一种双面加工变形控制方法及装备技术

本发明专利技术公开了一种双面加工变形控制方法及装备，其特征是它根据零件在毛坯中位置的可调整范围，将毛坯分为可调整区域和不可调整区域，并在可调整区域根据监测变形数据调整零件在毛坯中的位置；在精加工阶段同时考虑零件双面所有特征，优化双面精加工顺序，最终加工完成后零件变形小。为实现此加工方法，发明专利技术了一种双面加工变形控制装备，该装备能够在保证夹紧力和加工稳定性的前提下，通过一次装夹即可对零件双面进行加工，同时通过位移传感器监测零件变形数据。本发明专利技术保证了零件最终变形小，同时实现了装夹自动化与智能化。

A Deformation Control Method and Equipment for Double-sided Machining

The invention discloses a deformation control method and equipment for double-sided machining, which is characterized by dividing the blank into adjustable and non-adjustable areas according to the adjustable range of Parts'position in the blank, adjusting the position of parts in the blank according to the monitoring deformation data in the adjustable area, and optimizing the double-sided finishing smoothly by taking into account all the features of parts in the finishing stage. Sequence, after the final processing, the part deformation is small. In order to realize this processing method, a double-sided processing deformation control equipment is invented. The equipment can process the double-sided parts through one clamp while ensuring the clamping force and processing stability. At the same time, the deformation data of the parts can be monitored by the displacement sensor. The invention ensures that the final deformation of the parts is small, and realizes the clamping automation and intellectualization.

