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高效加工在飞机机翼整体壁板加工上的应用 |
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摘要：机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术是当今世界航空制造业中的先进高技术之一，机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型涉及到计算机辅助产品三维造型技术，计算机模拟及仿真加工技术。在国内首次并成功地将开发的机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术用于某新机机翼整体结构复合壁板加工。从加工后的机翼整体结构复合壁板测量数据分析，加工精度已达到国际先进水平，从加工过程来看，加工效率已接近国际先进水平。
随着飞机性能的不断提高，对飞机机翼的气动和结构要求越来越高，而且随着市场多元化的发展，进一步的降低制造成本，使产品更加有竞争力，使许多飞机制造商面临的主要问题。
在国内发展的一种新型飞机上，为了进一步的降低飞机的结构重量，减少装配工作量，采用了更新的飞机机翼整体壁板的设计思想。它集变厚度蒙皮、长珩、梳状接头、口盖、横向加强肋与一起，形成新型的飞机机翼整体壁板。
机翼整体结构复合壁板正面全图
机翼整体结构复合壁板理论外形面全图
新型飞机机翼整体壁板结构特点
• 零件加工完成后的尺寸为 10880mm×640mm×64mm，宽度方向的弧形弓高为13mm， 毛料重量：1.898吨，零件重量：221kg。因此其零件尺寸和加工前后重量的变化对加工控制的要求就是一个难点。
• 零件的协调要求高是一个难点。要求相邻的壁板两端面和15个加强肋的位置偏移不能超过0.5mm。理论外形面对装配型架的间隙不超过0.5mm。
• 零件加工过程中的变形控制要求在0.5mm以内。
• 由于T型筋与加强肋的纵横交错成网格状，使零件内部形成了底面为弧形、四周为变化角度的立筋、T型筋的凹槽和槽底面上设计的360多个台阶和下陷。
• 由于零件的材料利用率仅有11.6%，切削余量很大。
根据上述分析地零件结构特点，我们制定下面的加工方案：
• 1、 根据毛料长11.8米×0.76米×80毫米；毛料1.898吨，零件结构复杂并带有机翼理论外形的复合型整体机翼壁板的加工任务，选择合适的五座标龙门数控设备。
• 2、 在编程过程中，采用对零件的理论外形面和内槽进行分层粗加工和法向精加工的方法，减少了零件的加工变形，使零件对装配型架的间隙小于0.5毫米。
• 3、利用五坐标数控机床的摆角，一次将零件理论外形底面和法向T型立筋加工出来，减少了以前零件理论外形面需要喷丸成型或冷成型加工方法，简化了零件加工工艺过程，从而大幅度提高了生产效率，减少了加工费用。
• 4、利用T型铣刀的特点，完成了零件法向T形立筋和圆弧底面和斜向加强肋的复合结构的编程及加工。
• 5、在该零件的加工过程中进行了不同刀具的加工效果对比，取得了许多的加工经验，如：高转速（9000转/分钟）与高走速（15000毫米/分钟）的切削参数。
因为零件尺寸的限制，只能选择我们公司相应尺寸规格的机床进行加工。为了提高加工效率，在实际生产中正面我们采用五座标功能加工零件行腔。粗、精加工一次装夹完成。为了减少加工过程的零件变形，我们采用了高速分层加工方式；槽腔加工采用对称、分散的加工方式，尽可能的减少加工过程造成的零件变形。
由于该零件的材料利用率较低，切削过程会产生大量的切屑，在加工中选择合适的刀具，以及相适应切削参数对加工效率和零件表面质量以及控制零件变形有着重要的意义。
加工的刀具要考虑较多的因素。首先，采用的铣刀刀盘几何形状要适应曲面加工，要具有良好的切削性能及排屑和断屑性能，主要要适应壁板内型面的加工要求，这对于刀具干涉是很重要的因素。在选用刀具时，不仅要根据机床主轴的功率、转速，零件材料及刀具和刀片的有关切削参数作计算，而且更进一步要根据后述的仿真加工将其刀片及刀杆和机床主轴进行仿真和干涉检查计算，以进行综合考虑。如果刀具干涉，必须修改刀具方案及加工方法等，也就是最后确定的刀具必须在仿真和干涉检查验证没有问题后才能确定。在机床功率、铣头转速范围和机床刚性足够的条件下，在仿真加工采用不同直径刀具进行计算，尽量采用大直径刀具以提高加工效率。因为此零件需要进行较大的余量去除，所以选择的切削速度较高。高速切削刀具不仅在耐用度和可靠性方面比常规加工有更高的要求，在刀具系统的安全性方面也有特殊的要求。所以我们和山特维克公司合作，在加工T型筋区域时定制了专用的T型铣刀。为了适应高速加工的需要，考虑到制造成本，一般的铣削我们选择机夹式立铣刀，特殊区域的立铣刀我们选择了整体粉末冶金高速钢刀具。
典型的加工参数如下： 
理论外形面我们采用五座标行切形面，粗、精加工一次完成，在行切到接近理论外形时采用一定的方式，保证机翼外形正确。
由于零件比较大，制造夹具得费用也比较高，且周期也来不及。为此，我们采用无铣具得加工方式，并且这种方式也有利于加工过程的变形控制。这样大的零件，在加工过程中采用无铣具的装夹方式，零件在机床上正确放置和压紧，对零件的变形控制和最终尺寸的保证都是十分重要的。需要考虑压紧位置和机床运动的关系，还要考虑尽可能的减少零件的毛料尺寸。
机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术是当今世界航空制造业中的最先进高技术之一，机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型涉及到计算机辅助产品三维造型技术，计算机模拟及仿真加工技术。对机翼整体结构复合壁板的合理加工工艺方案，装夹定位技术，加工方案配以合理的刀具和切削参数，可以说，每个环节和涉及到的技术都是新技术问题。我公司有关技术人员经过不懈的艰苦努力，作了大量的基础和开发工作，首次并成功地将开发的机翼整体结构复合壁板一次数控加工成型技术用于某新机机翼整体结构复合壁板加工，为国内制造厂首次机翼整体结构复合壁板全套采用数控加工。从加工后的机翼整体结构复合壁板测量数据分析，加工精度已达到国际先进水平，从加工过程来看，加工效率已接近国际先进水平，为国内技术领先水平。该技术的开发成功，具有很好的社会和经济效益，并且对整个航空制造行业的技术进步，提高我国航空制造业的市场竞争力都有着重要的意义。
作者简介：古秦晋 男 1962年出生；西安飞机工业集团公司机加工艺科科长，高级工程师 (end)
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(11/17/2006) |
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