一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法与流程

本发明涉及数控加工领域，特别涉及一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法。

背景技术：

1、推进剂贮箱是运载火箭的主承载部件，是由高比强度铝合金薄板成型而成的大尺寸薄壁结构件，其重量占火箭总重量的80％～90％，往往服役于极端工况(千吨以上发射动载、3～6g加速度、环境温度低于-250℃)。贮箱箱底位于火箭燃料贮箱的两端，是贮箱的关键组成部分。

2、大面域球冠加工技术包括化学铣削和机械铣削两种。化学铣削采用逐层累进、等侵蚀比化学腐蚀加工原理，尺寸偏差大、零件余重多，加工效率低，且化学铣削工艺复杂，环境污染大。相较于化学铣削，机械铣削通过数字信号控制刀具运动进行高效加工，对贮箱结构适应能力强，从而获得较高的加工效率。

3、相对于“瓜瓣铣削数字化、组合拼焊”制造方式，整体成形贮箱箱底一般采用整体旋压(中间冷旋+端口热旋)方式成型，可有效减少焊缝，保持材料连续性，提高箱底的可靠性和整体力学性能。目前，整体成形箱底已逐步在运载火箭贮箱上进行应用。

4、结构一体式贮箱箱底为典型的类椭球大型薄壁结构，具有几何尺寸大、形状复杂、径厚比大、材料去除比重高等特征，加工工艺性差。按照原始设计尺寸对箱底进行常规数控加工，由于存在装夹误差，型胎无法完全贴合等问题，导致壁厚尺寸一致性难以保证。目前一般采用镜像铣加工技术保证箱底壁厚尺寸精度，但镜像铣设备造价高、维护成本高，可复制性差。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提出一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，实现了箱底的高质量加工，通用性强，易复制。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，包括如下步骤：

4、步骤1：按理论廓线车削箱底内型面；

5、步骤2：将箱底套装在外型面铣削工装上；

6、步骤3：采用顶紧螺栓支撑箱底内型面；

7、步骤4：在标准型面上规划壁厚在机测量轨迹；

8、步骤5：沿壁厚在机测量轨迹在外型面上采用铣刀加工壁厚测量基准面；

9、步骤6：沿壁厚在机测量轨迹采用电磁超声测头在机扫描测量壁厚；

10、步骤7：根据壁厚实测数据和标准型面重构箱底实际内型面；

11、步骤8：按实际内型面并结合箱底模型，构造加工目标曲面；

12、步骤9：按构造的加工目标曲面编程并生成加工代码后输入至数控系统进行型面加工；

13、步骤10：割去工艺边。

14、进一步的，按理论廓线车削箱底内型面，具体包括如下步骤：

15、步骤1.1：找正内型面车削卡槽工装基准外圆；所述卡槽工装为环状工装，且设置有圆环状卡槽，卡槽工装的外圆为基准外圆，沿轴向设置有侧向顶块；

16、步骤1.2：将箱底毛坯大端放入卡槽工装的卡槽中，并通过调整侧向顶块，找正箱底外型面；

17、步骤1.3：配作销孔，并通过连接销将箱底毛坯与卡槽工装固定在一起；

18、步骤1.4：翻身将卡槽工装放置在支撑工装上，找正卡槽工装基准外圆并压紧；

19、步骤1.5：装夹完成后采用车刀按照内型面理论廓线加工箱底内型面。

20、进一步的，所述外型面铣削工装为半球状结构，底边处设有圆环状法兰，半球状结构上沿经纬方向设计呈点阵分布的顶紧螺钉安装孔，同时在法兰面上沿周向局部设计3处导向销轴。

21、进一步的，所述将箱底套装在外型面铣削工装上，具体为：整体成形箱底内型面车削完成后，不拆除卡槽工装，避免拆除后箱底发生变形；将箱底套装在外型面铣削工装上采用导向安装的方式，卡槽工装上对应设计的导向孔与外型面铣削工装上的导向销轴对应安装，使箱底沿轴向垂直安装，提高初始安装型胎贴合度，避免由于安装时存在偏斜导致的箱底无法安装到位、型胎贴合度差的问题。

22、进一步的，外型面铣削工装的外型面上设计的顶紧螺栓安装螺纹孔，经线和纬线方向螺纹孔间距不大于100mm。

23、进一步的，所述采用顶紧螺栓支撑箱底内型面，具体为：

24、箱底安装到位后，首先采用螺栓将卡槽工装沿轴向压紧，然后在外型面铣削工装内部采用顶紧螺钉支撑箱底内型面，顶紧螺钉安装时采用力矩扳手，拧紧力矩大于螺钉摩擦力矩，确保螺钉与箱底内型面接触起到支撑作用，然后再采用螺母固定顶紧螺钉位置，防止箱底铣削时将顶紧螺钉震松。

