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)：
因為具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，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)象嚴重；薄壁零件剛性差、強度弱，在加工中極容易變形，不易 保證零件的加工質(zhì)量。這些獨特性能決定了機械加工在刀具、參數(shù)選擇、工藝裝備設(shè)計等方面必須進行優(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框等剛性較強的部位，但還是會導(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工裝內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，零件置于剛度加強工裝的底座上，零件的加工部位采用剛度加強工裝的外對頂式裝夾進行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強工裝的主梁作為傳力裝置。所述剛度加強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)。所述整體是指機床、刀具、零件和剛度加強工裝為一個整體。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，進行零件加工。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明以增強被加工零件的剛性為目的，設(shè)計剛度加強工裝來加強支撐，增強零件的本體剛性。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行，切削刀具選用圓形鑲齒刀具，提高刀具的強度，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)計的加工方法通過增強工藝裝備的設(shè)計、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,材料去除率達到60cm~3/min。


圖I是剛度加強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；
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細說明本發(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)計剛度增強工裝增強零件的剛性，根據(jù)零件I的內(nèi)部情況，采用剛度加強工裝2內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，將零件I和剛度加強工裝2有效的連接成一個剛性主體；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置于剛度加強工裝2的底座23上，零件的加工部位采用剛度加強工裝2的外對頂式裝夾22進行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強工裝2的主梁21作為傳力裝置。第二步將機床、刀具、零件I和剛度加強工裝2作為一個整體進行顫振分析，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，通過增強工藝裝備的設(shè)計、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)方案是剛度加強工裝采用三個主梁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)零件的特點設(shè)計剛性加強工藝裝備，考慮體積與重量兩方面因素，確定剛度加強工裝2的主梁21尺寸，主梁21為剛性增強的根本結(jié)構(gòu)，成為整個工藝系統(tǒng)剛性的主要結(jié)構(gòu)；根據(jù)零件的內(nèi)形特點設(shè)計支撐爪結(jié)構(gòu)，使零件I的蒙皮受力有效傳遞到主梁21，使零件I與剛度加強工裝2形成一個剛性主體，如圖I所示。選擇合理的夾持點，使零件的內(nèi)外夾持力作用于同一點，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床、剛度加強工裝2、零件
I、刀具作為一個整體進行顫振分析，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)明要按上述步驟進行，而是可以根據(jù)實際加工的零件在采用剛度加強工裝的基礎(chǔ)上，任意選用上述步驟進行加工。具體實例 試驗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軟件進行切削參數(shù)選用，利用UG軟件進行CAM程序設(shè)計及工藝裝備設(shè)計，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，進給400mm/min。零件I結(jié)構(gòu)為鑄造艙體。主要工藝設(shè)計過程如下設(shè)計剛度加強工裝如圖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。本智力成果運用于實際生產(chǎn)中會產(chǎn)生很大的經(jīng)濟效益，具有很強的應(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，采用剛度加強工裝內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，零件置于剛度加強工裝的底座上，零件的加工部位采用剛度加強工裝的外對頂式裝夾進行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強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，所述整體是指機床、刀具、零件和剛度加強工裝為一個整體。
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，采用剛度加強工裝內(nèi)外對頂式裝夾夾持零件，零件置于剛度加強工裝的底座上，零件的加工部位采用剛度加強工裝的外對頂式裝夾進行夾持，零件內(nèi)部采用剛度加強工裝的主梁作為傳力裝置。本發(fā)明的方法以增強被加工零件的剛性為目的，設(shè)計剛度加強工裝來加強支撐，增強零件的本體剛性。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行，切削刀具選用圓形鑲齒刀具，提高刀具的強度，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:北京航星機器制造公司