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【兆恒机械】框梁类零件工艺凸台方案设计

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  • 添加日期:2021年03月08日

工艺凸台是为了满足零件在数控加工过程的定位、装夹要求,在零件本体外部或零件本体上预留的非设计需要的块体,零件加工完成后需要由常规工段或者装配厂去除。工艺凸台设计方案的合理性,影响零件加工过程中零件装夹的精度、机床停机装夹的次数、零件材料的利用率,以及后续去除凸台所需要的常规铣工、钳工等工种的工作量。

1 现有工艺凸台设计现状及缺点

数控机加零件的常用定位装夹方式一共有三种:两孔一面、一孔两面、三个相互垂直面定位,如图1所示。

(1)两孔一面:两孔一面定位方法适用于框、梁、肋、角盒、型材及需要两次以上装夹的零件,零件多为薄壁、多型腔和无定位基准的零件,其特点是定位精度高、工装准备时间短、加工通用性强。

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图1 常用定位装夹方式

(2)一孔两面:适用于接头、支座类零件,此方法不常用,一般零件因加工受限或原材料受限可采用此方法。其特点是加工需要借助工装夹具定位,定位稳定性不高。

(3)三个相互垂直面定位:此方法有两种夹紧方式,虎钳夹紧和用压板在工作台上压紧,其特点是重复定位精度不高,但材料使用少。虎钳夹紧适合接头、支座类零件,适合位置精度、形位公差要求不高的零件,通常只需一次装夹加工完成的零件;压板压在工作台上适合简单的框、底板、支座零件,要求零件铣削量少、有压紧位置、加工完后刚性好,通常只需一次装夹加工完成的零件。

虽然数控机加零件的常用定位装夹方式一共只有三种,但是由于详细规范不统一,存在很多问题以及缺点:

(1)所有零件在设计工艺凸台时未统一设计定位孔、压紧孔、压紧凸台、压紧螺钉;导致不同零件存在不同的定位孔尺寸、孔距、压紧凸台间距,使每个零件加工前,需要重新钻孔、压紧工具,存在通用性差、加工准备时间长、极大减少机床垫板寿命等缺点。

(2)工艺定位孔不在零件买球赛的网站 - 搜狗买球指南对称线上、压紧孔不关于零件买球赛的网站 - 搜狗买球指南线对称导致翻面加工装夹时,需要在零件垫板上重新钻孔,存在通用性差、加工准备时间长、极大减少机床垫板寿命等缺点。

(3)零件连接凸台在加工程序中铣开的位置未统一,有的零件未加工完时将凸台铣开,导致零件加工刚性差,容易造成零件故障,产生不合格品。

(4)零件连接凸台位置不统一,很多零件工艺凸台搭接的位置在复杂的形面上,导致常规去除凸台难度加大。

(5)零件连接凸台厚度不统一,很多零件连接凸台厚度太厚,加大常规去除工作量,连接凸台厚度太薄,满足不了零件加工刚性要求。

2 工艺凸台方案设计

2.1 设计原则及标准

工艺凸台设计方案考虑因素如图2所示。

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图2 工艺凸台设计方案着手考虑因素

2.2 凸台标准化设计方案具体原则

2.2.1 工装通用程度方面

所有零件在设计工艺凸台时优先考虑数控通用工装来设计定位孔、压紧孔、压紧凸台;压紧螺钉优先采用M16的螺钉,以满足通用工装要求;当为了满足数控通用工装要求,允许因调整压紧孔或压板位置而增加毛料尺寸,增加材料宽度不超过20 mm;当经过调整仍无法满足数控通用工装要求,允许使用自制铝垫板或专用工装夹具加工。

2.2.2 减少准备时间方面

需翻面加工的零件两工艺孔买球赛的网站 - 搜狗买球指南连线尽量在毛料的对称买球赛的网站 - 搜狗买球指南线上。需翻面加工的零件压紧孔尽量关于工艺孔买球赛的网站 - 搜狗买球指南连线对称,如图3。

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图3 压紧孔设计

2.2.3 保证加工刚性方面

凸台连接部位必须最后铣开,当加工需要可局部铣开,以保证加工刚性;对于零件本身无基准平面或支撑面不够可在筋条、腹板面或型面上增加支撑凸台。

2.2.4 零件节约材料方面

异型材和加工全悬空的零件可在周边框起搭凸台,其余不允许框起搭建凸台的,利用自身结构特征搭建凸台,优先考虑零件减轻孔、零件自身加工残留块作为工艺凸台;工艺孔设置在零件长方向,工艺孔边距要求为2~5 mm。

