本發(fā)明涉及數(shù)控加工領(lǐng)域，特別涉及一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法。

背景技術(shù)：

1、推進(jìn)劑貯箱是運(yùn)載火箭的主承載部件，是由高比強(qiáng)度鋁合金薄板成型而成的大尺寸薄壁結(jié)構(gòu)件，其重量占火箭總重量的80％～90％，往往服役于極端工況(千噸以上發(fā)射動(dòng)載、3～6g加速度、環(huán)境溫度低于-250℃)。貯箱箱底位于火箭燃料貯箱的兩端，是貯箱的關(guān)鍵組成部分。

2、大面域球冠加工技術(shù)包括化學(xué)銑削和機(jī)械銑削兩種。化學(xué)銑削采用逐層累進(jìn)、等侵蝕比化學(xué)腐蝕加工原理，尺寸偏差大、零件余重多，加工效率低，且化學(xué)銑削工藝復(fù)雜，環(huán)境污染大。相較于化學(xué)銑削，機(jī)械銑削通過數(shù)字信號(hào)控制刀具運(yùn)動(dòng)進(jìn)行高效加工，對貯箱結(jié)構(gòu)適應(yīng)能力強(qiáng)，從而獲得較高的加工效率。

3、相對于“瓜瓣銑削數(shù)字化、組合拼焊”制造方式，整體成形貯箱箱底一般采用整體旋壓(中間冷旋+端口熱旋)方式成型，可有效減少焊縫，保持材料連續(xù)性，提高箱底的可靠性和整體力學(xué)性能。目前，整體成形箱底已逐步在運(yùn)載火箭貯箱上進(jìn)行應(yīng)用。

4、結(jié)構(gòu)一體式貯箱箱底為典型的類橢球大型薄壁結(jié)構(gòu)，具有幾何尺寸大、形狀復(fù)雜、徑厚比大、材料去除比重高等特征，加工工藝性差。按照原始設(shè)計(jì)尺寸對箱底進(jìn)行常規(guī)數(shù)控加工，由于存在裝夾誤差，型胎無法完全貼合等問題，導(dǎo)致壁厚尺寸一致性難以保證。目前一般采用鏡像銑加工技術(shù)保證箱底壁厚尺寸精度，但鏡像銑設(shè)備造價(jià)高、維護(hù)成本高，可復(fù)制性差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，實(shí)現(xiàn)了箱底的高質(zhì)量加工，通用性強(qiáng)，易復(fù)制。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，包括如下步驟：

4、步驟1：按理論廓線車削箱底內(nèi)型面；

5、步驟2：將箱底套裝在外型面銑削工裝上；

6、步驟3：采用頂緊螺栓支撐箱底內(nèi)型面；

7、步驟4：在標(biāo)準(zhǔn)型面上規(guī)劃壁厚在機(jī)測量軌跡；

8、步驟5：沿壁厚在機(jī)測量軌跡在外型面上采用銑刀加工壁厚測量基準(zhǔn)面；

9、步驟6：沿壁厚在機(jī)測量軌跡采用電磁超聲測頭在機(jī)掃描測量壁厚；

10、步驟7：根據(jù)壁厚實(shí)測數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)型面重構(gòu)箱底實(shí)際內(nèi)型面；

11、步驟8：按實(shí)際內(nèi)型面并結(jié)合箱底模型，構(gòu)造加工目標(biāo)曲面；

12、步驟9：按構(gòu)造的加工目標(biāo)曲面編程并生成加工代碼后輸入至數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行型面加工；

13、步驟10：割去工藝邊。

14、進(jìn)一步的，按理論廓線車削箱底內(nèi)型面，具體包括如下步驟：

15、步驟1.1：找正內(nèi)型面車削卡槽工裝基準(zhǔn)外圓；所述卡槽工裝為環(huán)狀工裝，且設(shè)置有圓環(huán)狀卡槽，卡槽工裝的外圓為基準(zhǔn)外圓，沿軸向設(shè)置有側(cè)向頂塊；

16、步驟1.2：將箱底毛坯大端放入卡槽工裝的卡槽中，并通過調(diào)整側(cè)向頂塊，找正箱底外型面；

17、步驟1.3：配作銷孔，并通過連接銷將箱底毛坯與卡槽工裝固定在一起；

18、步驟1.4：翻身將卡槽工裝放置在支撐工裝上，找正卡槽工裝基準(zhǔn)外圓并壓緊；

19、步驟1.5：裝夾完成后采用車刀按照內(nèi)型面理論廓線加工箱底內(nèi)型面。

20、進(jìn)一步的，所述外型面銑削工裝為半球狀結(jié)構(gòu)，底邊處設(shè)有圓環(huán)狀法蘭，半球狀結(jié)構(gòu)上沿經(jīng)緯方向設(shè)計(jì)呈點(diǎn)陣分布的頂緊螺釘安裝孔，同時(shí)在法蘭面上沿周向局部設(shè)計(jì)3處導(dǎo)向銷軸。

