，所述支撑座设置在底座上，并围绕底座中心分布设置，所述支撑座靠底座中心的一侧形成有弧形缺口，所有支撑座的弧形缺口组成用于放置半球形组焊件的容纳空间，在弧形缺口处的弧形面分布有多组支撑调节螺栓，支撑调节螺栓沿弧形面的长度方向布置，所述支撑调节螺栓的外端和半球形组焊件相接触，以对半球形组焊件的空间位姿状态进行调整至加工坐标系的位置。2.如权利要求1所述的钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，其特征在于：所述底座包括环形座和中心座，所述环形座用于安装支撑座，所述中心座设置在环形座中心处，并用于支撑半球形组焊件的底部。3.如权利要求2所述的钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，其特征在于：所述中心座的上端面形成有球面槽。4.如权利要求2所述的钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，其特征在于：所述支撑座包括一支撑板、两底座板和两加强板，所述支撑板垂直于环形座的上端面，底座板设置在支撑板的下缘两侧并与其垂直，在底座板上开设有螺孔，用于和环形座通过螺栓固定连接，加强板竖直设置，并对称设置于支撑板的两侧。5.如权利要求1所述的钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，其特征在于：所述支撑调节螺栓包括调节螺杆和锁紧螺母，所述弧形面上设置有螺纹孔，所述调节螺杆的丝杆拧入弧形面上的螺纹孔中，锁紧螺母穿设在调节螺杆上，以实现调节螺杆的锁紧或松开调节。6.如权利要求2所述的钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，其特征在于：相邻支撑座之间的环形座上设置有用于吊装加工工装的吊环。7.如权利要求6所述的钛合金半球形组焊件的高精度机加工工装，其特征在于：所述吊环的内侧设置有条形孔，所述条形孔的长度方向沿环形座径向方向设置。8.钛合金半球形组焊件的高精度机加工方法，其特征在于：半球形组焊件先通过对其内球面进行粗加工，再...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈高澎，徐家磊，吕逸帆，刘希林，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二五研究所，
类型：发明
国别省市：