一種用於薄壁零件加工的支撐裝置及薄壁零件加工方法與流程

2023-07-01 05:41:56

本發明涉及薄壁零件加工技術領域，尤其是在薄壁零件銑削過程中使用的一種用於薄壁零件加工的支撐裝置及薄壁零件加工方法。

背景技術：

薄壁結構類零件包括飛機蒙皮、汽車覆蓋件等，蒙皮是飛機機翼和機身的覆蓋件，是構成飛機氣動外形的關鍵零件，具有尺寸大、品種多、外形複雜、批量小等特點。原來採用的加工方式主要採用模具工裝拉形、切邊和多臺階化銑的工藝方法製造，其先進程度是衡量一個國家飛機製造能力和水平的重要標誌。

在我國航空工廠的傳統生產模式中，每項蒙皮零件均需一套專用實體模具工裝用於拉形、切邊和化銑刻線，製造專用實體模具工裝所耗工時佔零件研製周期的60～80％；對於蒙皮的臺階加工，傳統的蒙皮的工藝採用化銑，化銑過程中包含表面除油、塗止銑橡膠層、橡膠層雷射刻線和去除、化銑等過程。傳統化銑工藝技術存在的問題是：製造時間長，導致整個產品加工周期長，精度穩定性差；由於採用了化學藥劑，環境汙染也相當嚴重，不環保，並且製造成本居高不下，所需費用高，生產效率低下；從加工精度上分析，採用化銑加工工藝，零件至少需要兩次裝夾，重複裝夾影響工件的定位精度；而且化銑工藝採用相對尺寸和厚度控制，加工精度很難控制；另外在化銑過程中蒙皮精度主要靠模具工裝和切邊工藝保證，模具工裝品種多、數量大、協調關係複雜，生產準備周期長，零件的相對尺寸和厚度不容易精準控制。因此，傳統的蒙皮零件製造模式不適應現代飛機快速研製和批生產的要求，也不適應先進生產管理模式和精益生產的要求，已經嚴重製約了我國飛機的研製和生產。

柔性多點模具和龍門、臥式五坐標蒙皮數控銑切設備採用數銑替代化銑，能解決傳統化銑工藝存在的問題。臥式五坐標蒙皮數控銑切系統包括銑切設備、支撐端、翻轉工裝等，當加工薄蒙皮時，由於材料本身的特性，雖然零件經過了熱處理，但不可避免地在切削過程中產生振動現象，這樣就影響了加工精度和零件的質量，因此提出蒙皮類零件在加工過程中，採用一端加工，一端支撐的方法，此種加工方法的優勢在於，支撐裝置與加工刀具方向實時法向一致，有效解決了零件在加工過程中剛性差、變形的問題。支撐裝置是臥式五坐標蒙皮數控銑切系統關鍵組成部分，通過支撐裝置進行數控銑削加工，可以縮短蒙皮零件製造周期、大幅度減少工裝數量、降低製造成本和提高製造質量。

柔性多點模具和龍門、臥式五坐標蒙皮數控銑切設備雖然能解決小型蒙皮零件的加工問題，但是對於大型蒙皮零件，柔性多點模具只能對蒙皮曲面進行多點離散支撐，蒙皮是薄壁零件，在刀具對夾持點之間的懸空區域，特別是薄壁蒙皮施加切削力時，該部位蒙皮會不可避免地發生震顫，使切削深度和表面粗糙度無法控制，造成薄壁零件加工過程中出現變形。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種用於薄壁零件加工的支撐裝置及薄壁零件加工方法，能解決薄壁零件在銑削加工過程中的變形問題。

為達到上述目的，本發明提出一種用於薄壁零件加工的支撐裝置，其包括：安裝座；多個緩衝裝置，安裝在安裝座上，且沿安裝座的周向間隔排列；多個支撐件，分別連接在各緩衝裝置上，各支撐件具有用於支撐薄壁零件的支撐面，緩衝裝置能對支撐件支撐的薄壁零件進行緩衝。

如上所述的用於薄壁零件加工的支撐裝置，其中，各緩衝裝置外分別套設有彈簧，彈簧的兩端分別抵靠緩衝裝置和支撐件，彈簧能對支撐件支撐的薄壁零件產生預壓。

如上所述的用於薄壁零件加工的支撐裝置，其中，各緩衝裝置為可調式液壓緩衝器，各緩衝裝置包括缸體和能軸向移動地穿設於缸體內的導杆，支撐件連接在導杆伸出缸體的一端，彈簧套設在導杆外，且彈簧的兩端分別抵靠缸體和支撐件。

如上所述的用於薄壁零件加工的支撐裝置，其中，多個緩衝裝置分別通過細牙螺紋與安裝座連接，通過旋轉細牙螺紋調整緩衝裝置的高度，以使支撐件的支撐面對薄壁零件產生預壓，多個緩衝裝置外還分別套設有能將高度調整到位的緩衝裝置鎖緊在安裝座上的細牙螺母。

