一种提高大型薄壁回转结构件车加工精度的方法

摘要

一种提高大型薄壁回转结构件车加工精度的方法，步骤为：确定残余应力；确定切削力；设定径向辅助支撑方式；建立有限元仿真模型；在有限元仿真模型中导入残余应力和切削力，对大型薄壁回转结构件的加工变形进行有限元仿真预测；直到有限元仿真预测的加工变形量小于最大设计变形量为止；设定夹紧方式；建立有限元仿真模型；在有限元仿真模型中导入残余应力和切削力，对大型薄壁回转结构件承受的切向夹紧力进行有限元仿真预测；直到有限元仿真预测的切向夹紧力大于切削力为止；按照设定好的径向辅助支撑方式及夹紧方式对大型薄壁回转结构件进行实际装夹定位，再按照有限元仿真预测的切向夹紧力进行实际加载，开始正式的车加工工序。

说明书

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，特别是涉及一种提高大型薄壁回转结构件车加工精度的方法。

背景技术

随着我国大飞机和载人航天等国家重大专项的实施，以及在大型飞机、大型舰船和航天飞行器等重大国防装备的研制过程中，复杂的大型薄壁回转结构件应用越来越广泛，而大型装备使役性能的日益提高，也对提高大型薄壁回转结构件的制造质量提出了迫切要求。

目前，对于如发动机机匣件等大型薄壁回转结构件来说，为了防止车加工工序中工件出现加工变形，广泛采用工装夹具中的径向辅助支撑部件控制加工变形，但是，利用径向辅助支撑部件实施的径向辅助支撑方式都还停留在个人经验阶段，径向辅助支撑部件的数量、长度、支撑位置及结构形状的设定也多凭个人经验进行确定，如果径向辅助支撑部件的数量设定过少，加工变形的控制能力将下降，如果径向辅助支撑部件的数量设定过多，尽管能够保证加工变形的控制需要，但过剩的径向辅助支撑部件需要消耗大量调整时间，而调整时间的增加将直接影响加工效率。

再有，当采用工装夹具中的夹紧部件对工件实施夹紧固定后，夹紧力的设定也多凭个人经验，当夹紧力设定不合适时，也会对工件的加工质量造成影响；如果夹紧力偏小，很可能在加工过程中出现工件窜动，如果不能及时制止，将直接导致工件超差甚至报废；如果夹紧力偏大，虽然可以避免工件窜动，但偏大的夹紧力会通过夹紧部件作用在工件表面，轻则使工件表面出现压痕，重则将直接损伤工件表面。

因此，对于径向辅助支撑方式的实施以及夹紧力的设定来说，仅凭借个人经验已经难以满足对提高大型薄壁回转结构件制造质量的迫切要求了。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种提高大型薄壁回转结构件车加工精度的方法，能够准确设定径向辅助支撑方式，避免径向辅助支撑部件数量过多或过少，保证加工变形控制需要的同时，将径向辅助支撑部件的调整时间降到最低，实现高效加工；能够准确设定夹紧力，避免夹紧力过大或过小，避免工件窜动的同时将夹紧部件对工件表面的不利影响降到最低。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种提高大型薄壁回转结构件车加工精度的方法，包括如下步骤：

步骤一：确定大型薄壁回转结构件的残余应力；

步骤二：根据设定的切削工艺参数，确定车加工大型薄壁回转结构件时的切削力；

步骤三：设定工装夹具的径向辅助支撑方式；

步骤四：在有限元分析软件中，导入大型薄壁回转结构件及工装夹具中径向辅助支撑部件的三维结构数模，并建立有限元仿真模型；

步骤五：在有限元仿真模型中导入残余应力和切削力，对大型薄壁回转结构件的加工变形进行有限元仿真预测；

步骤六：当有限元仿真预测的最大加工变形量小于最大设计变形量时，继续执行步骤七；当有限元仿真预测的最大加工变形量大于最大设计变形量时，重新设定工装夹具的径向辅助支撑方式，并重复步骤四和步骤五，直到有限元仿真预测的加工变形量小于最大设计变形量为止；

步骤七：设定工装夹具的夹紧方式；

步骤八：在有限元分析软件中，导入大型薄壁回转结构件、工装夹具中径向辅助支撑部件及工装夹具中夹紧部件的三维结构数模，并建立有限元仿真模型；

步骤九：在有限元仿真模型中导入残余应力和切削力，对大型薄壁回转结构件承受的切向夹紧力进行有限元仿真预测；

步骤十：当有限元仿真预测的切向夹紧力大于切削力时，继续执行步骤十一；当有限元仿真预测的切向夹紧力小于切削力时，重新设定工装夹具的夹紧方式，并重复步骤八和步骤九，直到有限元仿真预测的切向夹紧力大于切削力为止；

