專利名稱：薄壁異型鈦合金零件加工方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種薄壁異型鈦合金零件的加工方法。
背景技術(shù)：
因?yàn)榫哂兄亓枯p、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門。而鈦合金作為比強(qiáng)度高的材料，成為薄壁零件的材料選擇。而鈦合金材料其切削力大、熱導(dǎo)率低、加工硬化現(xiàn)象嚴(yán)重；薄壁零件剛性差、強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，不易 保證零件的加工質(zhì)量。這些獨(dú)特性能決定了機(jī)械加工在刀具、參數(shù)選擇、工藝裝備設(shè)計(jì)等方面必須進(jìn)行優(yōu)化選擇。目前薄壁艙體零件的加工裝夾方式較多，裝夾位置一般集中于端框加強(qiáng)框等剛性較強(qiáng)的部位，但還是會(huì)導(dǎo)致零件的夾持變形，剛性差。鈦合金薄壁零件加工過程中易發(fā)生刀具零件設(shè)備整體顫振，影響加工精度。由于鈦合金材料的切削力大，刀具的消耗也比較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)方案是為了克服薄壁鈦合金零件加工過程中剛性差，易變形的問題。提供一種薄壁異性鈦合金零件加工方法，采用能內(nèi)外夾持的裝夾工裝，消除夾持變形。本發(fā)明的技術(shù)方案一種薄壁異型鈦合金鑄造艙體的加工方法，該方法采用剛度加強(qiáng)工裝內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，零件置于剛度加強(qiáng)工裝的底座上，零件的加工部位采用剛度加強(qiáng)工裝的外對頂式裝夾進(jìn)行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強(qiáng)工裝的主梁作為傳力裝置。所述剛度加強(qiáng)工裝的主梁為多爪式。所述加工方法還采用整體顫振穩(wěn)定域分析方法選取切削參數(shù)。所述整體是指機(jī)床、刀具、零件和剛度加強(qiáng)工裝為一個(gè)整體。所述整體顫振穩(wěn)定域分析方法是通過測試整體的顫振頻率曲線，在顫振曲線的下方區(qū)域選取切削參數(shù)的方法，該方法可以克服加工過程中的顫振問題。所述加工方法采用刀具底平面仿形的方法進(jìn)行零件的加工。所述刀具底平面仿形方法是采用CAM軟件建立模型，生成切削路徑，然后使用底平面仿形的切削方式進(jìn)行零件加工。所述加工方法采用圓形鑲齒刀具作為切削刃。所述加工方法通過切削深度控制圓形鑲齒刀具的主偏角的變化，進(jìn)行零件加工。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明以增強(qiáng)被加工零件的剛性為目的，設(shè)計(jì)剛度加強(qiáng)工裝來加強(qiáng)支撐，增強(qiáng)零件的本體剛性。對于鈦合金的加工參數(shù)選用，采用基于刀具零件設(shè)備整體顫振穩(wěn)定域分析的選用方式，選取合適的切削參數(shù)，對于切削零件的外形成型方法，選用刀具底平面仿形的方式進(jìn)行，切削刀具選用圓形鑲齒刀具，提高刀具的強(qiáng)度，通過切削深度控制切削角度，減少切削力與切削熱。由于本發(fā)明所設(shè)計(jì)的加工方法通過增強(qiáng)工藝裝備的設(shè)計(jì)、裝夾方式、刀具及切削參數(shù)的選用、加工方式的調(diào)整有效解決了薄壁異型鈦合金零件加工過程中的顫振問題，可加工異型鈦合金零件壁厚3mm,材料去除率達(dá)到60cm~3/min。


圖I是剛度加強(qiáng)工裝裝夾零件后的示意圖；圖2是切削參數(shù)選擇顫振模擬圖；
