直筒薄壁复杂壳体一键式数控铣加工方法与流程

本发明涉及直筒薄壁复杂壳体一键式数控铣加工方法，属于数控机械加工技术领域。

背景技术：
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直筒薄壁复杂壳体是指外形尺寸为Φ400mm～Φ700mm，壁厚尺寸为Φ2mm～Φ5mm的零件，目前此类零件的外形数控铣加工流程如图1所示。

随着武器小型化、轻质化进程的推进，为了满足整体减重和狭窄空间装配需求，壳体结构设计越来越复杂，壳体壁厚越来越薄，精度要求越来越高。

针对上述情况，直筒薄壁复杂壳体铣外形加工工艺存在以下问题：

(1)加工过程中手工操作较多，操作者劳动强度大；

(2)产品原点设置、尺寸测量过程完全依赖操作者工作经验和技能水平，质量不稳定；

(3)壳体精度要求高，加工变形大，尺寸不易保证，加工过程中需要多次测量尺寸、修改程序，反复的手工操作导致生产效率低下，产品可靠性差。

技术实现要素：
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本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供直筒薄壁复杂壳体一键式数控铣加工方法，最大限度的减少了手工操作，提高铣加工自动化程度；改进测量手段和零件装夹方式，提高零件生产加工的可靠性和稳定性。

本发明的技术解决方案是：直筒薄壁复杂壳体一键式数控铣加工方法，包括以下步骤：

(1)在机床上安装测头、吹气工具和加工刀具；

(2)将待加工的直筒薄壁复杂壳体通过夹具固定在机床回转工作台上，所述夹具从上下端面对壳体进行夹持；

(3)采用百分表打表的方式找正壳体回转中心，找正回转中心时将夹具夹紧，固定好壳体；

(4)找正回转中心后调取测头，利用测头触发壳体上的圆孔，找到该圆孔的中心，通过圆孔中心的角度确定壳体圆周方向的原点，所述圆孔用于安装飞行器的舵轴；

(5)控制机床顺序执行以下铣加工工作：

(5.1)对壳体进行粗加工；

(5.2)利用吹气工具对每个加工位置进行清理，调用测头测量每个加工位置的实际尺寸；

(5.3)根据各个加工位置的实际尺寸和理论尺寸进行判定，当实际尺寸与理论尺寸不一致时，对相应加工位置进行精加工；

(6)加工完毕卸下零件。

所述夹具包括夹具底座、盖板、螺栓、螺母以及垫片，夹具底座、盖板用于夹持壳体，盖板的外径大于壳体上端面内孔直径且小于外缘直径，螺栓穿过夹具底座和盖板，并通过螺母固定在夹具底座和盖板上，且螺母与夹具底座之间以及螺母与盖板之间设置有垫片。

所述吹气工具包括不锈钢管、刀柄、拉钉组成，不锈钢管插入刀柄夹持刀具端，拉钉为内冷拉钉，插入刀柄末端，用于与机床主轴连接，所述刀柄为与机床接口相配合的夹罐式铣刀刀柄，机床内部的低压气能够经机床主轴和吹气工具吹出。

在对壳体进行粗加工之前，控制机床执行如下加工状态检测程序：

①检查刀具使用寿命情况，结合检查结果判断是否需要更换刀具；

②检查机床状态，若检查结果操作面板出现报警时，根据报警信息修改参数；

③检查壳体状态，若检查结果操作面板出现报警时，根据报警信息校正壳体找正状态。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)本发明通过程序控制机床顺序执行铣加工操作，在位置清理、尺寸测量和加工状态检测方面，代替人工手工操作，实现直筒薄壁复杂壳体零件外形铣加工的一键式操作，最大限度的减少了手工操作，提高零件生产加工的可靠性和稳定性。