21、進(jìn)一步的，所述將箱底套裝在外型面銑削工裝上，具體為：整體成形箱底內(nèi)型面車削完成后，不拆除卡槽工裝，避免拆除后箱底發(fā)生變形；將箱底套裝在外型面銑削工裝上采用導(dǎo)向安裝的方式，卡槽工裝上對應(yīng)設(shè)計(jì)的導(dǎo)向孔與外型面銑削工裝上的導(dǎo)向銷軸對應(yīng)安裝，使箱底沿軸向垂直安裝，提高初始安裝型胎貼合度，避免由于安裝時(shí)存在偏斜導(dǎo)致的箱底無法安裝到位、型胎貼合度差的問題。

22、進(jìn)一步的，外型面銑削工裝的外型面上設(shè)計(jì)的頂緊螺栓安裝螺紋孔，經(jīng)線和緯線方向螺紋孔間距不大于100mm。

23、進(jìn)一步的，所述采用頂緊螺栓支撐箱底內(nèi)型面，具體為：

24、箱底安裝到位后，首先采用螺栓將卡槽工裝沿軸向壓緊，然后在外型面銑削工裝內(nèi)部采用頂緊螺釘支撐箱底內(nèi)型面，頂緊螺釘安裝時(shí)采用力矩扳手，擰緊力矩大于螺釘摩擦力矩，確保螺釘與箱底內(nèi)型面接觸起到支撐作用，然后再采用螺母固定頂緊螺釘位置，防止箱底銑削時(shí)將頂緊螺釘震松。

25、進(jìn)一步的，采用力矩扳手在銑削工裝內(nèi)部擰緊頂緊螺釘，擰緊力矩大于螺釘摩擦力矩，即擰緊力矩大于螺紋副的螺紋阻力矩，且不超過螺紋阻力距的1.1倍。

26、進(jìn)一步的，所述標(biāo)準(zhǔn)型面為箱底理論內(nèi)型面向外偏置距離a得到，其中a大于箱底最大壁厚值+2mm。

27、進(jìn)一步的，所述壁厚在機(jī)測量軌跡為標(biāo)準(zhǔn)型面沿經(jīng)線等弧長規(guī)劃出的一組圓形緯線，其中弧長間距為30-50mm。

28、進(jìn)一步的，所述沿壁厚在機(jī)測量軌跡在外型面上采用銑刀加工壁厚測量基準(zhǔn)面時(shí)，銑刀直徑大于測頭直徑，每齒切削進(jìn)給量fz≤0.1mm/z。

29、進(jìn)一步的，所述沿壁厚在機(jī)測量軌跡在外型面上采用銑刀加工壁厚測量基準(zhǔn)面時(shí)，銑刀軸線方向?yàn)樵跈C(jī)測量軌跡線上各點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)型面的法線方向。

30、進(jìn)一步的，所述電磁超聲測頭通過數(shù)據(jù)線與上位機(jī)連接，同時(shí)上位機(jī)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置與對應(yīng)實(shí)測壁厚一一對應(yīng)輸出。

31、進(jìn)一步的，所述電磁超聲測頭沿測量軌跡的掃描進(jìn)給速度根據(jù)測頭頻率決定，確保兩個(gè)測點(diǎn)間的間距小于2mm。

32、進(jìn)一步的，所述根據(jù)壁厚實(shí)測數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)型面重構(gòu)箱底實(shí)際內(nèi)型面，具體為：將標(biāo)準(zhǔn)型面測量軌跡上各點(diǎn)沿法向向內(nèi)移動(dòng)生成實(shí)際內(nèi)型面上的對應(yīng)點(diǎn)，然后通過生成的沿經(jīng)緯分布的內(nèi)型面各點(diǎn)重構(gòu)箱底內(nèi)型面，其中各點(diǎn)沿法向移動(dòng)距離為壁厚實(shí)測值。

33、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

34、(1)本發(fā)明方法采用常規(guī)五軸龍門加工設(shè)備，輔以壁厚在機(jī)測量并結(jié)合cam軟件曲面重構(gòu)功能，實(shí)現(xiàn)了箱底的高質(zhì)量加工，通用性強(qiáng)，易復(fù)制。

35、(2)本方法采用卡槽工裝并結(jié)合導(dǎo)向安裝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)箱底套裝時(shí)沿垂直方向裝入并壓緊，大大提高箱底的安裝到位程度，進(jìn)而提高箱底的初始貼合度。

36、(3)本發(fā)明方法采用外型面銑削型胎工裝，通過呈點(diǎn)陣式分布的頂緊螺栓從內(nèi)部支撐箱底內(nèi)型面，消除貼合間隙的同時(shí)提高了加工剛性及剛性一致性，避免局部型胎不貼合導(dǎo)致的剛度不一致而引起的壁厚不一致，同時(shí)提高了加工效率。