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的方法。一種薄壁異型鈦合金零件的加工方法，采用剛度加強(qiáng)工裝內(nèi)外對頂式裝夾，基于刀具零件設(shè)備整體顫振穩(wěn)定域分析的參數(shù)選用方式，底面仿形的加工方式，刀具選用圓形刀片；該方法具體步驟如下第一步設(shè)計(jì)剛度增強(qiáng)工裝增強(qiáng)零件的剛性，根據(jù)零件I的內(nèi)部情況，采用剛度加強(qiáng)工裝2內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，將零件I和剛度加強(qiáng)工裝2有效的連接成一個(gè)剛性主體；裝夾過程中采用內(nèi)外對頂式裝夾的方式抵消零件的夾持變形；其中，零件I置于剛度加強(qiáng)工裝2的底座23上，零件的加工部位采用剛度加強(qiáng)工裝2的外對頂式裝夾22進(jìn)行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強(qiáng)工裝2的主梁21作為傳力裝置。第二步將機(jī)床、刀具、零件I和剛度加強(qiáng)工裝2作為一個(gè)整體進(jìn)行顫振分析，測試整體的顫振頻率曲線，在顫振曲線的下方區(qū)域選取切削參數(shù)，根據(jù)顫振仿真情況，選取合理的切削參數(shù)；第三步利用CAM軟件建立模型，選用刀具底平面仿形的方式，進(jìn)行切削路徑生成，利用底平面仿形的切削方式完成零件的加工；第四步利用圓形刀片作為切削刃，通過切削深度控制主偏角的變化，完成零件的加工。工作原理本發(fā)明為一種薄壁異型鈦合金零件的加工方法，通過增強(qiáng)工藝裝備的設(shè)計(jì)、裝夾方式、刀具及切削參數(shù)的選用、加工方式的調(diào)整解決薄壁異型鈦合金鑄造艙體加工過程中的顫振問題。本發(fā)明的加工方法，其技術(shù)方案是剛度加強(qiáng)工裝采用三個(gè)主梁21作為主要傳力裝置，在加工部位采用外對頂式裝夾22，底部采用底座23作為主要承力裝置。首先根據(jù)零件的特點(diǎn)設(shè)計(jì)剛性加強(qiáng)工藝裝備，考慮體積與重量兩方面因素，確定剛度加強(qiáng)工裝2的主梁21尺寸，主梁21為剛性增強(qiáng)的根本結(jié)構(gòu)，成為整個(gè)工藝系統(tǒng)剛性的主要結(jié)構(gòu)；根據(jù)零件的內(nèi)形特點(diǎn)設(shè)計(jì)支撐爪結(jié)構(gòu)，使零件I的蒙皮受力有效傳遞到主梁21，使零件I與剛度加強(qiáng)工裝2形成一個(gè)剛性主體，如圖I所示。選擇合理的夾持點(diǎn)，使零件的內(nèi)外夾持力作用于同一點(diǎn)，抵消了裝夾力產(chǎn)生的零件夾持變形。利用顫振分析軟件將機(jī)床、剛度加強(qiáng)工裝2、零件
I、刀具作為一個(gè)整體進(jìn)行顫振分析，在分析的基礎(chǔ)上選取切削參數(shù)，本次選取參數(shù)的目的是為了避開工藝系統(tǒng)的振動(dòng)頻率，從而避免加工過程中的顫振現(xiàn)象，切削參數(shù)選擇顫振模擬圖見圖2。通過CAM軟件，采用平底鑲齒刀具采用底面加工仿形的方式進(jìn)行零件外形的仿形加工，采用該種切削方式，可有效地減少切削過程中的切削力，改善零件加工過程中的受力情況，使零件的切削受力主要集中于平行于外平面的方向，減少垂直于零件I的切削力，有效避免零件加工過程中對薄壁區(qū)域的垂直沖擊，避免顫振現(xiàn)象的發(fā)生。圓形刀片具有強(qiáng)壯的切削刃，通過改變切深，控制合理的主偏角，為均勻分配切削刃上的載荷，采用坡走刀的方式進(jìn)行切削?？刂凭鶆虻霓D(zhuǎn)角切削速度，維持均勻的切削載荷。上述的方法并不是限定本發(fā)明要按上述步驟進(jìn)行，而是可以根據(jù)實(shí)際加工的零件在采用剛度加強(qiáng)工裝的基礎(chǔ)上，任意選用上述步驟進(jìn)行加工。具體實(shí)例 試驗(yàn)加工的零件為航天鈦合金薄壁零件，使用北京航空航天大學(xué)的OPTI⑶T軟件進(jìn)行切削參數(shù)選用，利用UG軟件進(jìn)行CAM程序設(shè)計(jì)及工藝裝備設(shè)計(jì)，使用西班牙生產(chǎn)的KPU4000作為加工設(shè)備，刀具規(guī)格20mm，切深1mm，切寬12mm，轉(zhuǎn)速900r/min，進(jìn)給400mm/min。零件I結(jié)構(gòu)為鑄造艙體。主要工藝設(shè)計(jì)過程如下設(shè)計(jì)剛度加強(qiáng)工裝如圖I所示，根據(jù)零件I尺寸調(diào)整裝夾部位。