一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法技术

一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，用于解决薄壁曲面异形件在机械加工过程中的工艺方案及装夹方法。本发明专利技术通过合理安排工艺过程、划分切削区域，将上异型曲面区域和下异型曲面区域分块划分、预留工艺夹块、设计了定位工装及各区域粗精铣数控加工程序，并确定了刀具的选择及切削参数，用铣削加工代替了该类产品线切割加工，降低了加工成本，提高加工效率和产品质量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机械加工领域，具体是一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法。
技术介绍
该零件是某固体火箭发动机壳体最重要的零部件之一，在产品最终产品使用时，起着挂载、连接的作用，工件的加工质量直接影响着产品的最终性能。且该零件支耳部位尺寸为最终装配接口尺寸，形位公差及尺寸公差要求高。该零件属于薄壁曲面异型件，工件主要由两部分构成：吊耳部分及薄壁曲面部分，吊耳部分可以视为简单的二维图形拉伸实体(见附图1)，薄壁曲面部分由上下曲面组成，壁厚为6mm，下型曲面是外圆直径为的圆弧面，圆弧半径R375。上型曲面为下型曲面的偏置圆弧面，并通过过渡面与吊耳部分连接，组成该薄壁曲面异型件。对于该类零件来说，“上下翻转、互为基准”的加工工艺方法，能够最大的提高产品的质量及加工效率，但是该零件的吊耳部分及薄壁曲面部分都不可能通过常用的装夹工具，例如压板、虎钳和垫铁，直接在工件上实现装夹，而且不适当的装夹方式容易引起定位精度差、刚性不足、加工振颤等问题，因此零件的装夹是必须要解决的难题。该工件结构的特殊性、曲面的复杂性以及较高的精度要求决定了其数控程序的设计难度。数控程序的设计必须吻合产品的装夹状态和工艺过程。另外、如何选择合理的程序驱动方式、切削模式、加工参数，是确保高质、高效完成加工的关键。本专利技术就是针对上述产品的加工难点，通过对上、下异型曲面区域的划分，预留工艺夹块，设计定位工装及各区域粗精铣数控加工程序，刀具的选择及切削参数的确定，保证了产品质量，大幅提高了生产效率。
技术实现思路
为克服利用现有技术在加工薄壁曲面异型件中存在的装夹困难、加工过程复杂的不足，本专利技术提出了一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法。本专利技术的具体过程是：步骤1，加工铣削工艺压槽。分别在坯料的两侧圆周表面铣削加工出水平的工艺压槽。该工艺压槽宽度方向的中心线与该坯料的中心线空间相互垂直。步骤2，粗加工工件的上型面。所述工件的上型面包括第一上型面、第二上型面、第三上型面、第四上型面、对称表面和工艺压块侧壁。所述铣削上型曲面的过程包括上型面的粗加工和精加工并保留上型面上部的工艺夹块。铣削时，将机床压板压在坯料两侧的工艺压槽上，将该坯料固定在机床加工平台上。铣削的具体过程是：Ⅰ粗加工工艺压块侧壁：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀。加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm。沿坯料的轴向分层切削，并使每层切削深度相等，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面。Ⅱ粗加工对称表面：所述对称表面的粗加工通过一个切削层完成。具体过程是：将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工。重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至对称表面的边缘。完成对称表面的粗加工。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。Ⅲ粗加工上型面。所述粗加工上型面采用分层切削的方式，并使每层切削深度相等；a)加工所述上型面中的第二上型面、第三上型面和第四上型面。在粗加工所述第二上型面、第三上型面和第四上型面时需留有0.5mm的精加工余量。直至按工艺要求完成对所述第二上型面、第三上型面和第四上型面的粗加工。b)加工所述上型面中的第一上型面。加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工，当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工。直至按工艺要求完成对所述第一上型面的粗加工，得到所述薄壁曲面异形件的半成品。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。所述的分层切削是：加工第一切削层。刀具以工艺压块上表面的中心点作为坐标系的原点。将刀具运动至坯料上表面边缘处。启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至工艺压块的边缘。所述的一个切削步距为35％的刀具直径。当加工至工艺压块的边缘时，调整刀具的加工路径，使刀具沿该工艺压块的轮廓进行切削。完成第一切削层的加工。刀具回到起始点。控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一个切削深度。重复所述加工第一切削层的过程，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面。步骤3，精加工工件的上型面。在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀。沿坯料的轴向分层切削，并使每层切削深度相等。每层的切削深度为0.3mm。加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量为2400mm/min，切削深度为0.3mm。所述的精加工工件的上型面是对上型面中的第一上型面、第二上型面、第三上型面和第四上型面的加工。在精加工时，刀具从工件的外缘向内走刀。设刀具的起始点A在工件的9点方向，并位于第一上型面的边缘上，采用分层切削的方式先加工第一上型面，再同时加工第二上型面、第三上型面和第四上型面。