[发明专利]整体成形箱底五轴镜像铣数控加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控加工领域，具体涉及运载火箭贮箱整体成形箱底五轴镜像铣数控加工方法。

背景技术

箱底是运载火箭燃料贮箱的关键承力结构，其加工质量对火箭整体性能和可靠性等都有着极为重要的影响。箱底设计面形为椭圆第I象限曲线段绕短轴的回转面，对应不同型号火箭，其大小（φ2250mm～φ5000mm）、几何尺寸（壁厚0.8mm～2.6mm）及精度要求（壁厚公差±0.1mm～±0.2mm）各异，但都属于大尺寸、薄壁、复杂双曲率曲面类高精度零件。

目前，塑性整体成形工艺（如充液拉深、旋压等），逐步成为箱底成形的重要方法。按设计减重要求，整体成形箱底需加工大面积减轻区域且减轻区壁厚相等。图1所示为现有的化铣加工工艺流程示意图；图2所示为现有的基于“模胎式装夹”的数控加工工艺流程示意图。

现有化铣方法存在的问题：（1）化学腐蚀极易出现过腐蚀或不均匀腐蚀，导致整体成形箱底出现点蚀坑、壁厚偏薄，零件强度不满足设计要求，或者腐蚀不到位、费重过大；（2）排放大量化学废液，环境污染严重、后续处理成本大。数控加工替代化铣已成为必然趋势。

现有基于“模胎式装夹”的数控加工方法存在的问题：（1）箱底减轻区与模胎之间无法“夹紧”，只有“定位”关系，属于不可靠装夹；（2）不可靠装夹下，切削力/热耦合导致零件加工变形，刀具实际切削厚度呈随机变化，剩余壁厚尺寸无法保证（合格率不到10%）、精度严重超差（实际壁厚公差±0.5mm～±1.5mm）；（3）需要多次测量厚度并反复补偿，箱底加工一致性差、可靠性低，只能采用极为保守的工艺参数，加工效率极低。

对此，亟需一种更为先进可靠的数控加工方法，实现整体成形箱底等壁厚、变形可控、高精度加工。

发明内容

本发明解决的问题是，如何实现整体成形箱底等壁厚变形可控精密数控加工；为解决所述问题，本发明提供整体成形箱底五轴镜像铣数控加工方法。

本发明提供的整体成形箱底五轴镜像铣数控加工方法，包括：

步骤一、将零件置于回转工装台面，并定位；

步骤二、刀具沿所述零件外型面切削；随动装置沿零件内型面移动，刀具的轴线、随动装置的轴线与零件的法线在同一条直线上；

步骤三、测厚仪测量当前点厚度，如果和设定的厚度相同，刀具移动到下一点；如果比设定的厚度大，继续切削当前点。

进一步，所述零件为贮箱整体成形箱底，采用回转工装台上的夹紧机构夹紧箱底裙边；调节回转工装台面的位置调整机构，调整已夹紧箱底的整体位置，使得箱底轴线与回转工装台回转轴同轴。

进一步，实现箱底轴线与回转工装台回转轴同轴包括：

步骤1.1、采用非接触式线激光扫描箱底内型面的底部和中部，得到两组环形点云，点云数不小于500万个；

步骤1.2、采用垂直于回转工装台回转轴的横截面截取环形点云，计算环形点云横截面形状的圆心，横截面数量不小于300个；

步骤1.3、采用最小二乘算法拟合所述圆心所在的直线，调节回转工装台上的位置调整机构，调整已夹紧箱底的整体位置，使得拟合直线与回转工装台回转轴同轴，即整体成形箱底轴线与回转工作台回转轴同轴。

进一步，所述刀具的走刀方式为“Zig-Zag”型或螺旋型。

进一步，所述切削包括粗加工切削和精加工切削，所述粗加工切削设定的厚度为2mm～3mm，进给速度4000mm/min～6000mm/min；转速为5000rpm～8000rpm；精加工切削设定的厚度为0.5mm～0.8mm、进给速度6000mm/min～8000mm/min、转速为8000rpm～10000rpm。

进一步，通过摆动刀具调整刀具轴线；通过摆动随动装置调整随动装置轴线。

本发明的有益效果包括：

本发明所提供的方案的刀具具有直角坐标系下的三个自由度、摆动自由度、转动自由度；随动装置具有直角坐标系下的三个自由度和摆动自由度；刀具切削零件时，随动装置同步移动，对零件形成支撑与保护，提高了切削位置的支撑刚度与夹紧效果，进而控制切削变形；随动装置的测厚仪精确测量零件厚度，实时对比测量厚度与设定厚度的差值并反馈，根据反馈的厚度差进行加工，确保零件等厚，提高精度。

随动装置由回转工装台带动转动，随动装置、刀具同轴，且轴线与零件的法线重合，所以可以提高精度和可靠性。

附图说明

图1为现有的基于化铣加工的工艺流程示意图；

图2为现有的基于“模胎式装夹”的数控加工工艺流程示意图；