一种大跨度槽腔的高速铣削加工方法与流程

本发明涉及领域，具体的说，是一种大跨度槽腔的高速铣削加工方法。

背景技术：

很多飞机结构件都具有大跨度槽腔的特征结构，由于零件槽腔较大，零件的筋条和腹板跨度很大。若筋条跨度大于500mm，筋条高度h与筋条厚度t的比值达到20及以上，此类筋条的刚性相对较差。在高速数控铣削加工过程中，机床主轴转速高达30000转/分，较高的主轴转速带来较高的加工效率同时，也增加了加工过程中的振动风险。在高速数控铣削加工大跨度槽腔时，若不在工艺方法上进行改进，很难稳定零件的加工过程，并难以获得质量合格的零件实物。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种能够增加零件的刚性、有利于在加工过程中防止零件变形、提高零件加工质量的大跨度槽腔的高速铣削加工方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种大跨度槽腔的高速铣削加工方法，用于对大跨度槽腔的腹板和设置在腹板四周的筋条进行铣削加工，在腹板与至少一个筋条之间设置至少一个连接腹板与筋条的工艺支撑筋以提高腹板和筋条的刚性；绕过工艺支撑筋加工腹板和筋条上其他表面之后，对工艺支撑筋进行定摆角行切。本方案通过设置工艺支撑筋能够增加腹板和筋条的刚性，从而增加腹板和筋条在被铣削时的抗变形能力，以此能够提高腹板和筋条的加工精度。通过设置工艺支撑筋还能够避免在加工腹板和筋条的时候预留大的加工余量，从而有利于简化工艺步骤，缩短工艺时间并提高加工效率。使用定摆角行切能够在清除工艺支撑筋的时候避免刀具对已加工的表面造成破坏，从而有利于保证加工精度。并且有利于实现一次性清除大面积的工艺支撑筋，从而减少工艺步骤并缩短工艺时间。

包括以下几个步骤：

步骤s1：对腹板进行粗铣，在粗铣之后进行精铣，铣削的时候使铣削用的刀具绕过工艺支撑筋；

步骤s2：对设置有工艺支撑筋的筋条进行精铣，精铣的时候使精铣用的刀具绕过工艺支撑筋；

步骤s3：使用定摆角行切的工艺方法铣掉工艺支撑筋；

步骤s4：对工艺支撑筋的残留进行精加工以完全清除工艺支撑筋。

所述的步骤s3中，定摆角行切指的是使铣削所用刀具的刀轴相对于筋条偏转，利用偏转后的刀具采用行切的切削方式进行铣削。以此在行切的过程中，仅刀具底角参与切削，刀具的切削刃与已加工的零件表面不接触，从而使得加工过程更加平稳，有利于减小加工过程中产生的振动，从而有利于提高表面加工质量。

所述的铣削所用刀具的刀轴相对于筋条偏转1~3°。以此避免产生较大的残留，从而使得后续对工艺支撑筋残留的清理更加方便。

所述的步骤s4中，使对工艺支撑筋的残留进行精加工的刀具刀轴垂直于腹板，并使该刀具与筋条的距离为0.02mm。以此有利于避免刀具接触到已加工的表面而引起振动，便于防止已加工的表面精度被破坏。

所述的工艺支撑筋为楔形。将工艺支撑筋设计为楔形能够起到良好的加工减振性，避免清除工艺支撑筋时，因为工艺支撑筋的余量较多而增加工艺步骤或导致工艺时间长。

所述的工艺支撑筋沿筋条长度方向的长度尺寸为工艺支撑筋与腹板接触部分长度的二分之一；工艺支撑筋与筋条接触处的最大厚度为定摆角行切刀具直径与刀具底角半径之差再减二；工艺支撑筋与腹板接触处的最小厚度为2~3mm。以此能够实现一次性铣掉工艺支撑筋，避免重复铣削而导致工艺步骤和工艺时间增加，从而有利于提高加工效率。