所述采用分层切削的方式精加工上型面的具体过程是：第一上型面的加工：加工时，将刀具运动至起始点A，启动三轴铣加工中心按设定的参数开始沿薄壁曲面异形件的半成品的圆周进行切削加工。当刀具走完一圈回到起始点A后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对所述薄壁曲面异形件的半成品表面进行切削加工；直至加工至该切削层所在的Z方向平面分别与第二上型面、第三上型面和第四上型面所形成的相交线构成的轮廓，控制刀具沿该轮廓运动，完成第一上型面的加工。所述的一个切削步距为10％的刀具直径。第二上型面、第三上型面和第四上型面的加工：刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴的正方向分别运动0.3mm，使刀具处于工件的9点方向的第四上型面的边缘处，对第二上型面、第三上型面和第四上型面进行精加工。加工时，刀具沿所述第二上型面、第三上型面和第四上型面的外轮廓顺时针运动。刀具首先沿第四上型面Y轴方向运动1/2第四上型面宽度的距离，完成所述第四上型面宽度的1/2的加工。调整刀具的运动轨迹为弧线，对处于第四象限的第二上型面进行切削加工。当刀具运动至该第二上型面与第三上型面的相交处，调整刀具的运动轨迹为直线，对处于工件12点方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，加工铣削工艺压槽；分别在坯料的两侧圆周表面铣削加工出水平的工艺压槽；该工艺压槽宽度方向的中心线与该坯料的中心线空间相互垂直；步骤2，粗加工工件的上型面；所述工件的上型面包括第一上型面、第二上型面、第三上型面、第四上型面、对称表面和工艺压块侧壁；所述铣削上型曲面的过程包括上型面的粗加工和精加工并保留上型面上部的工艺夹块；铣削时，将机床压板压在坯料两侧的工艺压槽上，将该坯料固定在机床加工平台上；铣削的具体过程是：Ⅰ 粗加工工艺压块侧壁：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀；加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm；沿坯料的轴向分层切削，并使每层切削深度相等，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面；Ⅱ 粗加工对称表面：所述对称表面的粗加工通过一个切削层完成；Ⅲ 粗加工上型面；所述粗加工上型面采用分层切削的方式，并使每层切削深度相等；a)加工所述上型面中的第二上型面、第三上型面和第四上型面；在粗加工所述第二上型面、第三上型面和第四上型面时需留有0.5mm的精加工余量；直至按工艺要求完成对所述第二上型面、第三上型面和第四上型面4的粗加工；b)加工所述上型面中的第一上型面；加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工，直至按工艺要求完成对所述第一上型面的粗加工，得到所述薄壁曲面异形件的半成品；步骤3，精加工工件的上型面；在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀；沿坯料的轴向分层切削，并使每层切削深度相等；每层的切削深度为0.3mm；加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量为2400mm/min，切削深度为0.3mm；所述的精加工工件的上型面是对上型面中的第一上型面、第二上型面、第三上型面和第四上型面的加工；在精加工时，刀具从工件的外缘向内走刀；设刀具的起始点A在工件的9点方向，并位于第一上型面的边缘上，采用分层切削的方式先加工第一上型面，再同时加工第二上型面、第三上型面和第四上型面；步骤4，铣削下型曲面；所述的铣削下型曲面是将薄壁曲面异形件的工艺压块装夹在机床附件虎钳中，采用分层加工的方式对所述薄壁曲面异形件下型曲面进行粗加工和精加工；Ⅰ 粗加工下型曲面：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀，并留有0.5mm的切削余量；加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm；刀具的在每一个切削层上的运动轨迹是：刀具以C点为起点，并沿着E点与B点形成的矢量运动，直至运动到零件轮廓以外；然后向D的方向运动一个切削步长，沿着E点与B点形成的矢量反向运动，直至运动到零件轮廓以外，如此循环直至加工到D点；刀具在每一层上的切削循环方式与此相同，在结束了一个切削层的加工后刀具退至安全区域，再次进刀形成新的切削层，如此循环直至加工到粗加工要求的尺寸；Ⅱ 精加工下型曲面；在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀；沿坯料的轴向分层切削，并使每层切削深度相等；加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量为2400mm/min，切削深度为0.1mm；重复切削加工的过程，直至完成下型曲面的精切削加工；步骤5，加工工件吊耳；所述工件吊耳的外表面的上半部为方体，下半部为锥体；安装辅助夹具；所述辅助夹具包括定位芯模、定位环、压板和垫铁；定位芯模作为所诉薄壁曲面异型件的装夹定位面，该型面形状与工件的下型面尺寸均为R375±0.3；定位环内孔的尺寸为将定位环套装在所述定位芯模的圆周表面；将完成下型曲面精切削加工的工件置于所述定位芯模的上表面，并使该工件的下型曲面与定位芯模的上表面贴合；将两个压板对称的放置在所述工件上表面的边缘处，将两个垫铁分别放置在各压板的下表面与定位芯模的底盘上表面之间，用于支撑压板使其受力均匀；通过螺钉将两个压板分别固紧在工件上表面，从而将工件与定位芯模连接在一起；在加工吊耳时，选用的刀具是Ф60机夹立铣刀，沿工件的轴向分层切削，并使每层切削深度相等；每层的切削深度为0.3mm；加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量为2400mm/min，切削深度为0.3mm；根据工件吊耳的外形，采用分层切削的方式，分别加工该工件吊耳上半部的方体和下半部为锥体；至此完成对整个薄壁曲面异形件工件的加工。...

