高效加工在飛機(jī)機(jī)翼整體壁板加工上的應(yīng)用

摘要：機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板一次數(shù)控加工成型技術(shù)是當(dāng)今世界航空制造業(yè)中的先進(jìn)高技術(shù)之一，機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板一次數(shù)控加工成型涉及到計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品三維造型技術(shù)，計(jì)算機(jī)模擬及仿真加工技術(shù)。在國內(nèi)首次并成功地將開發(fā)的機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板一次數(shù)控加工成型技術(shù)用于某新機(jī)機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板加工。從加工后的機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板測量數(shù)據(jù)分析，加工精度已達(dá)到國際先進(jìn)水平，從加工過程來看，加工效率已接近國際先進(jìn)水平。
      隨著飛機(jī)性能的不斷提高，對飛機(jī)機(jī)翼的氣動和結(jié)構(gòu)要求越來越高，而且隨著市場多元化的發(fā)展，進(jìn)一步的降低制造成本，使產(chǎn)品更加有競爭力，使許多飛機(jī)制造商面臨的主要問題。 
     在國內(nèi)發(fā)展的一種新型飛機(jī)上，為了進(jìn)一步的降低飛機(jī)的結(jié)構(gòu)重量，減少裝配工作量，采用了更新的飛機(jī)機(jī)翼整體壁板的設(shè)計(jì)思想。它集變厚度蒙皮、長珩、梳狀接頭、口蓋、橫向加強(qiáng)肋與一起，形成新型的飛機(jī)機(jī)翼整體壁板。

機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板正面全圖

機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板理論外形面全圖

新型飛機(jī)機(jī)翼整體壁板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
• 零件加工完成后的尺寸為 10880mm×640mm×64mm，寬度方向的弧形弓高為13mm， 毛料重量：1.898噸，零件重量：221kg。因此其零件尺寸和加工前后重量的變化對加工控制的要求就是一個難點(diǎn)。
• 零件的協(xié)調(diào)要求高是一個難點(diǎn)。要求相鄰的壁板兩端面和15個加強(qiáng)肋的位置偏移不能超過0.5mm。理論外形面對裝配型架的間隙不超過0.5mm。
• 零件加工過程中的變形控制要求在0.5mm以內(nèi)。
• 由于T型筋與加強(qiáng)肋的縱橫交錯成網(wǎng)格狀，使零件內(nèi)部形成了底面為弧形、四周為變化角度的立筋、T型筋的凹槽和槽底面上設(shè)計(jì)的360多個臺階和下陷。
• 由于零件的材料利用率僅有11.6%，切削余量很大。
根據(jù)上述分析地零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們制定下面的加工方案：
• 1、 根據(jù)毛料長11.8米×0.76米×80毫米；毛料1.898噸，零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜并帶有機(jī)翼理論外形的復(fù)合型整體機(jī)翼壁板的加工任務(wù)，選擇合適的五座標(biāo)龍門數(shù)控設(shè)備。
• 2、 在編程過程中，采用對零件的理論外形面和內(nèi)槽進(jìn)行分層粗加工和法向精加工的方法，減少了零件的加工變形，使零件對裝配型架的間隙小于0.5毫米。
• 3、利用五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床的擺角，一次將零件理論外形底面和法向T型立筋加工出來，減少了以前零件理論外形面需要噴丸成型或冷成型加工方法，簡化了零件加工工藝過程，從而大幅度提高了生產(chǎn)效率，減少了加工費(fèi)用。
• 4、利用T型銑刀的特點(diǎn)，完成了零件法向T形立筋和圓弧底面和斜向加強(qiáng)肋的復(fù)合結(jié)構(gòu)的編程及加工。
• 5、在該零件的加工過程中進(jìn)行了不同刀具的加工效果對比，取得了許多的加工經(jīng)驗(yàn)，如：高轉(zhuǎn)速（9000轉(zhuǎn)/分鐘）與高走速（15000毫米/分鐘）的切削參數(shù)。
       因?yàn)榱慵�尺寸的限制，只能選擇我們公司相應(yīng)尺寸規(guī)格的機(jī)床進(jìn)行加工。為了提高加工效率，在實(shí)際生產(chǎn)中正面我們采用五座標(biāo)功能加工零件行腔。粗、精加工一次裝夾完成。為了減少加工過程的零件變形，我們采用了高速分層加工方式；槽腔加工采用對稱、分散的加工方式，盡可能的減少加工過程造成的零件變形。
由于該零件的材料利用率較低，切削過程會產(chǎn)生大量的切屑，在加工中選擇合適的刀具，以及相適應(yīng)切削參數(shù)對加工效率和零件表面質(zhì)量以及控制零件變形有著重要的意義。
      加工的刀具要考慮較多的因素。首先，采用的銑刀刀盤幾何形狀要適應(yīng)曲面加工，要具有良好的切削性能及排屑和斷屑性能，主要要適應(yīng)壁板內(nèi)型面的加工要求，這對于刀具干涉是很重要的因素。在選用刀具時，不僅要根據(jù)機(jī)床主軸的功率、轉(zhuǎn)速，零件材料及刀具和刀片的有關(guān)切削參數(shù)作計(jì)算，而且更進(jìn)一步要根據(jù)后述的仿真加工將其刀片及刀桿和機(jī)床主軸進(jìn)行仿真和干涉檢查計(jì)算，以進(jìn)行綜合考慮。如果刀具干涉，必須修改刀具方案及加工方法等，也就是最后確定的刀具必須在仿真和干涉檢查驗(yàn)證沒有問題后才能確定。在機(jī)床功率、銑頭轉(zhuǎn)速范圍和機(jī)床剛性足夠的條件下，在仿真加工采用不同直徑刀具進(jìn)行計(jì)算，盡量采用大直徑刀具以提高加工效率。因?yàn)榇肆慵�需要進(jìn)行較大的余量去除，所以選擇的切削速度較高。高速切削刀具不僅在耐用度和可靠性方面比常規(guī)加工有更高的要求，在刀具系統(tǒng)的安全性方面也有特殊的要求。所以我們和山特維克公司合作，在加工T型筋區(qū)域時定制了專用的T型銑刀。為了適應(yīng)高速加工的需要，考慮到制造成本，一般的銑削我們選擇機(jī)夾式立銑刀，特殊區(qū)域的立銑刀我們選擇了整體粉末冶金高速鋼刀具。
典型的加工參數(shù)如下：