所述的工艺支撑筋为楔形。

所述的工艺支撑筋与筋条之间、工艺支撑筋与腹板之间分别设置有圆角。以此有利于避免出现应力集中的现象，防止筋条或腹板在应力的作用下发生变形或损坏。

所述的工艺支撑筋将筋条的长度等分。以此有利于保持筋条和腹板各处的刚性均匀，避免筋条或腹板出现局部变形的现象。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

本发明能够增加腹板和筋条的刚性，从而增加腹板和筋条在被铣削时的抗变形能力，以此能够提高腹板和筋条的加工精度，还能够避免因为预留较大的加工余量而增加工艺步骤和工艺时间，从而起到简化工艺步骤、缩短工艺时间、提高加工效率的作用。

附图说明

图1为大跨度槽腔的结构示意图；

图2为图1中的a向剖视图；

图3为实施例6的结构示意图；

图4为实施例7的结构示意图；

图5为实施例9的结构示意图；

其中1—腹板，2—筋条，3—工艺支撑筋。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1、图2所示，本实施例中，一种大跨度槽腔的高速铣削加工方法，用于对大跨度槽腔的腹板1和设置在腹板1四周的筋条2进行铣削加工。当筋条2或腹板1的跨度较大时，筋条2或腹板1就属于薄板件的范畴，使得其强度较差。在对筋条2或腹板1进行铣削加工时，在加工的过程中刀具会对筋条2或腹板1施加垂直于刀具走向的力，从而使筋条2或腹板1有弯曲的趋势，由于筋条2或腹板1本身的强度较差，对使之变形的力的抵抗很差，从而使得在加工的过程中筋条2或腹板1就容易发生弯曲从而使得加工精度变差以及加工后的表面平面度变差。现有技术条件下加工筋条2或腹板1时，还需要留较大的加工余量，从而使得对筋条2或腹板1加工的工艺步骤较多、工艺时间较长，导致加工效率不高。

本方案通过在腹板1与至少一个筋条2之间设置至少一个连接腹板1与筋条2的工艺支撑筋3以提高腹板1和筋条2的刚性，从而增加腹板1和筋条2抵抗变形的能力，以此就有利于提高腹板1或筋条2的加工精度。设置工艺支撑筋3之后，在铣削时，先使刀具绕过工艺支撑筋3加工腹板1和筋条2上其他表面之后达到所需的表面精度。再对工艺支撑筋3进行定摆角行切。以此在腹板1或筋条2保留较好的刚性时进行铣削加工，从而保证腹板1或筋条2的加工质量，最后铣削掉工艺支撑筋3，由于工艺支撑筋3的尺寸相较于腹板1或筋条2的尺寸较小，所以铣削掉工艺支撑筋3的时候，不会使腹板1或筋条2受到较大的压力，从而能够保证腹板1或筋条2加工后已有的精度。通过设置工艺支撑筋3还能够避免在加工腹板1和筋条2的时候预留大的加工余量，从而有利于简化工艺步骤，缩短工艺时间并提高加工效率。

本实施例中，所述的工艺支撑筋3采用加工预留或铸造的方式进行设置，并与腹板1和筋条2连接形成整体，以此通过设置工艺支撑筋3能够增加腹板1和筋条2的强度。

实施例2：

在上述实施例的基础上，本实施例中，一种大跨度槽腔的高速铣削加工方法主要包括以下几个步骤：

步骤s1：对设置有工艺支撑筋3的大跨度槽腔进行高速铣削加工时，对腹板1进行粗铣，在粗铣之后进行精铣，铣削的时候使铣削用的刀具绕过工艺支撑筋3。

步骤s2：对设置有工艺支撑筋3的筋条2进行精铣，精铣的时候使精铣用的刀具绕过工艺支撑筋3。

步骤s3：使用定摆角行切的工艺方法铣掉工艺支撑筋3，所述的定摆角行切指的是使铣削所用刀具的刀轴相对于筋条2偏转，利用偏转后的刀具采用行切的切削方式进行铣削。使用定摆角行切时，在行切的过程中，仅刀具底角参与切削，刀具的切削刃与已加工的零件表面不接触，从而使得加工过程更加平稳，有利于减小加工过程中产生的振动，从而有利于提高表面加工质量。

