固定翼大梁的工藝分析與優(yōu)化

安衛(wèi)星

（中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)（集團）有限公司，遼寧 沈陽 110850）

1 固定翼大梁的結(jié)構分析

零件材料為模鍛件，是外翼承力構件中的主要零件。該零件長1 700 mm，結(jié)構復雜，不易于裝夾，加工易變形。該零件由緣條、筋條、槽腔、孔組成，裝配位置較多，公差控制嚴格，尤其外形曲率變化大。零件頭部外翼與中央翼對接耳片，裝配要求位置嚴格，數(shù)控保證困難。

零件的正面形狀如圖1所示。

圖1 零件的正面形狀

零件背面形狀如圖2所示。

圖2 零件背面形狀

零件頭部耳片結(jié)構復雜，角度大（40°40′）且加工面積小，加工比較困難。

2 工藝性分析

（1）零件為模鍛件，材料為7B04 T74，頭部耳片余量大，材料切削量也比較大，變形在所難免，如何控制變形，將是零件加工的關鍵；

（2）此零件為雙面結(jié)構，兩面帶槽，需翻面加工。翻面后零件變形，不易裝夾，加工定位困難；

（3）檢測比較困難。零件側(cè)面外形可采用樣板外，其余外形、頭部耳片及凸臺，都無法上樣板檢測，需要測量機測量。

3 工藝的難點

3.1 工藝準備的難點

（1）零件工藝凸臺的設定。此零件形狀比較復雜，加工程序較多，現(xiàn)在模鍛件上增加6個工藝凸臺。零件周邊預留工藝凸臺，在凸臺上使用壓板或者沉頭螺釘，將零件夾緊在銑夾上。此種裝夾的優(yōu)點，是零件在加工中不需要改變裝夾狀態(tài)，節(jié)省了輔助時間，并且降低了裝夾難度，同時避免多次竄動壓板影響零件加工精度。

圖3 零件工藝凸臺

（2）專用工裝的申請。其一是零件頭部耳片加工余量大，加工耳片支撐困難，加工容易變形，如何有效支撐耳片，是設計工裝的關鍵；其二是凸臺上2 -Φ 8 mm 孔位置精度要求高，孔距為（60±0.05）mm，如何保證位置精度，是設計鉆檢模的關鍵。

圖4 凸臺孔位置圖

（3）局部程序的編制。由于頭部耳片與基準面角度為40°40′，首件在63 m 機床加工，首先機床主軸剛性差，加工效率低；其次零件需要兩套工裝，工人上下機床裝夾困難。

基于以上情況，零件后續(xù)轉(zhuǎn)蘭寶帝機床加工，機床A B 角極限值為30°，如何做輔助加工平面，是頭部編程關鍵（見圖5）。

圖5 頭部耳片結(jié)構圖

3.2 加工的難點

（1）變形校正困難。模鍛件在切削中較易變形，而零件的頭部耳片余量大，無法校正，使得控制頭部耳片變形，成為最難解決的問題。

4 加工中的主要問題及解決措施

4.1 變形問題

（1）原方案工藝路線。毛坯檢驗→基準面加工→鉆定位孔2- Φ12H9 →粗銑背面一側(cè)外形及緣條高→粗銑背面另一側(cè)外形及緣條高→粗加工頭部耳片、腹板、內(nèi)形→翻正面，粗加工緣條高→粗加工腹板、緣條內(nèi)形，粗加工頭部外形、內(nèi)形→半精銑頭部耳片內(nèi)外形→精銑頭部外形→翻背面，精加工緣條高、外形→半精銑頭部耳片內(nèi)形→精加工腹板、緣條內(nèi)形→精銑頭部耳片內(nèi)形→翻正面，精銑頭部耳片內(nèi)形→精加工腹板、內(nèi)形→補銑→鉗工修整、鉆孔→半檢→熒光檢查→電導率檢查→表面處理→標識→檢驗。

（2）首件加工后的變形情況。第一件試切后，零件測量時，相對與機翼弦平面來看，整個零件呈扭曲狀態(tài)，零件外形相對與弦平面的最大翹曲量約為2 mm，頭部耳片最大翹曲量約為2.5 mm。

（3）變形的校正處理。零件扭曲變形，數(shù)控目前無能力校正。只能校正零件平面度，通過校正后，零件外形局部最大還差1 mm。頭部耳片無法校正。

既然通過校正還不能滿足加工要求，那只能從工藝方案上想辦法。

（4）工藝方案的分析。分析原加工方案，主要存在問題是：原工藝方案為分層粗銑后，中間沒有過渡環(huán)節(jié)，在零件還沒有充分釋放應力的情況下，直接進入精銑加工。正常的加工是應該通過反復銑切，將大部分應力消除在精銑之前。另外一個Φ 12 H9 定位孔應留余量，用于調(diào)整零件粗加工后的變形量。