      理論外形面我們采用五座標(biāo)行切形面，粗、精加工一次完成，在行切到接近理論外形時采用一定的方式，保證機(jī)翼外形正確。
      由于零件比較大，制造夾具得費(fèi)用也比較高，且周期也來不及。為此，我們采用無銑具得加工方式，并且這種方式也有利于加工過程的變形控制。這樣大的零件，在加工過程中采用無銑具的裝夾方式，零件在機(jī)床上正確放置和壓緊，對零件的變形控制和最終尺寸的保證都是十分重要的。需要考慮壓緊位置和機(jī)床運(yùn)動的關(guān)系，還要考慮盡可能的減少零件的毛料尺寸。
機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板一次數(shù)控加工成型技術(shù)是當(dāng)今世界航空制造業(yè)中的最先進(jìn)高技術(shù)之一，機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板一次數(shù)控加工成型涉及到計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品三維造型技術(shù)，計(jì)算機(jī)模擬及仿真加工技術(shù)。對機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板的合理加工工藝方案，裝夾定位技術(shù)，加工方案配以合理的刀具和切削參數(shù)，可以說，每個環(huán)節(jié)和涉及到的技術(shù)都是新技術(shù)問題。我公司有關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過不懈的艱苦努力，作了大量的基礎(chǔ)和開發(fā)工作，首次并成功地將開發(fā)的機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板一次數(shù)控加工成型技術(shù)用于某新機(jī)機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板加工，為國內(nèi)制造廠首次機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板全套采用數(shù)控加工。從加工后的機(jī)翼整體結(jié)構(gòu)復(fù)合壁板測量數(shù)據(jù)分析，加工精度已達(dá)到國際先進(jìn)水平，從加工過程來看，加工效率已接近國際先進(jìn)水平，為國內(nèi)技術(shù)領(lǐng)先水平。該技術(shù)的開發(fā)成功，具有很好的社會和經(jīng)濟(jì)效益，并且對整個航空制造行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，提高我國航空制造業(yè)的市場競爭力都有著重要的意義。