利用CAM軟件生成平底刀底面仿形加工程序，利用顫振分析軟件進(jìn)行顫證分析如圖2所示，選用圓形鑲齒刀具，其刀具的刀片圓形刀片進(jìn)行零件的切削加工，加工后零件壁厚3mm ο利用上述加工方法加工后的零件，外形尺寸公差O. 1mm，表面粗糙度I. 6，加工過程中未發(fā)生顫振現(xiàn)象。本發(fā)明提出了薄壁異型鈦合金零件的加工新方法，改善了薄壁異型鈦合金零件加工過程中的顫振問題，提高了加工質(zhì)量，降低了加工成本，提高了加工效率。本智力成果運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生很大的經(jīng)濟(jì)效益，具有很強(qiáng)的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，采用剛度加強(qiáng)工裝內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，零件置于剛度加強(qiáng)工裝的底座上，零件的加工部位采用剛度加強(qiáng)工裝的外對頂式裝夾進(jìn)行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強(qiáng)工裝的主梁作為傳力裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述剛度加強(qiáng)工裝的主梁為多爪式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述加工方法還采用整體顫振穩(wěn)定域分析方法選取切削參數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述整體是指機(jī)床、刀具、零件和剛度加強(qiáng)工裝為一個(gè)整體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述整體顫振穩(wěn)定域分析方法是通過測試整體的顫振頻率曲線，在顫振曲線的下方區(qū)域選取切削參數(shù)的方法。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述加工方法采用刀具底平面仿形的方法進(jìn)行零件的加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述刀具底平面仿形方法是采用CAM軟件建立模型，生成切削路徑，然后使用底平面仿形的切削方式進(jìn)行零件加工。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述加工方法采用圓形鑲齒刀具作為切削刃。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的薄壁異型鈦合金零件的加工方法，其特征在于，所述加工方法通過切削深度控制圓形鑲齒刀具的主偏角的變化，進(jìn)行零件加工。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種薄壁異型鈦合金零件加工方法，采用剛度加強(qiáng)工裝內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，零件置于剛度加強(qiáng)工裝的底座上，零件的加工部位采用剛度加強(qiáng)工裝的外對頂式裝夾進(jìn)行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強(qiáng)工裝的主梁作為傳力裝置。本發(fā)明的方法以增強(qiáng)被加工零件的剛性為目的，設(shè)計(jì)剛度加強(qiáng)工裝來加強(qiáng)支撐，增強(qiáng)零件的本體剛性。對于鈦合金的加工參數(shù)選用，采用基于刀具零件設(shè)備整體顫振穩(wěn)定域分析的選用方式，選取合適的切削參數(shù)，對于切削零件的外形成型方法，選用刀具底平面仿形的方式進(jìn)行，切削刀具選用圓形鑲齒刀具，提高刀具的強(qiáng)度，通過切削深度控制切削角度，減少切削力與切削熱。
文檔編號B23Q3/00GK102909573SQ20121039017
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者尹峰, 劉萍, 谷延明, 張素敏, 戴天方, 楊峰 申請人:北京航星機(jī)器制造公司