淺議大型整體帶長(zhǎng)桁壁板數(shù)控加工技術(shù)

劉先英

摘 要：隨著技術(shù)發(fā)展，對(duì)飛機(jī)性能要求也在逐漸提高，機(jī)翼結(jié)構(gòu)與氣動(dòng)要求也隨之逐漸增高。機(jī)翼結(jié)構(gòu)向著薄壁化、輕量化方向發(fā)展，同時(shí)體現(xiàn)出了整體性特點(diǎn)。而從飛機(jī)裝配的角度來考慮，所有的零部件必須要實(shí)現(xiàn)高精度，高質(zhì)量。本文就大型整體帶長(zhǎng)桁壁板數(shù)控加工技術(shù)作簡(jiǎn)要闡述。

關(guān)鍵詞：桁壁板 數(shù)控加工 分析

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（b）-0008-02

飛機(jī)使用的零部件對(duì)精度要求非常高，并且隨著社會(huì)發(fā)展，飛機(jī)自身的性能也在提升，需要從結(jié)構(gòu)甚至是零部件方面為其提供相應(yīng)支持。作為飛機(jī)的一個(gè)組成部分，桁壁板自身的質(zhì)量將會(huì)影響到飛機(jī)整體的質(zhì)量與性能發(fā)揮。而確保桁壁板的制造質(zhì)量則主要從材料與工藝技術(shù)兩個(gè)方面來考慮。

1 大型整體帶長(zhǎng)桁壁板特點(diǎn)

此類型零部件通常應(yīng)用預(yù)拉伸板材，并且在利用機(jī)械加工后進(jìn)行噴丸成型處理。通過將機(jī)翼壁板開展分析，其外表結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，存有較少斜面、下陷、局部型面、孔等。與外表面相比，其內(nèi)表面則比較復(fù)雜，常見結(jié)構(gòu)包括臺(tái)階、斜面、下陷、槽腔、結(jié)構(gòu)孔、T形肋等。其特點(diǎn)體現(xiàn)在開敞性差。壁板結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性源于其采用了長(zhǎng)桁與壁板一體化設(shè)計(jì)，對(duì)于數(shù)控加工而言有一定的難度。

2 大型整體帶長(zhǎng)桁壁板加工工作的難點(diǎn)

難點(diǎn)首先體現(xiàn)在毛料重量、外廓尺寸比較大。對(duì)于超大型毛料而言，無論是運(yùn)輸或者是翻轉(zhuǎn)、吊裝都會(huì)存在一定困難。毛料吊裝入廠，在有限的空間內(nèi)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并且在該過程中需要多次穿過機(jī)床龍門。如果吊車吊裝重量達(dá)不到要求，通常會(huì)使用多輛吊車進(jìn)行作業(yè)，對(duì)于彼此之間的協(xié)調(diào)性具有非常高的要求，需要精確協(xié)調(diào)。移動(dòng)時(shí)無法像普通零件一樣，其靈活性會(huì)受到一定影響。而工件長(zhǎng)度過長(zhǎng)會(huì)容易導(dǎo)致彎曲。對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確定位存有較大難度。而在夾裝時(shí)，受到變形與加工應(yīng)力影響，工作開展難度大，加工過程中會(huì)出現(xiàn)不協(xié)調(diào)情況。

壁板類組件裝配存在重構(gòu)性弱、定位精度低、通用性差及卡板依賴性強(qiáng)等問題。壁板在工裝中定位完成后，采用內(nèi)定位的裝配定位方式。為滿足壁板在工裝上定位的穩(wěn)定性，采用“N-2-1”的定位方法。針對(duì)不同曲率的機(jī)身壁板的裝配要求，需配以不同角度的吸盤安裝板，以保證真空吸盤的吸附夾持效果。為了實(shí)現(xiàn)不同尺寸的壁板組件的柔性定位要求，壁板組件承載立柱各運(yùn)動(dòng)方向的定位夾持單元須可以沿水平與豎直方向獨(dú)立運(yùn)動(dòng)；同時(shí)每個(gè)可移動(dòng)的蒙皮內(nèi)形定位夾持單元能夠獨(dú)立伸出移動(dòng)，以保證工裝能夠滿足不同弦高的機(jī)身壁板裝配要求。

壁板與長(zhǎng)桁一體化設(shè)計(jì)，大部分結(jié)構(gòu)都處于半封閉狀態(tài)。加工工藝難度增加。同時(shí)由于壁板在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)用了薄壁長(zhǎng)桁形式，T形肋加工難度被增大。加工需要將長(zhǎng)桁間的位移控制在一定范圍內(nèi)，需要較高協(xié)調(diào)性。而零件在加工過程中會(huì)產(chǎn)生一定變形，同樣需要將變形控制在一定范圍內(nèi)。在實(shí)際工作中，由于內(nèi)部與外部結(jié)構(gòu)存在不對(duì)稱，材料去除量有較大差異。在加工過程或者是加工結(jié)束后，工件變形情況比較嚴(yán)重。加工變形嚴(yán)重到一定程度時(shí)，就會(huì)對(duì)后期噴丸與裝配工作和造成影響。雖然在加工過程中會(huì)對(duì)變形進(jìn)行控制，但是控制難度比較大，效果也不是特別理想。

