激光刻型技術(shù)在化銑登機門零件上的應(yīng)用

孫新

摘 要 因化銑登機門零件剛性差、易變形、曲率大、化銑區(qū)域密集等特點，制約著數(shù)控激光刻型技術(shù)在該類零件上的使用。通過對該類零件成型后變形情況、化銑區(qū)域分布情況及刻型面、走刀路徑處理等的分析和試驗，實現(xiàn)了數(shù)控激光刻型技術(shù)的成功應(yīng)用，極大地提高了該類產(chǎn)品的加工質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞 化銑；登機門；數(shù)控激光刻型；工藝分析

中圖分類號 V2 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0088-02

因國內(nèi)各大飛機制造企業(yè)才開始著手激光刻型技術(shù)的應(yīng)用研究，相關(guān)設(shè)備、技術(shù)及經(jīng)驗的欠缺，制約著該技術(shù)在薄壁雙曲度蒙皮零件的推廣應(yīng)用。登機門零件作為典型的薄壁雙曲度蒙皮，因剛性差、易變形、且曲率較大、化銑區(qū)域密集等特點，成為數(shù)控激光刻型技術(shù)應(yīng)用的難點。

本文應(yīng)用TORRESLASER數(shù)控激光刻型設(shè)備[1]對登機門蒙皮零件進行激光刻型技術(shù)研究，通過分析零件型面變形情況，刻型加工面、走刀軌跡選取方式等，闡述了該類零件通過柔性裝夾實現(xiàn)激光刻型的加工方法。

1 應(yīng)用研究

1.1 零件變形分析

登機門零件在拉伸成型過程中會產(chǎn)生一定的回彈變形，影響零件型面的準(zhǔn)確性。雖然通過優(yōu)化拉伸工藝參數(shù)及模具補償?shù)姆绞娇梢愿纳评鞈?yīng)力分布，減少回彈對零件型面的影響，但是，零件拉伸成型后實際型面與理論型面仍然存在差異，如圖1所示。

貼膜度是衡量板料成型質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)。圖1中根據(jù)貼膜度可以看出零件成型后的實際型面與理論型面的差異情況，深藍(lán)色區(qū)域最接近理論數(shù)模，變形量最小，橙色區(qū)域的貼膜度最不理想，而貼膜度越好成型后零件的型面約準(zhǔn)確，所以，深藍(lán)色區(qū)域為最優(yōu)選的定位區(qū)域。為了保證激光刻型的準(zhǔn)確性，故在進行激光刻型數(shù)控程序編制及數(shù)控刻型加工中，需要考慮零件變形對加工工藝的影響。

1.2 零件的裝夾

蒙皮零件銑切的加工難點不在于機床本身，而在于零件裝夾和加工支承。蒙皮類薄板零件，在刀具對夾持點之間的懸空區(qū)域，特別是較薄蒙皮施加切削力時，該部位蒙皮會不可避免地發(fā)生振顫，使銑切深度和表面粗糙度無法控制，達不到化銑不同深度凹面的要求[2]。在零件成型過程中，一般零件曲率越大，成型后貼膜度越不好，即成型后零件型面越不準(zhǔn)確。又因登機門零件為大曲度蒙皮，厚度僅有1.8mm，剛性較差。在搬運裝夾過程中，易產(chǎn)生零件變形，很難保證零件準(zhǔn)確的型面。

為了保證登機門零件數(shù)控激光刻型的準(zhǔn)確性，在采用激光刻型加工前必須保證加工零件具有盡可能相對準(zhǔn)確的理論外型。采用專用或通用的裝夾模具可以減少登機門零件剛性差、曲率大對刻型實際型面的影響。目前，我們采用一套通用的柔性夾具系統(tǒng)，該系統(tǒng)是利用不同的點陣實現(xiàn)對零件的支撐及定型。根據(jù)零件的外型特征柔性支撐點均勻的排布在零件的外表面上，每個支撐點上固定一個真空吸杯，通過真空吸附保證零件型面的準(zhǔn)確性。在實際加工中也可以根據(jù)零件的實際外型進行零件的柔性裝夾，保證零件剛性及大曲率誤差的影響。

1.3 零件加工軌跡的優(yōu)化

為了確保數(shù)控激光刻型區(qū)域準(zhǔn)確，刀具軌跡流暢，較高的刻型效率，需要對化銑區(qū)域加工軌跡進行分析驗證。根據(jù)零件化銑區(qū)域分布情況，在進行激光刻型時，加工路線軌跡不能漫無目的，需要進行合理的編排，保證路線的流暢性，并要注意因零件曲率較大，刀具轉(zhuǎn)移過程中防止與零件發(fā)生碰撞傷及零件。經(jīng)驗證分析，以下兩種加工路線軌跡較佳，詳見圖2。

1.4 刀具的軌跡分析

因化銑零件激光刻型的特殊性，在進行數(shù)控加工中，只對零件表面保護膠進行切割，且僅為線性軌跡，故需要考慮刀具軌跡的方向及下刀方式。其余方面激光刻型數(shù)控加工過程與數(shù)控加工方法近似，可以參考鈑金銑外形加工方法。激光刻型程序不需要對刀具進行定義（可以按任意刀具進行偏置，經(jīng)后置程序處理后僅按刀具中心數(shù)據(jù)導(dǎo)出）?？绦统绦蛟诰幹浦行枰獙绦兔孢M行定義，所有刀具軌跡必須在刻線表面上。

對于單/雙曲度零件，在內(nèi)表面刻型和在外表面刻型，根據(jù)厚度、曲率的不同，刻型結(jié)果可能差別很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過化銑公差。因多臺階化銑零件數(shù)模中存在多個厚度區(qū)域，且不在同一表面，下刀方式就直接影響著刻型質(zhì)量。目前我們主要采用三種下刀方式：垂直下刀、法相下刀、沿參考方向下刀。其中垂直下刀主要應(yīng)用平板零件的刻型；法相下刀主要用于單/雙曲度零件的激光刻型；給定參考方向下刀主要用于復(fù)雜零件的激光刻型。經(jīng)過多次試驗實踐，證明當(dāng)采用前兩種方式進行程序編制時，可能存在機床與零件碰撞風(fēng)險，這時就需要預(yù)先給定刀具運動方向后再進行刻型。如圖3所示。

2 結(jié)論

綜上所述，按照以上的幾點主要控制因素分析驗證，克服了登機門零件數(shù)控激光刻型應(yīng)用難點，最終實現(xiàn)了激光刻型技術(shù)的成功應(yīng)用。激光刻型技術(shù)在登機門蒙皮零件的成功應(yīng)用，實現(xiàn)了化銑加工中模擬量傳遞向數(shù)字化傳遞的突破，極大地提高了化銑產(chǎn)品的加工質(zhì)量和效率，為鈑金精確成型制造奠定了堅實基礎(chǔ)。

通過實踐：1）找到了登機門零件在成型過程中貼膜度最好的定位區(qū)域，如圖1；2）登機門零件的柔性裝夾，保證了該零件的剛性及大曲率引起的誤差；3）優(yōu)化的加工軌跡，保證了激光刻型區(qū)域的準(zhǔn)確性，刀具軌跡的流暢和刻型效率；4）預(yù)先給定刀具運動方向有利于減小機床與零件碰撞風(fēng)險。

參考文獻

[1]丁韜.TORRESMILL和TORRESTOOL系統(tǒng)蒙皮切邊鉆銑床及柔性夾具裝置[J].航空制造技術(shù)，2007（2）：109.

[2]魯達.新一代飛機蒙皮綠色加工技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2010（16）：102.