技術(shù)特征：

1.一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：按理論廓線車削箱底內(nèi)型面，具體包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述外型面銑削工裝為半球狀結(jié)構(gòu)，底邊處設(shè)有圓環(huán)狀法蘭，半球狀結(jié)構(gòu)上沿經(jīng)緯方向設(shè)計(jì)呈點(diǎn)陣分布的頂緊螺釘安裝孔，同時(shí)在法蘭面上沿周向局部設(shè)計(jì)3處導(dǎo)向銷軸。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述將箱底套裝在外型面銑削工裝上，具體為：整體成形箱底內(nèi)型面車削完成后，不拆除卡槽工裝，避免拆除后箱底發(fā)生變形；將箱底套裝在外型面銑削工裝上采用導(dǎo)向安裝的方式，卡槽工裝上對應(yīng)設(shè)計(jì)的導(dǎo)向孔與外型面銑削工裝上的導(dǎo)向銷軸對應(yīng)安裝，使箱底沿軸向垂直安裝，提高初始安裝型胎貼合度，避免由于安裝時(shí)存在偏斜導(dǎo)致的箱底無法安裝到位、型胎貼合度差的問題。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：外型面銑削工裝的外型面上設(shè)計(jì)的頂緊螺栓安裝螺紋孔，經(jīng)線和緯線方向螺紋孔間距不大于100mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述采用頂緊螺栓支撐箱底內(nèi)型面，具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：采用力矩扳手在銑削工裝內(nèi)部擰緊頂緊螺釘，擰緊力矩大于螺釘摩擦力矩，即擰緊力矩大于螺紋副的螺紋阻力矩，且不超過螺紋阻力距的1.1倍。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述標(biāo)準(zhǔn)型面為箱底理論內(nèi)型面向外偏置距離a得到，其中a大于箱底最大壁厚值+2mm。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述壁厚在機(jī)測量軌跡為標(biāo)準(zhǔn)型面沿經(jīng)線等弧長規(guī)劃出的一組圓形緯線，其中弧長間距為30-50mm。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述沿壁厚在機(jī)測量軌跡在外型面上采用銑刀加工壁厚測量基準(zhǔn)面時(shí)，銑刀直徑大于測頭直徑，每齒切削進(jìn)給量fz≤0.1mm/z。

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述沿壁厚在機(jī)測量軌跡在外型面上采用銑刀加工壁厚測量基準(zhǔn)面時(shí)，銑刀軸線方向?yàn)樵跈C(jī)測量軌跡線上各點(diǎn)在標(biāo)準(zhǔn)型面的法線方向。

12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述電磁超聲測頭通過數(shù)據(jù)線與上位機(jī)連接，同時(shí)上位機(jī)與機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)床主軸實(shí)時(shí)坐標(biāo)位置與對應(yīng)實(shí)測壁厚一一對應(yīng)輸出。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述電磁超聲測頭沿測量軌跡的掃描進(jìn)給速度根據(jù)測頭頻率決定，確保兩個(gè)測點(diǎn)間的間距小于2mm。

14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，其特征在于：所述根據(jù)壁厚實(shí)測數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)型面重構(gòu)箱底實(shí)際內(nèi)型面，具體為：將標(biāo)準(zhǔn)型面測量軌跡上各點(diǎn)沿法向向內(nèi)移動(dòng)生成實(shí)際內(nèi)型面上的對應(yīng)點(diǎn)，然后通過生成的沿經(jīng)緯分布的內(nèi)型面各點(diǎn)重構(gòu)箱底內(nèi)型面，其中各點(diǎn)沿法向移動(dòng)距離為壁厚實(shí)測值。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種運(yùn)載火箭貯箱整體成形箱底的數(shù)控加工方法，包括：按理論廓線車削箱底內(nèi)型面；將箱底套裝在外型面銑削工裝上；采用頂緊螺栓支撐箱底內(nèi)型面；在標(biāo)準(zhǔn)型面上規(guī)劃壁厚在機(jī)測量軌跡；沿測量軌跡在外型面上采用銑刀加工壁厚測量基準(zhǔn)面；沿測量軌跡采用電磁超聲測頭在機(jī)掃描測量壁厚；根據(jù)壁厚實(shí)測數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)型面重構(gòu)箱底實(shí)際內(nèi)型面；按實(shí)際內(nèi)型面并結(jié)合箱底模型，通過CAM軟件偏置裁剪構(gòu)造加工目標(biāo)曲面；進(jìn)行型面加工，割去工藝邊。本發(fā)明數(shù)控加工方法通過采用常規(guī)五軸龍門加工設(shè)備，輔以壁厚在機(jī)測量并結(jié)合CAM軟件曲面重構(gòu)功能，解決了箱底壁厚尺寸難保證的問題，實(shí)現(xiàn)了箱底的高質(zhì)量加工，是一種通用性強(qiáng)，易復(fù)制的箱底加工方法。

技術(shù)研發(fā)人員：張永升,林飛鴻,楊學(xué)勤,于謀雨,趙淘,劉海波,郭國強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海航天精密機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10