【技术实现步骤摘要】
一种双面加工变形控制方法及装备
本专利技术涉及一种精密加工机械加工技术，尤其是一种腹板类零件的防变形加工技术，具体地说是一种双面加工变形控制方法及装备。
技术介绍
大型航空零件外形复杂，材料去除率高，在加工完成后，由于内部残余应力重新分布，工件往往发生严重变形甚至报废，如何控制飞机结构件加工变形至关重要。在零件双面都进行加工可以平衡因去除材料产生的加工变形，现在普遍采用的双面加工方法为双面修出基准后,进行A面粗加工—人工翻面—B面粗加工—人工翻面—A面半精加工—人工翻面—B面半精加工—人工翻面—A面精加工—人工翻面—B面精加工。此种加工方法加工周期过长,劳动强度大，但是即便如此，依旧无法有效控制零件变形，难以满足当前飞机制造业的质量要求。现有的双面加工方法在双面去除同样的材料能够平衡部分零件变形，但是由于毛坯内部应力分布不是完全对称的，导致零件两面去除同样的材料也不能使内部应力保持平衡，所以现有的双面加工方法加工出的零件依旧会有一定的变形，随着制造业的发展，以及航空制造业精度要求的提高，现有的双面加工方法难以满足越来越高的制造精度要求。经过对现有的技术文献检索发现，中国专利文献号CN102581359A公开（公告）日2012.07.18，公开了一种双面多筋结构零件加工中的变形控制方法。该方法通过对双面零件中正面加工到位后，自然状态下切除正面的筋顶变形，再加工反面，减少了翻面次数和重新定位的次数，通过内部应力抵消的方法控制零件的变形。但该方法首先无法实现一次装夹下的自动翻面，仅仅减少人工翻面次数；最重要的是依旧无法保证零件内部应力抵消，也就无法精确控制零件变形。为了减小零件变形，张铮基于加工前预测变形的方法预测零件在毛坯中的位置，但是影响加工变形的因素太多，通过加工前预测的方法无法准确预测加工中各个阶段的变形，难以预测零件在毛坯中的最佳位置。此外，现有立式装夹装置难以实现一次装夹下完成所有加工过程，无法监测加工过程中的零件变形，同时难以保证加工中的稳定性。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的双面加工方法难以有效控制零件加工变形，同时又消耗大量人力成本的问题，专利技术一种在一次装夹下可以实现自动翻面，在加工中进行辅助支撑保证加工稳定性，并且在加工中通过监测数据在线调整零件在毛坯中位置，调整双面精加工顺序，减小零件变形的双面加工变形控制方法，同时设计一种相应的双面加工变形控制装备。本专利技术的技术方案之一是：一种双面加工变形控制方法，其特征是通过装夹装备使零件双面均处于可加工状态，同时根据零件在毛坯中的可调整范围将毛坯划分为可调整区域和不可调整区域，在不可调整区域通过调整层间加工顺序、在可调整区域通过调整零件在毛坯中的位置控制零件变形，在精加工阶段考虑零件双面所有特征，优化双面精加工顺序。所述的可调整区域和不可调整区域是指以零件处于毛坯上极限位置的腹板上表面为划分面，在厚度方向将零件腹板上表面和毛坯上表面之间的区域定义为上不可调整区域（Ⅲ）；以零件处于毛坯下极限位置的腹板下表面为划分面，在厚度方向将零件腹板下表面和毛坯下表面之间的区域定义为下不可调整区域（Ⅳ）；在两个不可调整区域之间的区域是零件腹板能够在毛坯中动态调整的区域，将其定义为可调整区域（Ⅴ）。所述的控制零件变形是指在加工不可调整区域时，由于此区域的材料必定被去除，在分层去除材料的前提下，调整层间加工顺序减小不可调整区域的零件变形，层间加工顺序包括但不限于：单面独立层间加工顺序、单面优先对称层间加工顺序、双面交替优先对称层间加工顺序；在加工可调整区域时，根据监测变形数据预测零件下一步的变形，并根据变形预测结果选择加工位置，分别在零件双面上选择使得双面变形能够平衡的切深，通过双面不同切深进行可调整区域其中一层的位置调整，随后通过多次同样的调整过程完成可调整区域的加工，零件在毛坯中的位置随之确定，通过位置的动态调整控制零件变形。所述的优化双面精加工顺序是指在精加工阶段考虑加工中间过程刚度对零件变形的影响，同时考虑零件双面所有特征，通过仿真计算当前状态下每个特征对零件整体刚度的影响，选择能使得加工后剩余零件刚度最大的特征优先加工，减小精加工阶段的零件变形。所述的单面独立层间加工顺序指先加工完一个不可调整区域，再加工另外一个不可调整区域。所述的单面优先对称层间加工顺序指在两个不可调整区域对称加工相同层数，在整个加工过程中，先加工的不可调整区域在加工进程上始终领先后加工的不可调整区域。所述的双面交替优先对称层间加工顺序指在零件上不可调整区域加工一层后，转到下不可调整区域加工两层，再转回上不可调整区域加工两层，如此交替反复，直到加工结束，在整个加工进程上，两个不可调整区域交替领先一层。本专利技术的技术方案之二是：一种双面加工变形控制装夹装备，其特征是它包括：整体支架1、结构框体2、夹紧元件水平方向运动底座3、夹紧元件竖直方向升降平台4、夹紧元件5、力传感器6、位移传感器7、辅助支撑装置8。整体支架1为整个双面零件加工工艺装备的主承力部分，同时在支架内部增添电机1.2和传动装置1.3与结构框体相连，使得结构框体可以在支架内部旋转，保证了装备和机床的连接，同时保证能够通过一次装夹对零件双面进行连续加工，在加工过程中不再需要人工进行装夹调整。结构框体2为夹紧元件5和辅助支撑装置8的安装基座，通过螺纹孔2.7可以固定四周安装的夹紧元件，通过导轨2.8可以使机械手臂在水平方向上运动，必要时还可在四个内框2.1、2.2、2.3、2.4中装有电机2.5、传动装置2.6，保证内框可以在一定范围内移动，结合夹紧元件水平方向运动底座3、夹紧元件竖直方向升降平台4夹紧不同尺寸类型的零件。夹紧元件5集夹紧、支撑、和监测功能为一体，主要由电机5.2、连接装置5.3、接触式准停头5.4和安装支架5.1组成支撑结构，安装在夹紧元件竖直方向升降平台4上，用于支撑零件支撑面，提高装夹系统加工时的刚度；夹紧机构为一个液压缸5.5，夹紧点与支撑平台中心孔同心，避免产生额外的扭矩，并且提供了足够的夹紧力，保证零件在加工过程中空间位置的唯一性；通过集成力传感器6、位移传感器7来监测加工过程中的变形数据，为下一层变形预测和零件在毛坯中的调整提供依据；辅助支撑装置8安装在导轨2.8上，使辅助支撑气缸8.5可以达到零件任何一个需要的位置，通过动态辅助支撑方法对正在加工的区域四周进行辅助支撑，提高了零件在加工过程中的刚性，保证加工稳定性。所述的动态辅助支撑方法是指在加工过程中，在刀具切削点四周使用多个可移动的辅助支撑装置对正在加工的区域四周进行支撑，保证零件刚性。由于零件加工过程是一个连续过程，为了保证加工的连续稳定性，要求同一时间只允许一个辅助支撑装置进行移动，在其中一个辅助支撑装置移动到位并达到稳定支撑状态后，下一个辅助支撑装置才被允许开始移动。这样通过多个辅助支撑装置交替移动提供支撑，能够实现动态辅助支撑方法，保证零件加工任何区域都能保证足够的稳定性。所述的辅助支撑装置，它包括导轨卡爪8.1、液压连接口8.2、多杆机械手臂8.3、末端连接装置8.4、辅助支撑气缸8.5；导轨卡爪8.1使得整个动态辅助支撑平台可以在导轨2.8上进行运动；多杆机械手臂8.3的多自由度保证了辅助支撑气缸可以在零件任何位置对弱刚性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双面加工变形控制方法，其特征是通过装夹装备使零件双面均处于可加工状态，同时根据零件在毛坯中的可调整范围将毛坯划分为可调整区域和不可调整区域，在不可调整区域通过调整层间加工顺序、在可调整区域通过调整零件在毛坯中的位置控制零件变形，在精加工阶段考虑零件双面所有特征，优化双面精加工顺序。

