一种用于高数量级群孔批量制备的多主轴排钻加工方法

技术领域

本发明涉及数控机加领域，具体涉及一种用于高数量级群孔批量制备的多主轴排钻加工方法。

背景技术

在机械加工领域，尤其是航空航天领域，存在许多高数量级群孔加工需求，如航空发动机短舱声衬组件、冷气导管、阻尼套、燃油滤网、滑油滤网、薄壁护罩等零件上均布有大量群孔，群孔个数高达百万数量级。若采用传统单钻头制孔方法，完成某组件十万级群孔需要数控机床不停机加工时间长达30天，制孔周期过长，难以满足加工周期要求。

为提升高数量级群孔加工效率，成飞公司贺皑、龚清洪等人发明了成组制孔刀具（CN112008460A），可批量加工高数量级群孔，成倍提升加工效率。但针对高数量级群孔数控加工，基于成组制孔刀具的数控加工路径规划及工艺方案不清晰，致使成组制孔刀具无法应用于群孔批量加工，导致目前还未有针对高数量级群孔的高效成熟批量加工方法，群孔加工效率受到严重限制。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中高数量级群孔的加工方法存在路径规划工艺方案不清晰，影响群孔加工效率的问题，本专利提出了一种用于高数量级群孔批量制备的多主轴排钻加工方法，采用集成多个钻头的多主轴排钻批量加工高数量级群孔，单次进给同时制出多个孔位，成倍提升加工效率。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种用于高数量级群孔批量制备的多主轴排钻加工方法，包括如下步骤：

步骤S1、获取群孔加工部位因装夹产生的变形量，以此为依据调整实际制孔深度；

步骤S2、将N个钻头安装于多主轴排钻刀柄钻孔平面，再安装排钻于机床主轴，找正并调试排钻；

步骤S3、根据制孔区域曲率特征及孔位偏差，将待加工零件制孔曲面划分为多个加工单元；进给多主轴排钻，从制孔曲面上的初始加工单元起始点位开始，依次平移制孔，完成单个加工单元内的群孔加工；

步骤S4、主轴抬起，移动至下一PATCH起始点位，再次进给制孔；

步骤S5、完成M个加工单元内的群孔加工后，查看多主轴排钻断刀情况，并根据断刀监测结果补制漏制孔；

步骤S6、测量群孔孔径及孔隙率是否满足加工要求。

进一步的，步骤S1中，加工前测量零件群孔加工部位，根据测量数据对零件制孔区域进行逆向建模，分析零件变形情况，获得因装夹产生的变形量δ。

进一步的，实际制孔深度h为理论制孔深度H与零件变形量δ之间的差值，即h=H-δ；零件变形量δ为正值表示零件实际制孔面高于理论制孔面，δ为负值表示零件实际制孔面低于理论制孔面。

进一步的，步骤S2中，采用夹簧将N个钻头安装于多主轴排钻刀柄钻孔平面，保证各钻头安装长度一致，装刀长度公差为±0.1mm；多主轴排钻通过HSK刀柄安装于机床主轴。

进一步的，步骤S2中，找正并调试排钻包括：根据不同方向群孔间距，确定排钻安装方向并找正，并调试吸尘、气冷功能，对主轴排钻进行预热。

进一步的，步骤S3中，单个加工单元为包含Φ个群孔点位的矩形块，多主轴排钻夹持N个钻头，移动至初始加工单元起始点位，进给制孔，一次性同时加工出N个孔位；单次制孔完成后沿加工单元横向平移，依次制孔；横向孔位加工完后，再沿加工单元纵向平移依次制孔，直至完成单个加工单元内所有孔位加工。

进一步的，步骤S5中，每完成10个加工单元内孔的加工后，设置暂停程序，抬起机床主轴；将排钻移动至泡沫验证块处，进给制孔，观察泡沫块中钻出孔数是否为排钻钻头夹持数量N；若钻出孔数等于钻头夹持数量，则加工过程中无断刀；若钻出孔数小于钻头夹持数量，则加工过程中钻头断裂，分析断裂钻头位置并记录。

