大型结构件窗口口框厚度加工误差补偿方法
技术领域
本发明属于航空航天精密数控机械加工技术领域，尤其是一种大型结构件窗口口框厚度的数控加工误差补偿方法。
背景技术
在精密机械数控加工领域，经常会遇到大型结构件、薄壁件因变形过大而无法加工或加工质量无法满足设计要求的情况。如果零件变形过大，可能会造成零件质量不合格报废，增加加工成本。
本发明中提到的大型回转类薄壁零件是由三块弧形壁板拼焊成壳段，又在壳段的上下端面分别焊接上下端框，整个零件有纵焊缝3条、环形焊缝2条，在焊接应力的作用下，壁板与壁板之间、圆形壳段与上下端框之间容易因焊接应力集中而产生变形。在此基础上，对大型回转类薄壁零件进行机械加工，要求在距离上端框约170mm处开窗口，且要精确控制窗口周边口框厚度，要求周边口框厚度2mm，公差要控制在0.2mm以内，由于焊接完成后零件局部变形较大，造成零件内外壁不平行，因此机加过程中，窗口周边口框的厚度很难保证，如图1所示。
针对该问题，本发明提出了一种数控加工误差补偿方法。该方法首先手动测量加工的窗口口框上下对称的位置的厚度，并计算出厚度差值，将厚度差值输入到宏程序中，数控加工中心就可以根据数控宏程序自行调整走刀轨迹，在不同的位置处切削深度也不同，最终保证结构件局部厚度尺寸满足设计要求。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出了一种大型结构件窗口口框厚度加工误差补偿方法，首先测量出要加工位置的厚度差值，再把厚度差值输入到数控宏程序中，数控程序就可以自行调整走刀轨迹，调节下刀深度，最终保证加工尺寸符合要求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种大型结构件窗口口框厚度加工误差补偿方法，包括如下步骤：
步骤一、首先在零件上窗口位置进行预加工，加工至窗口设计尺寸的一半大小；
步骤二、测量窗口口框周边对应位置的厚度，计算出厚度差值；
步骤三、数控加工中心根据厚度差值和窗口纵向高度，计算出零件窗口变形前后的夹角；
步骤四、数控加工中心根据变形前后的夹角计算出切削深度；
步骤五、数控加工中心自动调整刀具的走刀轨迹和切削深度，对窗口口框进行加工。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
本发明属于精密数控加工领域，用于航空航天行业某产品大型结构件的数控加工。由于该零件是焊接件，由三块壁板和前后端框拼焊而成，在焊接应力的作用下，变形较大，又由于设计要求的尺寸严格，公差范围小，这给数控机加带来极大困难，数控机加屡屡造成产品不合格。本方法利用五轴数控机床的优势，首先通过测量窗口对称位置的厚度差Δδ=δ1-δ2，再根据窗口高度h和厚度差Δδ计算得出变形后窗口和正常窗口的夹角θ=arctan(Δδ/h)，根据夹角θ值就可以计算得出窗口各个位置的切削深度Δs，计算各点的切削深度后，刀具自动调整走刀轨迹，进行数控加工。
该方法可以加工各个窗口厚度的零件，对不同厚度的窗口，都可以进行加工，保证数控机加尺寸符合设计要求。采用该方法后，数控机加合格品率显著上升，提高了大型结构件生产效率，节约了生产成本。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为壳段因变形内外壁不平行示意图；
图2为因内外壁不平行导致的θ夹角示意图；
图3为铣削窗口切削深度变化点位示意图；
图4为窗口铣削刀具动作示意图。
具体实施方式
本发明的实施例提供了一种大型回转类薄壁零件窗口周边厚度加工方法。
涉及到的关键实体主要包括三部分：数控加工中心（宏程序）、刀具、被加工件。
技术原理是：根据测量窗口周边口框对称两处位置的厚度值（δ1和δ2）和窗口纵向距离（h），依据夹角的计算公式：θ=arctan(Δδ/h)，数控宏程序计算出口框处内外壁实际位置和理论位置的夹角，根据计算出的θ值调整切削深度，加工整个窗口周向厚度，如图1和图2所示。
需要调整切削深度的点共有10个点。如图3所示。
窗口内框尺寸大小为：2x1×2y1，外框尺寸为2x2×2y2，外框在倒角相切处的点的坐标与内框坐标值相等，例如：④点和⑦点的纵坐标y1，与内框基准线到上边缘的高度相等；⑤点和①点的横坐标值为x1，与基准线到内框的左边缘的距离相等，依此类推。各点坐标值为：
③点坐标值（x2，0），⑧点坐标值（-x2，0），
④点坐标值（x2，y1），⑦点坐标值（-x2，y1），
⑤点坐标值（x1，y2），⑥点坐标值（-x1，y2），
⑨点坐标值（-x2，-y1），②点坐标值（x2，-y1），
⑩点坐标值（-x1，-y2），①点坐标值（x1，-y2）。
设切削深度为Δs，
④点和⑦点的切削深度Δs1=y1*tanθ，
⑤点和⑥点的切削深度Δs2=y2*tanθ，
⑨点和②点的切削深度Δs3=-y1*tanθ，
⑩点和①点的切削深度Δs4=-y2*tanθ。
刀具根据数控宏程序中θ值设定的走刀轨迹，进行切削动作，如图4所示。
其工作原理为：
步骤一：首先对在零件上窗口位置进行预加工，加工至窗口设计尺寸的一半大小，测量窗口口框周边对应位置的厚度，计算出厚度差值。
步骤二：将厚度差值输入到数控宏程序中，数控加工中心自动调整走刀轨迹和切削深度，对窗口口框进行加工。
原理为：数控加工中心根据厚度差值Δδ和窗口纵向高度h，计算出零件窗口变形前后的夹角θ，
计算公式：θ=arctan(Δδ/h) （公式一）；
数控加工中心根据夹角θ，利用公式二计算出切削深度：Δs=y*tanθ （公式二）；
数控刀具按照计算结果自动调整切削深度，从而对零件实现适应性加工，最终满足加工质量要求。
口框周边厚度尺寸的加工流程为：
为了保证不过切，每次走刀的切削深度要尽可能的小，所以刀具选用直径为￠4的球头刀。为了使铣削后的窗口口框圆滑过渡，选择沿窗口边缘周向铣削的走刀方法。根据公式一和公式二的计算结果，刀具首先由①点起刀，切削深度为Δs4，开始向②点进刀，刀具圆滑过渡至②点，在圆角铣削的过程中，刀具逐步加深切削，到达②点时的切削深度Δs3。从②点到③点到④点，刀具依旧加深切削，到达④点时的切削深度达到Δs1。从④点到⑤点，刀具圆滑过渡，切削深度依旧加大，到达⑤点时的切削深度为Δs2，自⑤点到⑥点，切削深度无变化，从⑥点到⑦点，切削深度逐渐变浅，到达⑦点时，切削深度恢复至Δs1，从⑦点到⑧点到⑨点，切削深度逐渐变浅，到达⑨点时，与②点的切削深度相等，恢复至Δs3，从⑨点到⑩点，刀具圆滑过度，切削深度依旧变小，到达⑩点时，切削深度变为Δs4，从⑩点到①点，切削深度无变化，至此，刀具完成窗口口框一周的切削。根据设计厚度尺寸和实际厚度之间的差值，即需去除的加工余量来计算出宏程序需要运行的时间，直至完成切削，厚度尺寸满足要求。