如上所述的用於薄壁零件加工的支撐裝置，其中，用於薄壁零件加工的支撐裝置還包括支撐盤，支撐盤與安裝座連接，支撐盤的中部凸設有支撐部，支撐部具有用於支撐薄壁零件的支撐面，支撐盤的軸向貫穿有導向孔，導向孔為多個，且圍繞支撐部間隔排列，各支撐件分別能軸向移動地穿設於各導向孔。

如上所述的用於薄壁零件加工的支撐裝置，其中，安裝座包括柱狀的第一安裝座和柱狀的第二安裝座，第一安裝座的直徑大於第二安裝座的直徑，第二安裝座的一端和多個緩衝裝置均連接在第一安裝座的端部，多個緩衝裝置圍繞第二安裝座間隔排列，支撐盤連接在第二安裝座的另一端，多個導向孔圍繞第二安裝座間隔排列。

如上所述的用於薄壁零件加工的支撐裝置，其中，各支撐件為半球形的球頭，支撐件的支撐面為半球面。

如上所述的用於薄壁零件加工的支撐裝置，其中，緩衝裝置的數量為六個，支撐件的數量為六個。

本發明還提供一種薄壁零件加工方法，其包括以下步驟：步驟S10：將薄壁零件安裝在柔性多點模具上定型；步驟S20：採用柔性夾具夾持薄壁零件周邊，再由翻轉工裝將薄壁零件由水平位置翻轉到豎直位置；步驟S30：採用移動工裝將薄壁零件輸送到五坐標數控銑切系統的銑切設備的加工區域，並採用連接在五坐標數控銑切系統的擺角頭上的如上的支撐裝置支撐薄壁零件；步驟S40：採用銑切設備對薄壁零件進行銑削加工。

如上所述的薄壁零件加工方法，其中，多個緩衝裝置分別通過細牙螺紋與安裝座連接，通過旋轉細牙螺紋調整緩衝裝置的高度，以使支撐件的支撐面對薄壁零件產生預壓，多個緩衝裝置外還分別套設有能將調整到位的緩衝裝置鎖緊在安裝座上的細牙螺母，用於薄壁零件加工的支撐裝置還包括支撐盤，支撐盤與安裝座連接，支撐盤的中部凸設有用於支撐薄壁零件的支撐部，支撐盤的軸向貫穿有導向孔，導向孔為多個，且圍繞支撐部間隔排列，各支撐件分別能軸向移動地穿設於各導向孔；在步驟S30中，採用支撐裝置支撐薄壁零件的具體操作步驟為：步驟S301：調整細牙螺紋，直至各支撐件的支撐面與薄壁零件接觸；步驟S302：繼續調整細牙螺紋，直至各支撐件的支撐面對薄壁零件產生不引起薄壁零件變形的預壓力。

本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置及薄壁零件加工方法的特點和優點是：

1、本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置，通過設置緩衝裝置和支撐件，能對薄壁零件的加工區域進行支撐和緩衝，有效輔助加強薄壁零件加工區域的剛性，藉助緩衝裝置的緩衝作用，支撐件能隨著薄壁零件加工區域的加工變形而平穩隨動，從而能始終保持與薄壁零件加工區域完全接觸，防止薄壁零件在加工過程中出現震顫、變形，同時方便加工時控制切削深度和表面粗糙度，提高加工尺寸精度；

2、本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置，通過設置彈簧，能對薄壁零件產生緩衝和預壓，使支撐件始終頂住薄壁零件，能進一步提高支撐裝置對薄壁零件的支撐效果，防止薄壁零件在加工過程中出現震顫、變形；

3、本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置及薄壁零件加工方法，能解決薄壁零件加工過程中的變形問題，為柔性多點模具和臥式五坐標數控銑切設備相結合的新工藝裝備提供了一種新的薄壁零件加工工藝方法，可完全替代化銑，無汙染，加工精度高，生產效率高。

附圖說明

以下附圖僅旨在於對本發明做示意性說明和解釋，並不限定本發明的範圍。其中：

圖1是本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置的主視圖；

圖2是本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置的剖視圖；

圖3是本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置的側視圖；

圖4是本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置的立體圖。

主要元件標號說明：

1安裝座

11第一安裝座 12第二安裝座

2緩衝裝置

21缸體 22導杆

3支撐件

4彈簧

5支撐盤

51支撐部 52導向孔

6細牙螺母

具體實施方式

為了對本發明的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖說明本發明的具體實施方式。

如圖1所示，本發明提出一種用於薄壁零件加工的支撐裝置，用於對臥式銑削過程中的蒙皮類、汽車覆蓋件等薄壁鈑金零件進行支撐，其中飛機蒙皮的厚度為2mm～8mm，本發明的支撐裝置包括安裝座1、多個緩衝裝置2和多個支撐件3，安裝座1呈盤狀，也可稱為安裝盤，是支撐裝置的主要機械支撐體，多個緩衝裝置2安裝在安裝座1上，且沿安裝座1的周向間隔排列；多個支撐件3分別連接在各緩衝裝置2上，各支撐件3具有用於支撐薄壁零件加工區域的支撐面，緩衝裝置2能對支撐件3支撐的薄壁零件進行緩衝和預壓。