對(duì)于壁板一類的零件而言，材料去除率比較大，一般情況下都會(huì)保持在90%之上。對(duì)零件加工前后尺寸的控制與前后重量控制也是工作過程中一個(gè)難點(diǎn)所在。整個(gè)零件加工所需要的時(shí)間比較多，加工周期長(zhǎng)，會(huì)對(duì)機(jī)床形成較長(zhǎng)時(shí)間的占用，在生產(chǎn)進(jìn)度受到影響的同時(shí)，加工成本控制工作也會(huì)受到影響。考慮到壁板存在比較多的下陷、臺(tái)階、過渡區(qū)、大量的T形結(jié)構(gòu)形成的半封閉結(jié)構(gòu)，工藝難度會(huì)增大，殘留與加工階差容易出現(xiàn)，鉗工工作量就會(huì)大量增加。

零件加工周期比較長(zhǎng)，比一般零部件加工難度大，毛料價(jià)值也比較大。同時(shí)受到某些不確定因素影響，如機(jī)床故障、刀具不穩(wěn)定性、變形控制等。研制風(fēng)險(xiǎn)比較高，而且技術(shù)在應(yīng)用過程中需要克服硬件與軟件自身的局限性、不確定性因素等。對(duì)于超大型的壁板而言，由于其結(jié)構(gòu)尺寸比較多，檢測(cè)工作難度大，特別是當(dāng)T型肋結(jié)構(gòu)大量存在時(shí)，往往難以檢測(cè)。

3 加工難點(diǎn)解決方案

對(duì)于大型的毛料及工件在運(yùn)輸，翻轉(zhuǎn)與吊裝工作中遇到的空間限制而無法直接入廠問題，可以通過多輛汽車吊裝入場(chǎng)。工件移動(dòng)到機(jī)床時(shí)采用雙車吊裝方式。同時(shí)需要避免工件產(chǎn)生彎曲。工件夾裝時(shí)可以利用壓板壓緊與真空吸附的方法。而加工過程中出現(xiàn)的變形則可能導(dǎo)致裝夾不可靠，在加工過程進(jìn)行的同時(shí)需要對(duì)其可靠性進(jìn)行檢查，采取相應(yīng)措施。壁板尺寸超出了機(jī)床的極限行程，就需要利用雙龍門進(jìn)行協(xié)調(diào)加工。通過對(duì)雙龍門協(xié)調(diào)加工進(jìn)行分析與總結(jié)，該方法應(yīng)用的結(jié)果能夠滿足工作需要。無論是在尺寸協(xié)調(diào)性方面，或者是加工區(qū)域劃分方面。

T形肋加工帶來的問題主要是其存在大量的半封閉結(jié)構(gòu)，工藝難度增加。在實(shí)際工作的過程中，初期由于切削路線不合理影響到了加工效率，表面差階也比較大，經(jīng)過一定方法改進(jìn)后，尺寸與速度都能夠滿足要求。對(duì)于變形控制問題而言，可以通過多次銑平面以此來消除基準(zhǔn)平面變形問題。第二面加工變形問題比較嚴(yán)重，影響到夾裝與吸附，零部件尺寸難以得到有效保證，對(duì)于此類問題，可以對(duì)工序進(jìn)行調(diào)整，在一定程度改善。

針對(duì)加工效率問題，可以利用大功率與高速的切削方式，使用大余量切削工具，完成結(jié)構(gòu)加工。對(duì)編程軌跡與切削的參數(shù)進(jìn)行細(xì)化與優(yōu)化，以此來減少空刀的時(shí)間。對(duì)于T形肋，選用合適的刀具并結(jié)合到工藝方法。型面精加工，則需要設(shè)置合理的切削參數(shù)，在確保表面階差在合理的范圍內(nèi)時(shí)，提升工作效率。

殘余與表面控制可以利用仿真加工技術(shù)對(duì)其進(jìn)行檢查控制，結(jié)合到刀具的類型與切削策略提升質(zhì)量。利用工藝編程將風(fēng)險(xiǎn)控制在模擬環(huán)節(jié)，總結(jié)方法應(yīng)對(duì)復(fù)雜編程。壁板類零件檢測(cè)工作內(nèi)容包括了下陷深度，厚度，結(jié)構(gòu)尺寸等。如果檢測(cè)點(diǎn)位置確定有難度可以利用數(shù)控程序劃位置點(diǎn)的方法。

為了解決在加工中遇到的問題，還可以在其中應(yīng)用新技術(shù)，比如利用有限元仿真對(duì)變形進(jìn)行預(yù)測(cè)與控制。也可以應(yīng)用高速銑切加工技術(shù)。該技術(shù)與傳統(tǒng)相比，其優(yōu)越性體現(xiàn)在切削力小，零件尺寸與形位精度能夠得到保障。熱變形小而精度高。平穩(wěn)切削保證了零部件表面的粗糙度，加工的效率也能夠得到提升。

4 結(jié)語

大型整體帶長(zhǎng)桁壁板數(shù)控加工會(huì)遇到多方面問題，如果在加工過程中未能對(duì)其進(jìn)行合理與有效控制，就可能會(huì)影響到加工質(zhì)量。而技術(shù)的發(fā)展，將新技術(shù)應(yīng)用于加工工藝中，則能夠有效改善其質(zhì)量問題。

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