进一步的，根据断刀监测结果，对多主轴排钻加工过程由于钻头断裂造成的漏钻孔位，采用普通单钻头进行补制。

进一步的，步骤S6具体包括：采用针规或塞规对群孔孔径D进行测量，判断其是否满足群孔孔径要求；计算零件制孔区域面积A，记录制出孔个数P，计算群孔孔隙率

综上所述，本发明具有以下优点：

1、本发明采用集成多个钻头的多主轴排钻批量加工高数量级群孔，单次进给同时制出多个孔位，成倍提升加工效率，高数量级群孔加工效率可提升至80%以上；

2、本发明能有效降低高数量级群孔批量制备时换刀频次，减少人工干预，有效提升群孔加工质量和效率，大幅度缩减工期。

附图说明

图1为本发明所述发动机短舱某声衬组件；

图2为本发明所述多主轴排钻结构示意图；

图3为本发明所述群孔批量加工工艺过程；

图4为本发明所述多主轴排钻加工方法流程图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明提出了一种用于高数量级群孔批量制备的多主轴排钻加工方法，参照说明书附图4的方法流程，其实施步骤包括：

步骤一、测量群孔加工部位，基于测量点位逆向建模，根据建模结果调整实际制孔深度。

由于自身结构特征及材料特性等原因，零件成型、装夹过程中易发生变形，导致制孔区域点位特征发生变化。在加工前测量零件群孔加工部位，根据测量数据对零件制孔区域进行逆向建模，分析零件变形情况，根据零件真实情况调整实际制孔深度h。

实际制孔深度h为理论制孔深度H与零件变形量δ之间的差值，即h=H-δ。零件变形量δ有±取值，δ为正（+）值表示零件实际制孔面高于理论制孔面，δ为负（-）值表示零件实际制孔面低于理论制孔面。

步骤二、将N个钻头安装于多主轴排钻刀柄钻孔平面，安装排钻于机床主轴，匹配群孔间距找正排钻，调试排钻吸尘、气冷等各项功能，预热排钻。

采用夹簧将N个钻头安装于多主轴排钻刀柄钻孔平面，保证各钻头安装长度一致，装刀长度公差为±0.1mm。通过HSK刀柄将多主轴排钻安装于机床主轴，根据不同方向群孔间距，确定排钻安装方向并找正，并调试吸尘、气冷等各项功能，对主轴排钻进行预热。

根据不同方向群孔间距确定排钻安装方向并找正是指，多主轴排钻横向与纵向钻头间距不一致，分别为a（横向）和b（纵向）。同时所加工零件不同方向上群孔的孔间距也不一致。安装排钻时需确定所加工零件群孔排布方向与间距，匹配排钻钻头间距，正确安装多主轴排钻。

步骤三、进给多主轴排钻，从制孔曲面上初始PATCH起始点位开始，横向、纵向依次平移制孔，完成单个PATCH内群孔加工。

根据制孔区域曲率特征及孔位偏差，所加工零件制孔曲面被划分为多个PATCH。PATCH为包含Φ个群孔点位的矩形块，是多主轴排钻批量加工声衬群孔的最小加工矩形单元。多主轴排钻夹持N个钻头，移动至初始PATCH起始点位，进给制孔，一次性同时加工出N个孔位。单次制孔完成后沿PATCH横向平移，依次制孔。横向孔位加工完后，再沿PATCH纵向平移依次制孔，直至完成单个PATCH内所有孔位加工。

步骤四、主轴抬起，移动至下一PATCH起始点位，再次进给制孔。

加工完成单个PATCH内所有孔位后，将机床主轴抬起，沿零件制孔区域横向平移，移动至下一PATCH起始点位，重复步骤S3进给制孔。所有横向PATCH加工完成后，再沿零件制孔区域纵向平移，移动至下一PATCH起始点位，重复步骤S3进给制孔，直至完成所有PATCH内孔位加工。

步骤五、完成10个PATCH内群孔加工后，移动主轴至零件外泡沫验证块处，进给制孔，观察制出孔数，分析多主轴排钻断刀情况。

批量加工群孔过程中，每完成10个PATCH内孔的加工后，设置暂停程序，抬起机床主轴。将排钻移动至泡沫验证块处，进给制孔，观察泡沫块中钻出孔数是否为排钻钻头夹持数量N。若钻出孔数等于钻头夹持数量，则加工过程中无断刀；若钻出孔数小于钻头夹持数量，则加工过程中钻头断裂，分析断裂钻头位置并记录。

