|
航空与航天设备 |
|
| 按行业筛选 |
|
|
| 按产品筛选 |
|
|
| |
|
查看本类全部文章 |
| |
|
|
|
|
波音737德州星精加工技术的研究与应用 |
|
|
作者：沈飞民用飞机有限责任公司 李森 |
|
摘要：德州星组件精度要求高，为保证产品质量，采用精加工技术，本文主要阐述精加工技术的研究、精加工设备及参数的选择、精加工技术应用。
关键词：精加工无应力定位夹紧自动进给钻镗刀 盘铣刀
引言
我公司生产的新一代波音737-X 48 段中的德州星组件有互替换要求，接头材料为钛合金和铝合金锻件两种，衬套为不锈钢,在耳片接头铣切加工的过程中，不但面临加工钛合金的困难而且要保证整个产品的定位准确,以及加工后的尺寸精度和位置精度,基于这些要求,对于德州星接头耳片端面的铣切和孔的加工采用精加工技术。
德州星精加工技术是一种在飞机装配上使用的机械加工技术，德州星的精加工过程是在精加工台上完成的，在加工的过程中使用了组合盘铣刀、自动进给钻、啄钻、专用压套工具和镗刀等多种工具。加工使用的专用数控机床包含了机械、数字控制、液压传动和电气等多学科多专业的技术。
1、研制过程
1.1 德州星在精加工台上的无应力定位夹紧机构
由于精加工是最后一道工序，而且也是最重要的一道工序，并且德州星组件要重复上精加工台，必须做到无应力定位压紧。因此如何解决无应力压紧问题至关重要。
1.1.1 无应力定位压紧
飞机部件在定位压紧过程中，为了平衡精加工时的切削力，通过在精加工工装上设置一定数量的浮动式压紧器，解决因零件制造、铆接装配的积累误差以及铆接变形等因素引起的强迫压紧现象，称为无应力定位压紧。德州星精加工台的设计和制造就采取了这种无应力定位和夹紧方式。
1.1.2 无应力定位压紧机构设计
（1）定位基准
按照产品的制造基准，德州星在精加工台上的定位基准为铰链轴轴线、左铰链衬套内端面、前梁工程基准点。
（2）定位机构设计
为满足工装使用要求，解决德州星在精加工台上的定位问题，我们设计了如图1 所示的定位机构：利用铰链轴轴线控制德州星的前后及水平方向，利用左铰链内侧衬套内端面控制德州星的左右对称方向，见图2；利用前梁工程基准控制德州星绕铰链轴的旋转问题，见图3；从而实现了德州星在精加工台上的自由调整及准确定位。
图1 德州星在精加工台上的定位机构简图
图2 铰链轴轴线及左右对称方向定位器
图3 前梁工程基准处的定位机构
（3）无应力压紧结构设计
德州星在精加工台内调整定位后，必须采用压紧器压牢，以防止其在精加工过程中产生振动和移动。压紧器应配置在被加工部位的近处并采用游动式结构，以免产生强迫压紧现象。综合以上因素，我们在德州星的前、后梁处设置了4 组无应力压紧单元对德州星进行压紧，见图4。每组无应力压紧单元主要由千斤顶和压紧器等元件组成，其中千斤顶为关键元件。千斤顶和压紧器结构见图5。
图4 精加工台压紧机构
图5 千斤顶和压紧器结构简图
1.千斤顶 2.压紧器
无应力定位压紧机构在德州星精加工台上的成功应用，彻底解决了德州星在精加工过程中产生的强迫压紧问题，简化了精加工台的设计与制造过程、缩短了精加工台的制造周期、降低了操作者的劳动强度，是一项非常有发展前景的新机构。若推广应用到其它项目，必将产生深远的影响。
1.2 德州星耳片接头工艺性分析
1.2.1 后梁耳片端面和孔的初始和加工后状态见图6和表1
1.2.2 前梁耳片端面和孔的初始和加工后状态见图7和表2
C、D 锪平直径为φ109.21mm、φ90.68mm。