本發明的支撐裝置，通過設置多個緩衝裝置2和支撐件3，能對薄壁零件的加工區域進行支撐和緩衝，加強薄壁零件加工區域的剛性，通過緩衝裝置2的緩衝作用，支撐件3能隨著薄壁零件加工區域的加工變形而平穩移動(隨動)，從而能始終保持與薄壁零件加工區域完全接觸，方便加工時控制切削深度和表面粗糙度，防止薄壁零件在加工過程中出現震顫、變形。

進一步，各支撐件3的支撐面為光滑的曲面，不僅不會劃傷薄壁零件，且利於與薄壁零件隨動，提高支撐效果。

更進一步，各支撐件3為半球形的球頭，各支撐件3的支撐面為半球面，以防止劃傷薄壁零件的表面；由於支撐件3直接與薄壁零件加工面的反面接觸，支撐件3的材料優選為聚四氟乙烯，不僅能保證在與加工頭法向隨動的過程中，不劃傷薄壁零件的表面，還具有自潤滑性能。

如圖2所示，在一個優選的實施例中，各緩衝裝置2外分別套設有彈簧4，彈簧4和緩衝裝置2構成彈性緩衝機構，彈簧4的兩端分別抵靠緩衝裝置2和支撐件3，彈簧4能有效對支撐件3支撐的薄壁零件產生預壓，保證支撐件3與薄壁零件始終完全接觸，同時彈簧4也對薄壁零件具有一定緩衝作用。

在一個可行的技術方案中，緩衝裝置2為液壓緩衝器，每個緩衝裝置2包括缸體21和能軸嚮往復移動地穿設於缸體21內的導杆22，導杆22例如為活塞杆或與活塞杆連接的杆體，支撐件3連接在導杆22伸出缸體21的一端，彈簧4套設在導杆22外，且彈簧4的兩端分別抵靠缸體21和支撐件3。其中，液壓緩衝器的結構為現有技術，故不贅述。對於緩衝裝置的結構，本發明不加以限制，還可以採用其它現有的緩衝裝置。

進一步，緩衝裝置2為阻尼可調式液壓緩衝器，使用時能通過調節液壓緩衝器的壓力旋鈕調整阻尼大小，從而能調整緩衝力的大小，以及調整緩衝裝置對薄壁零件的預壓力。

如圖2所示，進一步，多個緩衝裝置2分別通過細牙螺紋與安裝座1連接，通過旋轉細牙螺紋調整緩衝裝置2的高度，從而使支撐件3的支撐面與薄壁零件充分接觸，頂住薄壁零件，並對薄壁零件產生預壓，保證薄壁零件加工區域的剛性，同時應注意保證此預壓力不會引起薄壁零件的變形，多個緩衝裝置2外還分別套設有細牙螺母6，通過旋轉細牙螺母6將高度調整到位的緩衝裝置2鎖緊在安裝座1上。通過採用細牙螺紋，可以實現精細調整緩衝裝置2的高度，保證各支撐件3與薄壁零件加工面的反面完全、充分接觸。

具體是，缸體21與安裝座1通過細牙螺紋連接，細牙螺母6套設在缸體21外，例如安裝座1上均布有多個M33×1.5螺紋孔，缸體21伸入螺紋孔內，與安裝座1螺紋連接。

如圖3、圖4所示，在一個具體實施例中，本發明的支撐裝置還包括支撐盤5，支撐盤5與安裝座1連接，支撐盤5的中部(圓心區域)凸設有用於支撐薄壁零件加工區域的支撐部51，支撐盤5的軸向貫穿有導向孔52，導向孔52為多個，且在支撐盤5的周向圍繞支撐部51間隔排列，各支撐件3分別能軸向移動地穿設於各導向孔52。通過設置支撐部51，能對薄壁零件進行穩定支撐，支撐部51與支撐件3配合，能有效加強薄壁零件的加工區域的剛性，有效避免薄壁零件的震顫變形；通過設置導向孔52，可對支撐件3的軸向移動進行導向，進一步提高支撐的平穩性。