【技术特征摘要】
1.一种双面加工变形控制方法，其特征是通过装夹装备使零件双面均处于可加工状态，同时根据零件在毛坯中的可调整范围将毛坯划分为可调整区域和不可调整区域，在不可调整区域通过调整层间加工顺序、在可调整区域通过调整零件在毛坯中的位置控制零件变形，在精加工阶段考虑零件双面所有特征，优化双面精加工顺序。2.根据权利要求1所述的方法，其特征收所述的可调整区域和不可调整区域以零件处于毛坯上极限位置的腹板上表面为划分面，在厚度方向将零件腹板上表面和毛坯上表面之间的区域定义为上不可调整区域；以零件处于毛坯下极限位置的腹板下表面为划分面，在厚度方向将零件腹板下表面和毛坯下表面之间的区域定义为下不可调整区域；在两个不可调整区域之间的区域是零件腹板能够在毛坯中动态调整的区域，将其定义为可调整区域。3.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的控制零件变形是指：在加工不可调整区域时，由于此区域的材料必定被去除，在分层去除材料的前提下，调整层间加工顺序减小不可调整区域的零件变形，层间加工顺序包括：单面独立层间加工顺序、单面优先对称层间加工顺序、双面交替优先对称层间加工顺序；在加工可调整区域时，根据监测变形数据预测零件下一步的变形，并根据变形预测结果选择加工位置，分别在零件双面上选择使得双面变形能够平衡的切深，通过双面不同切深进行可调整区域其中一层的位置调整，随后通过多次同样的调整过程完成可调整区域的加工，零件在毛坯中的位置随之确定，通过位置的动态调整控制零件变形。4.根据权利要求3所述的方法，其特征是所述的单面独立层间加工顺序指先加工完一个不可调整区域，再加工另外一个不可调整区域；所述的单面优先对称层间加工顺序指在两个不可调整区域对称加工相同层数，在整个加工过程中，先加工的不可调整区域在加工进程上始终领先后加工的不可调整区域；所述的双面交替优先对称层间加工顺序指在零件上不可调整区域加工一层后，转到下不可调整区域加工两层，再转回上不可调整区域加工两层，如此交替反复，直到加工结束，在整个加工进程上，两个不可调整区域交替领先一层。5.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的优化双面精加工顺序是指：在精加工阶段考虑加工中间过程刚度对零件变形的影响，同时考虑零件双面所有特征，通过仿真计算当前状态下每个特征对零件整体刚度的影响，选择能使得加工后剩余零件刚度最大的特征优先加工，减小精加工阶段的零件变形。6.一种双面加工变形控制装夹装备，其特征是它包括：整体支架（1）、结构框体（2）、水平方向运动底座（3）、竖直方向升降平台（4）、夹紧元件（5）、力传感器（6）、位移传感器（7）、辅助支撑装置（8）；整体支架（1）为整个双面零件加工工艺装备的主...

【专利技术属性】
技术研发人员：李迎光，郝小忠，李孟秋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32