2.2.5 常规去除难度方面

凸台最终连接处尽量连接在平面上;在材料允许的情况下,凸台与零件之间留过刀槽,并将连接处铣薄;单个压紧凸台宽为60~80 mm;凸台最终连接处凸台宽10~20 mm,若为单个凸台,连接处可以与凸台一样宽(即60~80 mm宽),厚度3 mm(或与腹板厚度保持一致)。当凸台连接处侧面为平面、大曲率型面,可以采用搭接方式或连接方式连凸台;当凸台连接处为弧面、小曲率型面,需采用搭接方式连凸台;搭接方式要求如图4所示,且单个连接处宽度不超过20 mm。

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图4 凸台连接部位设计

2.2.6 刀具加工性能方面

当刀具工作长度超过4倍径时,要求压紧孔制沉头孔,压板压紧处凸台铣低,其中深度20~30 mm、长度30~50 mm、宽度10~20 mm,如图5所示。

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图5 凸台压板压紧槽设计

2.2.7 凸台间距设置方面

框、梁类零件两侧凸台尽量利用零件本身残留设置,壁厚大于等于3 mm且非悬空刚性好的零件凸台间距300 mm,其余建议间距200 mm,若侧面凸台利用自身残留块体搭建或因结构影响可不严格按此要求。若小零件套裁加工导致材料加长加宽可参考框、梁类零件搭建凸台。

2.3 框类零件工艺凸台设计

(1)当零件腹板上有减轻孔、外形有加工残留凸块时,利用减轻孔和残留凸块搭建凸台, 压紧孔、工艺孔可设置在减轻孔内,如图6。

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图6 某型机带减轻孔框类零件

(2)当零件中间无减轻孔和残留凸块时,凸台只能在零件之外增加材料搭建,如果筋条顶面低于凸台定位面,为保证加工刚性,可在筋条相交处增加支撑凸台以增加支撑效果;如果进入批生产可考虑订专用工装,以筋顶面作基准面,高出筋顶面部分沉入工装中,如图7。

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图7 某型机不带减轻孔框类零件

2.4 梁类零件工艺凸台设计

(1)梁类零件多为细长零件,零件两侧面需搭建凸台,凸台位置按指导要求设置,如果受零件结构影响可调整位置,如图8所示。

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图8 某型机梁的凸台设置方案图

(2)零件采用成组套裁加工,中间留压紧凸台,压紧处可不过刀;当零件宽度小于70 mm且刚性好的零件两侧外形不留凸台。如图9。

(3)零件采用成组套裁加工(要求零件宽度不超过70 mm),中间不留压紧凸台只连接,压紧处在两侧提前铣低至10~20 mm高,不留过刀宽度,如图10所示。

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图9 某型机梁的套裁凸台设置方案图

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图10 某型机梁的套裁凸台设置方案图

(4)零件采用成组套裁加工,利用零件自身特点中间留压紧凸台,两侧不留凸台,如图11所示。

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图11 某型机梁的套裁凸台设置方案图

3 应用效果

通过制定框、梁类零件工艺凸台方案设计标准,规范方案设计,并在后续所有项目数控加工方案中全面应用推广,新方案已消除以前工艺凸台方案设计混乱时期的多数缺点:

(1)工装通用化程度得到提高,操作标准化程度得到提高,缩短了零件加工准备时间,提升了设备利用率;

(2)零件加工刚性更加稳定,提高了零件加工合格率;

(3)减少零件材料浪费,提高零件材料利用率;

(4)缩短常规工种去除凸台的时间和难度,减少劳动负荷,降低零件生产成本。

4 结论

由于飞机设计结构的日益精细化、复杂化,以框、梁类零件为主体的飞机结构要求越来越高,需要不断探求新的数控加工技术和方案来应对日益复杂的加工需求。

随着柔性制造以及灵捷制造等技术的发展,框、梁类工艺凸台设计方案还将可以继续完善,用以提高数控加工效率、降低成本,满足航空以及机加行业的更高端的需求。