其中，支撐件3凸出於導向孔52外，以便於有效支撐薄壁零件。

進一步，支撐部51具有用於支撐薄壁零件的平滑支撐面，例如支撐部51呈圓柱形，支撐部51的端面為支撐面，通過將支撐部51的支撐面設計為平滑結構，能防止劃傷薄皮零件的表面；由於支撐盤5直接與薄壁零件加工面的反面接觸，支撐盤5的材料優選為聚四氟乙烯，不僅能防止劃傷薄皮零件的表面，還具有自潤滑性能。

進一步，安裝座1包括圓柱狀的第一安裝座11和圓柱狀的第二安裝座12，第一安裝座11的直徑大於第二安裝座12的直徑，第二安裝座12的一端和多個緩衝裝置2均連接在第一安裝座11的端部，多個緩衝裝置2圍繞第二安裝座12間隔排列，支撐盤5連接在第二安裝座12的另一端，例如支撐盤5通過螺釘與第二安裝座12連接，多個導向孔52圍繞第二安裝座12間隔排列，多個導向孔52與多個緩衝裝置2一一對應設置，以便於各支撐件3伸入對應的導向孔52。

其中，第一安裝座11與第二安裝座12可以為一體成型結構，也可以為分體式結構。

另外，為了增加安裝座1的剛性，安裝座1的材料優選為40Cr鋼。

在如圖4所示的實施例中，緩衝裝置2的數量為六個，支撐件3的數量為六個，彈簧4的數量為六個，因此本發明的支撐裝置為包括六個支撐件3和一個支撐部51的七點支撐結構。這樣設置的優點在於，儘管三點即可穩定支撐，但對於薄壁零件，其壁薄且剛性差，三點支撐不能完全加強剛性，本發明採用七點支撐，保證圓周方向支撐件3的六點支撐中，至少三點與薄壁零件接觸，中間支撐部51的一點與薄壁零件接觸，實現至少四點與薄壁零件接觸，採用過約束對於薄壁零件局部區域的剛性加強更有利。

本發明採用七點接觸，並通過緩衝裝置2和彈簧4調節支撐件3對薄壁零件的預壓接觸，保證了薄壁零件在加工區域的局部剛性，減小了薄壁零件加工過程中的震顫，也保證了薄壁零件的加工精度和粗糙度。

其中，在安裝座1上均布有8個用於安裝螺釘的M8螺釘孔，在使用時，安裝座1通過螺釘連接在臥式五坐標數控銑切系統的擺角頭上，隨擺角頭一起運動。

採用本發明的支撐裝置支撐薄壁零件，能有效輔助加強薄壁零件局部剛性，保證薄壁零件在數控加工過程中高的剛性和加工精度，解決薄壁零件加工過程中的變形問題，非常適用於新一代軍民機薄壁類零件加工過程中的反面支撐。

本發明還提供一種薄壁零件加工方法，該薄壁零件加工方法包括以下順序執行的步驟：

步驟S10：將薄壁零件安裝在柔性多點模具上定型；

步驟S20：採用柔性夾具夾持薄壁零件周邊，再由翻轉工裝將薄壁零件由水平位置翻轉到豎直位置；

步驟S30：採用移動工裝將薄壁零件輸送到臥式五坐標數控銑切系統的銑切設備的加工區域，並採用連接在臥式五坐標數控銑切系統的擺角頭上的上述支撐裝置支撐薄壁零件；

步驟S40：採用臥式五坐標數控銑切系統的銑切設備對薄壁零件進行銑削加工。

其中，柔性多點模具、柔性夾具、翻轉工裝、移動工裝和臥式五坐標數控銑切系統的結構均為現有技術，故不贅述。

因此，本發明的用於薄壁零件加工的支撐裝置為柔性多點模具和臥式五坐標數控銑切設備相結合的新工藝裝備提供了一種新的薄壁類零件加工方法，能防止加工過程中對薄壁零件施加切削力時的震顫變形。

進一步，在步驟S30中，採用上述支撐裝置支撐薄壁零件的具體操作步驟依序為：

步驟S301：調整細牙螺紋，直至將各緩衝裝置2的高度調整至使各支撐件3的支撐面與薄壁零件接觸；

步驟S302：繼續調整細牙螺紋，直至各支撐件3的支撐面頂在薄壁零件的加工面的反面(可稱為非加工面)，並對薄壁零件產生不引起薄壁零件變形的預壓力。

本發明的薄壁零件加工方法，提供了一種蒙皮等薄壁零件加工的新工藝方法，可完全替代化銑，無汙染，提高加工精度和生產效率。

以上所述僅為本發明示意性的具體實施方式，並非用以限定本發明的範圍。任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的構思和原則的前提下所作的等同變化與修改，均應屬於本發明保護的範圍。而且需要說明的是，本發明的各組成部分並不僅限於上述整體應用，本發明的說明書中描述的各技術特徵可以根據實際需要選擇一項單獨採用或選擇多項組合起來使用，因此，本發明理所當然地涵蓋了與本案發明點有關的其它組合及具體應用。