【技术特征摘要】
1.一种薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，加工铣削工艺压槽；分别在坯料的两侧圆周表面铣削加工出水平的工艺压槽；该
工艺压槽宽度方向的中心线与该坯料的中心线空间相互垂直；
步骤2，粗加工工件的上型面；所述工件的上型面包括第一上型面、第二上型面、第三上
型面、第四上型面、对称表面和工艺压块侧壁；所述铣削上型曲面的过程包括上型面的粗
加工和精加工并保留上型面上部的工艺夹块；
铣削时，将机床压板压在坯料两侧的工艺压槽上，将该坯料固定在机床加工平台上；
铣削的具体过程是：
Ⅰ粗加工工艺压块侧壁：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀；加工的参数
为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度为1mm；沿坯料的轴向
分层切削，并使每层切削深度相等，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面；
Ⅱ粗加工对称表面：所述对称表面的粗加工通过一个切削层完成；
Ⅲ粗加工上型面；所述粗加工上型面采用分层切削的方式，并使每层切削深度相等；
a)加工所述上型面中的第二上型面、第三上型面和第四上型面；在粗加工所述第二上型
面、第三上型面和第四上型面时需留有0.5mm的精加工余量；直至按工艺要求完成对所述
第二上型面、第三上型面和第四上型面4的粗加工；
b)加工所述上型面中的第一上型面；
加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工，直
至按工艺要求完成对所述第一上型面的粗加工，得到所述薄壁曲面异形件的半成品；
步骤3，精加工工件的上型面；
在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀；沿坯料的轴向分层切削，并使每层切
削深度相等；每层的切削深度为0.3mm；加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进
给量为2400mm/min，切削深度为0.3mm；
所述的精加工工件的上型面是对上型面中的第一上型面、第二上型面、第三上型面和第四
上型面的加工；在精加工时，刀具从工件的外缘向内走刀；设刀具的起始点A在工件的9
点方向，并位于第一上型面的边缘上，采用分层切削的方式先加工第一上型面，再同时加
工第二上型面、第三上型面和第四上型面；
步骤4，铣削下型曲面；所述的铣削下型曲面是将薄壁曲面异形件的工艺压块装夹在机床
附件虎钳中，采用分层加工的方式对所述薄壁曲面异形件下型曲面进行粗加工和精加工；
Ⅰ粗加工下型曲面：在粗加工中选用的刀具是Ф100硬质合金立铣刀，并留有0.5mm的
切削余量；加工的参数为：机床主轴转速为600r/min，进给量为1200mm/min，切削深度
为1mm；
刀具的在每一个切削层上的运动轨迹是：刀具以C点为起点，并沿着E点与B点形成的矢
量运动，直至运动到零件轮廓以外；然后向D的方向运动一个切削步长，沿着E点与B点
形成的矢量反向运动，直至运动到零件轮廓以外，如此循环直至加工到D点；刀具在每一
层上的切削循环方式与此相同，在结束了一个切削层的加工后刀具退至安全区域，再次进

\t刀形成新的切削层，如此循环直至加工到粗加工要求的尺寸；
Ⅱ精加工下型曲面；
在精加工中选用的刀具是Ф20硬质合金球头铣刀；沿坯料的轴向分层切削，并使每层切
削深度相等；加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给量为2400mm/min，切削深
度为0.1mm；
重复切削加工的过程，直至完成下型曲面的精切削加工；
步骤5，加工工件吊耳；
所述工件吊耳的外表面的上半部为方体，下半部为锥体；
安装辅助夹具；所述辅助夹具包括定位芯模、定位环、压板和垫铁；定位芯模作为所诉薄
壁曲面异型件的装夹定位面，该型面形状与工件的下型面尺寸均为R375±0.3；定位环内
孔的尺寸为将定位环套装在所述定位芯模的圆周表面；将完成下型曲面精切削加工的工件置于所述定
位芯模的上表面，并使该工件的下型曲面与定位芯模的上表面贴合；将两个压板对称的放
置在所述工件上表面的边缘处，将两个垫铁分别放置在各压板的下表面与定位芯模的底盘