(2)本发明为壳体设计了夹具，提高零件装夹刚性，防止直筒薄壁复杂壳体加工过程中出现变形，实现产品加工稳定及质量稳定。

(3)本发明的吹气工具与机床主轴连接，通过程序控制机床中的低压气通过不锈钢管吹出，有效利用了机床中的低压气，实现了加工位置的自动清理，增强了加工位置测量的准确性。

(4)本发明为机床增加了测头，能够通过程序自动确定壳体原点和测量加工位置尺寸，提高了生产效率和产品可靠性。

附图说明：

图1为传统铣加工方法的工艺流程图；

图2为本发明方法的铣加工方法流程图；

图3为夹具对壳体装夹状态示意图；

图4为吹气工具示意图。

具体实施方式：

本发明方法如图2所示，具体加工步骤如下：

(1)安装壳体

将待加工的直筒薄壁复杂壳体通过夹具固定在机床回转工作台上，具体方式为：先将夹具底座1固定在机床回转工作台上，然后将待加工的直筒薄壁复杂壳体2放置在夹具底座1上，最后将盖板3放置在零件2上。盖板3与零件2及夹具底座1用螺栓4、螺母5连接(留有少量活动余地)。同时在螺母5和夹具底座1以及螺母5和盖板3之间设置垫片6。夹具对壳体装夹状态示意图如图3所示。

(2)找正壳体回转中心

采用百分表打表的方式找正零件回转中心，找正中心时零件圆周方向对称位置公差控制在0～0.05mm，以提高加工精度，找正后将螺母5拧紧，固定好壳体2。

(3)原点设置

从机床刀库里调取测头，通过测头触发壳体2圆周方向特征部位(用于安装飞行器舵轴的圆孔)，找到该圆孔的中心，通过圆孔中心的角度确定壳体圆周方向的原点B0，原点B0与圆孔中心的角度相差45度。

(4)向机床输入控制程序，使得按下机床加工键时，机床顺序执行以下加工工作：

(4.1)执行检测程序

①检查刀具使用寿命情况，结合程序检查结果(使用次数的统计值)选择是否需要更换刀具，如设定寿命为100次，超出则应该更换刀具，否则引起超差，影响加工质量。

②检查机床状态，若检查结果操作面板出现报警时，根据报警信息修改参数，如机床坐标系发生变差，则修正坐标系。

③检查壳体状态，若检查结果操作面板出现报警时，根据报警信息校正壳体找正状态。

(5)执行加工程序

①利用不同的刀具对不同的位置进行粗余量加工，粗加工后的尺寸与理论尺寸相差0.1‐0.5mm，优选0.3mm。

②采用吹气工具进行加工位置的清理。吹气工具如图4所示，包括φ6不锈钢管7、刀柄8、拉钉9，不锈钢管7插入刀柄8夹持刀具端，拉钉9为内冷拉钉，插入刀柄8末端，用于与机床主轴连接。机床低压气由机床内部通过内冷拉钉9、刀柄8和φ6不锈钢管7传出吹到要加工的壳体上。刀柄8为与机床接口相配合的普通夹罐式铣刀刀柄。简易吹气工具可放入刀库同刀具一同管理；

③调用测头测量每个加工位置的实际尺寸，将测量数据输出到机床寄存器中；

④根据各个加工位置的实际尺寸和理论尺寸进行判定，当实际尺寸与理论尺寸不一致时，对相应加工位置进行精加工。

(6)加工完毕卸下零件。

利用本发明方法，在铣外形加工过程中，依靠操作者技能水平和工作经验的工作流程只有安装零件和找正回转中心两个步骤，后续工作均采用机床自动完成，实现了直筒薄壁复杂壳体零件外形铣加工的一键式操作。该方法提高了铣外形工序的加工自动化程度，降低了劳动强度，提高了生产效率和质量可靠性。

以加工直径为φ420mm，壳体壁厚尺寸为4mm的直筒薄壁复杂壳体产品，在卧式加工中心上进行铣外形加工为例，利用本发明方法后，铣外形加工效率比原工艺提高40％。同时，产品质量不合格率降低50％。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。