E、F 锪平直径为φ63.50mm。
1.2.3 加工尺寸及精度分析
从表1 和表2 中可以算出各个耳片需加工的尺寸和各个被加工元素的精度要求，工程要求各个孔相对于一些基准点的位置度公差仅为0.012mm。
1.2.4 德州星耳片加工材料的工艺性分析
(1) 材料性能
在德州星精加工中，加工槽口时需要加工钛合金(Ti-6AL-4V)、铝合金（前梁7050-T74，后梁7050-T01）两种材料，加工孔时需要加工钛合金、不锈钢、铝合金三种材料，钛合金(Ti-6AL-4V)有如下特点:属a+b相钛合金,此合金具有高温下强度较高、硬度高、热稳定性好,内部组织稳定,高温下变形性能较好,韧性、塑性好。
(2) 加工工艺性:
Ti-6AL-4V 属难加工材料,切削时，切削压力较大，刀具与被加工材料之间易粘接，产生严重的粘刀现象；
导热性差，刀具会因为过热而易受到损伤；弹性模量小、屈强度比大，加工中易产生材料回弹；化学活性大加工中产生化学反应产生脆硬层。
不锈钢加工工艺性是粘度大，导热性差。
这样，在刀具的材料、切削量和刃磨参数的选择上，要充分考虑这些材料的加工特点，使其能同时加工钛合金、不锈钢、铝合金三种材料。
1.3 铣切刀具的选择与切削实验研究
1.3.1 加工流程
根据加工材料、加工尺寸和加工精度等指标，我们经过论证和试验将精加工的具体流程规定如下：
（1）在精加工台上铣切前、后梁耳片端面和加工安装衬套前的底孔。后梁端面的铣切分粗铣和精铣两步来实现，前梁每个端面的铣切一步实现，但是盘铣刀的进给量可由加工器上的螺旋千分尺来体现和控制，切削量内侧每面1.90mm，外侧每面2.16mm。
（2）精加工前、后梁底孔。
（3）在加工完端面和底孔后，用FTI 压套工具安装FTI衬套。
（4）将德州星组件再定位夹紧到精加工台上，进行衬套孔的精加工。
1.3.2 刀具的选择
（1）加工交点孔的工具、刀具选择
交点孔的加工在精加工台上完成。德州星的耳片厚度都约为20mm，孔直径大于F27.00mm 并且孔公差小。
根据加工流程刀具、工具选择和加工方法如下：
工具：工具采用自动进给钻，自动进给钻的夹紧采用轴配合夹紧方式。
刀具：采用镗刀。选用镗刀加工有利于排屑和散热，能获得较高的加工精度，而且容易刃磨和调整。镗刀的选择要考虑以下因素：加工材料的加工工艺性、转速、刀具参数、进给量、自动进给钻的功率、导向。
每一组耳片的前后两个孔用同一把带前导和后导的镗刀。
导套：镗刀的前导套和后导套定位在精加工台的支座孔内，保证孔的位置。孔的加工质量由镗刀的尺寸、自动进给钻的进给量和转速及镗刀与导套、导套与支座孔的配合精度保证。
自动进给钻参数确定:自动进给钻选用74PAV-2002-M11 转速每分85/240(加工材料为钛合金故选择125转/分),进给量:0.002 英寸。
（2）前梁盘铣刀的选择
前梁端面的加工在精加工台完成。端面的加工用端面铣刀完成。端面铣刀的直径由工程图纸上端面直径经过换算后得出。刀片的数量及角度由进给量、转速、加工材料、加工面积决定。设计后的端面铣刀加工面上均匀分布4 片铣切刀片。由气动马达带动端面铣刀作旋转切削运动，手动进给，进给量的大小由手柄上的刻度读出，我们经过试验得出，进给量为0.02mm 时加工效果最合适，经过计算控制进给总量。
（3）后梁端面铣刀选择：