25、进一步的，采用力矩扳手在铣削工装内部拧紧顶紧螺钉，拧紧力矩大于螺钉摩擦力矩，即拧紧力矩大于螺纹副的螺纹阻力矩，且不超过螺纹阻力距的1.1倍。

26、进一步的，所述标准型面为箱底理论内型面向外偏置距离a得到，其中a大于箱底最大壁厚值+2mm。

27、进一步的，所述壁厚在机测量轨迹为标准型面沿经线等弧长规划出的一组圆形纬线，其中弧长间距为30-50mm。

28、进一步的，所述沿壁厚在机测量轨迹在外型面上采用铣刀加工壁厚测量基准面时，铣刀直径大于测头直径，每齿切削进给量fz≤0.1mm/z。

29、进一步的，所述沿壁厚在机测量轨迹在外型面上采用铣刀加工壁厚测量基准面时，铣刀轴线方向为在机测量轨迹线上各点在标准型面的法线方向。

30、进一步的，所述电磁超声测头通过数据线与上位机连接，同时上位机与机床数控系统连接，实现机床主轴实时坐标位置与对应实测壁厚一一对应输出。

31、进一步的，所述电磁超声测头沿测量轨迹的扫描进给速度根据测头频率决定，确保两个测点间的间距小于2mm。

32、进一步的，所述根据壁厚实测数据和标准型面重构箱底实际内型面，具体为：将标准型面测量轨迹上各点沿法向向内移动生成实际内型面上的对应点，然后通过生成的沿经纬分布的内型面各点重构箱底内型面，其中各点沿法向移动距离为壁厚实测值。

33、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

34、(1)本发明方法采用常规五轴龙门加工设备，辅以壁厚在机测量并结合cam软件曲面重构功能，实现了箱底的高质量加工，通用性强，易复制。

35、(2)本方法采用卡槽工装并结合导向安装设计，实现箱底套装时沿垂直方向装入并压紧，大大提高箱底的安装到位程度，进而提高箱底的初始贴合度。

36、(3)本发明方法采用外型面铣削型胎工装，通过呈点阵式分布的顶紧螺栓从内部支撑箱底内型面，消除贴合间隙的同时提高了加工刚性及刚性一致性，避免局部型胎不贴合导致的刚度不一致而引起的壁厚不一致，同时提高了加工效率。

技术特征：

1.一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于包括：

2.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：按理论廓线车削箱底内型面，具体包括：

3.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述外型面铣削工装为半球状结构，底边处设有圆环状法兰，半球状结构上沿经纬方向设计呈点阵分布的顶紧螺钉安装孔，同时在法兰面上沿周向局部设计3处导向销轴。

4.根据权利要求3所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述将箱底套装在外型面铣削工装上，具体为：整体成形箱底内型面车削完成后，不拆除卡槽工装，避免拆除后箱底发生变形；将箱底套装在外型面铣削工装上采用导向安装的方式，卡槽工装上对应设计的导向孔与外型面铣削工装上的导向销轴对应安装，使箱底沿轴向垂直安装，提高初始安装型胎贴合度，避免由于安装时存在偏斜导致的箱底无法安装到位、型胎贴合度差的问题。

5.根据权利要求3所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：外型面铣削工装的外型面上设计的顶紧螺栓安装螺纹孔，经线和纬线方向螺纹孔间距不大于100mm。

6.根据权利要求4所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述采用顶紧螺栓支撑箱底内型面，具体为：

7.根据权利要求6所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：采用力矩扳手在铣削工装内部拧紧顶紧螺钉，拧紧力矩大于螺钉摩擦力矩，即拧紧力矩大于螺纹副的螺纹阻力矩，且不超过螺纹阻力距的1.1倍。

8.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述标准型面为箱底理论内型面向外偏置距离a得到，其中a大于箱底最大壁厚值+2mm。

9.根据权利要求8所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述壁厚在机测量轨迹为标准型面沿经线等弧长规划出的一组圆形纬线，其中弧长间距为30-50mm。

10.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述沿壁厚在机测量轨迹在外型面上采用铣刀加工壁厚测量基准面时，铣刀直径大于测头直径，每齿切削进给量fz≤0.1mm/z。

11.根据权利要求10所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述沿壁厚在机测量轨迹在外型面上采用铣刀加工壁厚测量基准面时，铣刀轴线方向为在机测量轨迹线上各点在标准型面的法线方向。

12.根据权利要求1所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述电磁超声测头通过数据线与上位机连接，同时上位机与机床数控系统连接，实现机床主轴实时坐标位置与对应实测壁厚一一对应输出。

13.根据权利要求12所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述电磁超声测头沿测量轨迹的扫描进给速度根据测头频率决定，确保两个测点间的间距小于2mm。

14.根据权利要求10所述的一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，其特征在于：所述根据壁厚实测数据和标准型面重构箱底实际内型面，具体为：将标准型面测量轨迹上各点沿法向向内移动生成实际内型面上的对应点，然后通过生成的沿经纬分布的内型面各点重构箱底内型面，其中各点沿法向移动距离为壁厚实测值。

技术总结本发明涉及一种运载火箭贮箱整体成形箱底的数控加工方法，包括：按理论廓线车削箱底内型面；将箱底套装在外型面铣削工装上；采用顶紧螺栓支撑箱底内型面；在标准型面上规划壁厚在机测量轨迹；沿测量轨迹在外型面上采用铣刀加工壁厚测量基准面；沿测量轨迹采用电磁超声测头在机扫描测量壁厚；根据壁厚实测数据和标准型面重构箱底实际内型面；按实际内型面并结合箱底模型，通过CAM软件偏置裁剪构造加工目标曲面；进行型面加工，割去工艺边。本发明数控加工方法通过采用常规五轴龙门加工设备，辅以壁厚在机测量并结合CAM软件曲面重构功能，解决了箱底壁厚尺寸难保证的问题，实现了箱底的高质量加工，是一种通用性强，易复制的箱底加工方法。技术研发人员：张永升,林飞鸿,杨学勤,于谋雨,赵淘,刘海波,郭国强受保护的技术使用者：上海航天精密机械研究所技术研发日：技术公布日：2024/10/10