（5）工藝方案的調(diào)整。經(jīng)上述的分析，工藝方案更改如下：

毛坯檢驗→基準面加工→鉆定位孔一個Φ12 H9，一個Φ 10 H9→數(shù)控精銑基準面→粗銑背面一側(cè)外形及緣條高→粗銑背面另一側(cè)外形及緣條高→粗加工背面頭部耳片內(nèi)形、腹板→翻正面，粗加工緣條高→粗加工腹板、緣條內(nèi)形，粗銑頭部耳片外形、內(nèi)形→擴定位孔Φ 10 H9 至Φ 12 H9→翻背面，精銑緣條高、半精銑外形→半精銑頭部耳片內(nèi)形→半精加工腹板、緣條內(nèi)形→翻正面，精加工緣條高→半精銑頭部耳片內(nèi)外形→半精加工腹板、緣條內(nèi)形→精銑頭部耳片內(nèi)外形→翻背面，精銑外形留1 mm 余量送測量機測量→精銑外形（根據(jù)外形留1 mm 余量測量單進行加工）→精加工腹板、緣條內(nèi)形→精銑頭部耳片內(nèi)形→翻正面，精加工腹板、內(nèi)形→精銑頭部耳片內(nèi)形→補銑→鉗工修整、鉆孔→半檢→熒光檢查→電導率檢查→表面處理→標識→檢驗。

（6）前后方案的對比。經(jīng)比較，前后方案的主要不同在于：

其一，增加精銑腹板定位面工序，通過銑切腹板定位面的方式，消除定位面的變形；

其二，定位孔一個留余量（Φ 10 H9），粗銑后擴至Φ 12 H9。便于調(diào)整零件粗加工后的變形量；

其三，增加半精銑工序，盡量去除各轉(zhuǎn)角及斜面的余量，減少精加工的切削量。銑耳片內(nèi)形時，半精銑與精銑耳片內(nèi)形時應分開，不要在不翻面的情況下，半精銑與精銑同時加工，這樣不利于應力釋放，精銑外形先留1 mm 余量進行測量，根據(jù)測量情況再精加工外形；

其四，粗銑的余量由原來的3 mm 改為5 mm，并在粗銑后盡可能安排自然時效，將零件放置一段時間，應有助于內(nèi)部應力的釋放；

其五，采用先少后多的切削方式，既先加工型面較簡單的一面，再翻面加工型面較復雜的一面，使切削力互相抵消。

經(jīng)上述改進后，方案實施的效果較好，零件測量時的定位比較穩(wěn)定。

4.2 專用工裝的申請

零件頭部耳片余量大，切削極易變形。為了防止零件耳片變形，在新制工裝時，根據(jù)耳片角度制可調(diào)整高度的螺栓，以支撐耳片斜面。

圖6 專用工裝圖

4.3 局部程序的編制

由于頭部耳片與基準面角度為40°40′，由于前面介紹的原因，零件后續(xù)轉(zhuǎn)蘭寶帝機床加工，機床A B 角極限值為30°。為了能在該機床加工，程序編制前必須做輔助平面。

首先在零件上提取表面③，在零件40°40′平面上做平移平面②，同時做與平面②成20°的平面①；其次做平面②和平面①與表面③的相交線④；最后將相交線④生成多截面曲面（見圖7）。

圖7 編程所需輔助面

在零件五軸輪廓加工中，導動曲面選新生成的多截面曲面，刀軸引導方式選combin parelm。

圖8 編程刀軸方式圖

5 結(jié)束語

以上所述，僅是對模鍛件在加工過程中出現(xiàn)的主要問題解決方案進行的初步探討，目前還有很多不足的地方，日后還需不斷完善。

[1]沈興全.現(xiàn)代數(shù)控編程技術及應用（第3 版）[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2]楊 豐,黃登紅.數(shù)控加工工藝與編程[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[3]呂斌杰.數(shù)控加工中心（FANUC、SIEMENS系統(tǒng)）編程實例精粹[M].北京：化學工業(yè)出版社，2009.

[4]朱 勇.數(shù)控機床仿真加工[M].上海：上海科學技術出版社，2009.

[5]王細洋.現(xiàn)代制造技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[6]楊叔子.機械加工工藝師手冊（第2 版）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.