为实现后梁端面尺寸及精度要求,采用组合盘铣刀(见图8)，铣刀由粗铣刀和精铣刀。每一组铣刀有一个刀轴和四个刀盘组成,每个刀盘上有20 个刀片，刀片的材料采用钴合金，刀片要锋利。4 片圆盘铣刀通过刀轴组合在一起，形成一组铣刀。每片圆盘铣刀上面。由于刀轴刚性好和刀片位置排列合理，4 片圆盘铣刀同时工作时，工件和刀具的受力均匀无震动。每片圆盘铣刀上的每个刀片的轴向尺寸和径向尺寸都必须一致以保证平面度。由于刀具在设备的主轴上安装后位置不能完全一致，因此采用刀具固定的方法，根据加工的铣切量、工程图纸和工装上的对刀块经过严格的计算和测量校准，分别组装出左右粗铣、精铣四组铣刀。调整好之后，加工后尺寸得到保证。刀片的磨损在较长的一段时间内对加工尺寸产生影响是可以接受的。
（4）刀片排布
每个刀盘上均匀排列20 个刀片,刀盘之间交错排列，刀盘之间的刀片成一斜线,由于刀片在圆周方向上间距较小,加工时切削力恒定,消除了刀具的振动和啃刀现象。
1.3.3 铣刀转速与进给量的确定
在加工的实验过程中,匀速转动的刀具,在切入、切出以及切削量最大处容易产生振动,而且一旦出现振动现象,则愈振愈烈,以至产生严重的啃伤。经多次的实验总结,刀具转速采用正弦波动转速,有效地消除了振动,转速V 见图9。转速公式为：V=[30+5SIN(wt)]转/分
从以上公式分析可见, 每转切削面积AREA1和每齿切削面积AREA2在加工过程中都是从最小到最大,再从最大到最小的动态变化过程。
1.4 在精加工过程中的注意事项：
（1） 风压应在7 个大气压以上，最低不低于6个大气压,气压不足和气压变化较大都会影响定位器和加紧器的变动，从而影响孔的加工质量。
（2） 冷却液要充分，它不仅可以降低切削热，还可以减少刀具与工件的摩擦。
（3） 由于铝合金、钛合金和不锈钢的加工性能不一样，从我们做的大量实验，我们得出的结论是：铝合金用比下限值大0.005mm 的刀，钛合金用比上限值小0.005mm的刀，不锈钢用公差中值的刀。
（4） 当加工后的孔径小，但不超过0.03mm时，不要再用刀来补加工，要用珩磨片来修复。
2．技术创新点
精加工技术是一项全新的技术，在我公司德州星精加工研制过程中，主要有以下创新点：
（1）在加工孔时，选择镗刀来代替铰刀。镗刀刃部直径易调整，可重复调整、试切，达到最理想的尺寸，镗刀加工的孔精度高，镗刀杆比刃部直径小，利于排屑，避免切屑对孔壁的划伤。
（2）用珩磨片代替铸铁研磨棒加研磨膏的方法来修复孔。珩磨片可以翻折，对孔径的大小适应范围很广，安装在风钻上很快很可靠地将孔修整到符合要求，并且孔的精度和粗糙度都能得到保证。
（3） 用组合盘铣刀加工端面。刀片是镶嵌式的，易于更换，并且一次可以加工多个端面。
（4） 无应力定位夹紧，这种定位夹紧组件方式的采用，可以保证加工时不产生应力，并且能够保证德州星组件的协调性和互换性。
3. 推广应用前景
德州星精加工技术，通过我公司科技人员的努力，取得了很大的成功，证明了我公司的科研能力。此研制成果在高精度槽口铣切、高精度孔加工、加工后的互换性等方面开辟了一条新路，随着我国民机等行业的蓬勃发展，此技术将会得到更为广泛的推广和应用。
参考文献：
[1] 陈同安.飞机制造工艺技术[M].沈阳飞机工业（集团）有限公司,1995年
[2] 范玉清.现代飞机制造技术[M].北京航空航天大学出版社,2001年
[3] 张耀良,韩广才.航空材料学[M].哈尔滨工程大学出版社,2002年
|
|
| 文章内容仅供参考
(投稿)
(如果您是本文作者，请点击此处)
(7/17/2012) |
对 航空与航天设备 有何见解？请到 航空与航天设备论坛 畅所欲言吧！
|