上表面之间，用于支撑压板使其受力均匀；通过螺钉将两个压板分别固紧在工件上表面，
从而将工件与定位芯模连接在一起；
在加工吊耳时，选用的刀具是Ф60机夹立铣刀，沿工件的轴向分层切削，并使每层切削
深度相等；每层的切削深度为0.3mm；加工的参数为：机床主轴转速为3000r/min，进给
量为2400mm/min，切削深度为0.3mm；
根据工件吊耳的外形，采用分层切削的方式，分别加工该工件吊耳上半部的方体和下半部
为锥体；
至此完成对整个薄壁曲面异形件工件的加工。
2.如权利要求1所述薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，其特征在于，步骤2中粗加工粗加
工工艺压块侧壁的具体过程是：
加工第一切削层；刀具以工艺压块上表面的中心点作为坐标系的原点；将刀具运动至坯料
上表面边缘处；启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工；当刀具走完一圈回
到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；
重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至工艺压块的边缘；所述的一个切削步
距为35％的刀具直径；
当加工至工艺压块的边缘时，调整刀具的加工路径，使刀具沿该工艺压块的轮廓进行切削；
完成第一切削层的加工；刀具回到起始点；控制刀具沿坐标系Z轴的负方向运动一个切削
深度；重复所述加工第一切削层的过程，直至加工至薄壁曲面异形件的对称表面。
3.如权利要求1所述薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，其特征在于，步骤2中粗加工粗加
工对称表面的具体过程是：
将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工；当刀具走完

\t一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表面进行切削
加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动一个切削步
距，继续对坯料表面进行切削加工；重复所述的运动切削步距、切削加工的过程，加工至
对称表面的边缘；完成对称表面的粗加工；所述的一个切削步距为35％的刀具直径。
4.如权利要求1所述薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，其特征在于，步骤2中粗加工上型
面的具体过程是：
加工时，将刀具运动至起始点，启动三轴铣加工中心开始沿坯料的圆周进行切削加工；
当刀具走完一圈回到起始点后，控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对坯料表
面进行切削加工；当刀具又走完一圈再次回到起始点后，控制刀具再次向坯料的中心运动
一个切削步距，继续对坯料表面进行切削加工；所述的一个切削步距为35％的刀具直径。
5.如权利要求1所述薄壁曲面异型件数控铣削加工方法，其特征在于，步骤3中采用分层切
削的方式精加工上型面的具体过程是：
第一上型面的加工：加工时，将刀具运动至起始点A，启动三轴铣加工中心按设定的参数
开始沿薄壁曲面异形件的半成品的圆周进行切削加工；当刀具走完一圈回到起始点A后，
控制刀具向坯料的中心运动一个切削步距，继续对所述薄壁曲面异形件的半成品表面进行
切削加工；直至加工至该切削层所在的Z方向平面分别与第二上型面、第三上型面和第四
上型面所形成的相交线构成的轮廓，控制刀具沿该轮廓运动，完成第一上型面的加工；所
述的一个切削步距为10％的刀具直径；
第二上型面、第三上型面和第四上型面的加工：刀具沿坐标系Z轴的正方向和X轴的正方
向分别运动0.3mm，使刀具处于工件的9点方向的第四上型面的边缘处，对第二上型面、
第三上型面和第四上型面进行精加...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫飞宇，马延枫，宋鑫，姚蕾，曲中兴，谢勇智，刘强，陈刚，陈榕，孟继东，穆为迎，刘琦，苗金龙，赵润辉，张博，王蕾，田珍珠，张立平，张杨，白文怡，王文娟，
申请(专利权)人：西安航天动力机械厂，
类型：发明
国别省市：陕西;61