步骤十一：按照设定好的径向辅助支撑方式及夹紧方式对大型薄壁回转结构件进行实际装夹定位，再按照有限元仿真预测的切向夹紧力进行实际加载，然后开始正式的车加工工序。

在步骤三中，径向辅助支撑方式的设定，具体包括以下四个方面：

①径向辅助支撑部件的形状；

②径向辅助支撑部件的数量；

③径向辅助支撑部件的长度；

④径向辅助支撑部件的支撑位置。

在步骤七中，夹紧方式的设定，具体包括以下三个方面：

①夹紧部件的数量；

②夹紧部件的压板宽度；

③夹紧部件的夹紧位置。

本发明的有益效果：

本发明与现有技术相比，能够准确设定径向辅助支撑方式，避免径向辅助支撑部件数量过多或过少，在保证加工变形控制需要的同时，可将径向辅助支撑部件的调整时间降到最低，并实现高效加工；本发明能够准确设定夹紧力，避免夹紧力过大或过小，在避免工件窜动的同时，可将夹紧部件对工件表面的不利影响降到最低。

附图说明

图1为本发明的一种提高大型薄壁回转结构件车加工精度的方法流程图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本实施例中，以某型发动机的机匣件车加工工序为例，具体为机匣件精车大端，机匣件的最大直径为836mm，最小壁厚为1.5mm，机匣件精车大端后，大端圆度的设计值≤0.15mm。

如图1所示，一种提高大型薄壁回转结构件车加工精度的方法，包括如下步骤：

步骤一：确定大型薄壁回转结构件的残余应力；本实施例中，残余应力采用的钻孔法测得；

步骤二：根据设定的切削工艺参数，确定车加工大型薄壁回转结构件时的切削力；本实施例中，切削力为177.551N；

步骤三：设定工装夹具的径向辅助支撑方式，具体包括以下四个方面：

①径向辅助支撑部件的形状；本实施例中，径向辅助支撑部件采用扇形结构；

②径向辅助支撑部件的数量；本实施例中，径向辅助支撑部件设为8个；

③径向辅助支撑部件的长度；本实施例中，径向辅助支撑部件的长度设为130mm；

④径向辅助支撑部件的支撑位置；本实施例中，径向辅助支撑部件的支撑位置远离机匣件的大端端面；

步骤四：在有限元分析软件(ABAQUS)中，导入大型薄壁回转结构件及工装夹具中径向辅助支撑部件的三维结构数模，并建立有限元仿真模型；

步骤五：在有限元仿真模型中导入残余应力和切削力，对大型薄壁回转结构件的加工变形进行有限元仿真预测；

步骤六：在本实施例中，第一次有限元仿真预测的最大加工变形量为0.235mm，可见其大于0.15mm的大端圆度设计值，则重新设定工装夹具的径向辅助支撑方式，具体为：

①径向辅助支撑部件采用扇形结构；

②径向辅助支撑部件设为12个；

③径向辅助支撑部件的长度设为116mm；

④径向辅助支撑部件的支撑位置靠近机匣件的大端端面；

重复步骤四和步骤五，第二次有限元仿真预测的最大加工变形量为0.147mm，可见其小于0.15mm的大端圆度设计值，继续执行步骤七；

步骤七：设定工装夹具的夹紧方式，具体包括以下三个方面：

①夹紧部件的数量；本实施例中，夹紧部件设为6个；

②夹紧部件的压板宽度；本实施例中，夹紧部件的压板宽度设为120mm；

③夹紧部件的夹紧位置；本实施例中，夹紧部件的夹紧位置与径向辅助支撑部件的支撑位置在圆周方向上错开分布；

步骤八：在有限元分析软件(ABAQUS)中，导入大型薄壁回转结构件、工装夹具中径向辅助支撑部件及工装夹具中夹紧部件的三维结构数模，并建立有限元仿真模型；

步骤九：在有限元仿真模型中导入残余应力和切削力，对大型薄壁回转结构件承受的切向夹紧力进行有限元仿真预测；

步骤十：本实施例中，第一次有限元仿真预测的切向夹紧力为139.92N，可见其小于177.551N的切削力，则新设定工装夹具的夹紧方式，具体为：

①夹紧部件设为12个；

②夹紧部件的压板宽度设为80mm；

③夹紧部件的夹紧位置与径向辅助支撑部件的支撑位置在圆周方向上同一位置分布；

重复步骤八和步骤九，第二次有限元仿真预测的切向夹紧力为260.556N，可见其大于177.551N的切削力，继续执行步骤十一；

步骤十一：按照设定好的径向辅助支撑方式及夹紧方式对大型薄壁回转结构件进行实际装夹定位，再按照有限元仿真预测的切向夹紧力进行实际加载，本实施例中，采用力矩扳手进行切向夹紧力的实际加载，根据切向夹紧力为260.556N可知，只需利用臂长为300mm的力矩扳手施加6.514Nm的夹紧力矩，即可满足切向夹紧力加载要求，然后开始正式的车加工工序。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。