步骤六、根据断刀监测结果补制漏制孔；

根据断刀监测结果，对多主轴排钻加工过程由于钻头断裂造成的漏钻孔位，采用普通单钻头进行补制。

步骤七、测量群孔孔径及孔隙率是否满足加工要求。

采用针规或塞规对群孔孔径D进行测量，判断其是否满足群孔孔径要求。计算零件制孔区域面积A，记录制出孔个数P，计算群孔孔隙率

实施例1

以航空发动机短舱某声衬组件十万级声衬群孔的制备为例，结合图1~图3，详细说明本发明一种用于高数量级群孔批量制备的多主轴排钻加工方法，具体包括以下步骤：

（1）测量群孔加工部位，调整实际制孔深度h

航空发动机短舱某声衬组件流道面需制出10万个声衬群孔（如图1），直径为φ1.2mm，横向孔间距为7.2mm，纵向孔间距为4.3mm，为制孔深度H为4mm。组件呈变曲率环状薄壁结构，空间尺寸大，极易发生变形。采用在线测量系统对制孔区域进行测量，根据测量数据对制孔区域进行逆向建模。通过对比建模后的实际制孔面与理论制孔面，计算出组件变形量δ在（-0.52～1.58）mm范围内。因此，根据不同制孔区域变形情况，将加工程序中的实际制孔深度h调整为H-δ=（2.42～4.52）mm。

（2）安装多主轴排钻钻头，调试并预热排钻

使用集成9个钻头的多主轴排钻（如图2）加工声衬群孔，钻头排布方式为3×3，横向钻头间距a为28.8mm，纵向钻头间距b为21.5mm。用夹簧将9个钻头安装于多主轴刀柄钻孔平面，保证各钻头安装长度一致，装刀长度为11mm，公差为±0.1mm。通过HSK刀柄将多主轴排钻安装于机床主轴，匹配声衬组件群孔孔间距调整排钻，将排钻横向与组件横向平行，纵向与组件纵向平行，固定安装位置并找正。调试吸尘、气冷等功能，对主轴排钻进行预热。

（3）进给多主轴排钻，加工初始PATCH内群孔

根据声衬组件制孔区域曲率特征及孔位偏差，将制孔曲面划分为多个PATCH。PATCH尺寸为86.4×64.5mm，包含360个群孔点位。将多主轴排钻移动至初始PATCH起始点位，进给制孔，一次性同时加工出9个孔位。单次制孔完成后沿PATCH横向平移，依次制孔。横向孔位加工完后，再沿PATCH纵向平移依次制孔，直至完成单个PATCH内所有孔位加工，共加工出360个孔。

（4）移动至下一PATCH进给制孔

加工完成单个PATCH内所有孔位后，将机床主轴抬起，沿零件制孔区域横向平移，移动至下一PATCH起始点位，重复步骤（3）进给制孔。所有横向PATCH加工完成后，再沿零件制孔区域纵向平移，移动至下一PATCH起始点位，重复步骤（3）进给制孔，直至完成所有PATCH内孔位加工。

（5）监测多主轴排钻断刀情况

每完成10个PATCH群孔加工后，设置暂停程序，抬起机床主轴。将排钻移动至泡沫验证块处，进给制孔，观察泡沫块中钻出孔数是否为9个。若钻出孔数等于钻头夹持数量，则加工过程中无断刀；若钻出孔数小于钻头夹持数量，则加工过程中钻头断裂，分析断裂钻头位置并记录。

（6）补制漏制孔

根据断刀监测结果，对多主轴排钻加工过程由于钻头断裂造成的漏钻孔位，采用普通单钻头进行补制。

（7）测量孔径及孔隙率

采用针规对群孔孔径进行测量，测量结果表明制出孔的孔径范围为φ1.19～φ1.25mm，满足孔径要求φ1.2±0.1mm。组件制孔区域面积为1613400mm

；

计算结果满足孔隙率设计要求（7％±0.5％）。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。