步骤s4：对工艺支撑筋3的残留进行精加工以完全清除工艺支撑筋3。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例3：

在实施例2的基础上，本实施例中，所述的铣削所用刀具的刀轴相对于筋条2偏转1~3°。以此避免工艺支撑筋3产生较大的残留，从而使得后续对工艺支撑筋残留的清理更加方便。本实施例中，具有使刀具的刀轴相对于筋条2偏转2°。若角度更小，会增加刀具与已加工表面接触的风险，若角度更大会导致工艺支撑筋3的残留更多。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例4：

在实施例2或实施例3的基础上，本实施例中，所述的步骤s4中，使对工艺支撑筋3的残留进行精加工的刀具刀轴垂直于腹板1，并使该刀具与筋条2的距离为0.02mm。以此有利于避免刀具接触到已加工的表面而引起振动，便于防止已加工的表面精度被破坏。0.02mm的距离在误差允许范围内。对工艺支撑筋3的残留进行精加工之后即可满足使用要求。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例5：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的工艺支撑筋3为楔形。将工艺支撑筋3设计为楔形能够起到良好的加工减振性，避免清除工艺支撑筋时，因为工艺支撑筋的余量较多而增加工艺步骤或导致工艺时间长。工艺支撑筋3的尺寸越小，清除工艺支撑筋3的时候，因为铣削与刀具接触时，筋条2或腹板1受到的压力就越小，从而由于铣削而导致的变形就越小，以此有利于保证筋条2或腹板1的加工质量。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例6：

如图3所示，在实施例5的基础上，本实施例中，所述的工艺支撑筋3沿筋条2长度方向的长度尺寸l为工艺支撑筋3与腹板1接触部分h长度的二分之一。工艺支撑筋3与筋条2接触处的最大厚度b为定摆角行切刀具直径与刀具底角半径之差再减二。工艺支撑筋3与腹板1接触处的最小厚度a为2~3mm。使工艺支撑筋3与筋条2接触处的最大厚度b为定摆角行切刀具直径与刀具底角半径之差再减二，有利于实现一次性铣削就铣掉工艺支撑筋3，从而避免增加工艺步骤，降低因为多次铣削而导致筋条2或腹板1发生弯曲变形的风险。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例7：

如图4所示，在实施例5或实施例6的基础上，本实施例中，所述的工艺支撑筋3与筋条2之间、工艺支撑筋3与腹板1之间分别设置有圆角。以此有利于避免出现应力集中的现象，防止筋条2或腹板1在应力的作用下发生变形或损坏。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例8：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的工艺支撑筋3将筋条2的长度等分。以此有利于保持筋条和腹板各处的刚性均匀，避免筋条或腹板出现局部变形的现象。例如，当只有一个工艺支撑筋3的时候，工艺支撑筋3设置在筋条2的中间位置。当有两个工艺支撑筋3的时候，工艺支撑筋3设置在筋条2的三分之一处和三分之二处的位置。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例9：

如图5所示，在实施例1的基础上，本实施例中，当腹板1的长宽尺寸跨度都较大时，腹板1的面积较大，当对腹板1进行铣削加工时，腹板1的几何中心处刚性最差，有几何中心向外扩展的刚性逐渐加强，所以腹板1的几何中心在铣削加工时最易出现弯曲变形，从而影响腹板1的加工质量，本实施例中，通过在腹板1上设置若干个工艺支撑筋3以提高腹板1的刚性，从而提高腹板1抵抗变形的能力，所述的工艺支撑筋3采用三棱柱形、四棱柱形、三棱锥形、四棱锥形、圆锥形、半球形中的一种或多种，在对腹板1其他表面精加工之后，再去除工艺支撑筋3。所述的工艺支撑筋3有限采用均匀分布的方式设置在腹板1上。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

实施例10：

在上述实施例的基础上，本实施例中，所述的腹板1的两侧均设置有工艺支撑筋3，从而保证在对腹板1的两侧面进行铣削时腹板1的两侧面具有足够的刚性抵抗弯曲变形。本实施例中，其他未描述的部分与上述实施例的内容相同，故不赘述。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。