飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工設(shè)備選型梳理與分析

池力 唐文婷 楊杰

【摘? 要】本文主要基于對飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件的分類梳理，總結(jié)了典型結(jié)構(gòu)件加工設(shè)備選型流程，針對性地提出了基于權(quán)重-最小方差和的設(shè)備細(xì)選型基礎(chǔ)模型，期望對固定資產(chǎn)投資項目中飛機(jī)典型零件加工設(shè)備選型形成一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件;數(shù)控加工設(shè)備;設(shè)備選型

1引言

航空工業(yè)的飛速發(fā)展伴隨著產(chǎn)品的迭代發(fā)展，產(chǎn)品種類增多與代次更新加速了研制技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)制造技術(shù)得以持續(xù)提升與優(yōu)化，工藝設(shè)備也朝著高精度、高剛性、高速、大扭矩等方向發(fā)展。飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件的加工屬于高精加工范疇，其加工能力也代表著航空制造能力和水平。飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工設(shè)備種類與結(jié)構(gòu)形式呈現(xiàn)多樣化發(fā)展，由傳統(tǒng)銑床、龍門銑床逐漸向臥式翻板銑、高精加工中心等轉(zhuǎn)變，同時，為保證特定材料或特定產(chǎn)品的專屬加工能力，加工設(shè)備也呈現(xiàn)專業(yè)化發(fā)展趨勢，目前主要加工設(shè)備廠家均有各自的系列化產(chǎn)品。掌握加工設(shè)備的發(fā)展趨勢、加工設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)及加工特點，對于實際咨詢工作具有重要意義。

而且，目前在對機(jī)加設(shè)備進(jìn)行參數(shù)確定或比選時，主要以單因素分析為主，缺少多因素復(fù)合性分析;以定性分析為主，缺少定量的理論支撐;設(shè)備參數(shù)類型選取不一致及選型過程不一致，容易導(dǎo)致設(shè)備選型的科學(xué)細(xì)致程度不夠，設(shè)備技術(shù)參數(shù)出現(xiàn)冗余或缺項，最終導(dǎo)致選型不準(zhǔn)確。因此，有必要對設(shè)備選型流程進(jìn)行梳理，規(guī)范關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，明確理論選型原則，為標(biāo)準(zhǔn)化選型提供理論依據(jù)和基礎(chǔ)支撐。

2飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件與加工設(shè)備梳理

2.1零件分類

按材料屬性分類，飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件零件分為鋁合金結(jié)構(gòu)件、鈦合金結(jié)構(gòu)件、合金鋼零件。按結(jié)構(gòu)特征分類，鋁合金零件一般包括框、梁、壁板、長桁、隔板等，鈦合金零件一般包括框、肋等，合金鋼零件一般包括接頭等。

2.2典型零件特點及加工要求

1）整體壁板類零件

整體壁板材料一般為鋁合金，結(jié)構(gòu)重量較輕，具備較好的整體油箱密封性，減少了零件和連接件的數(shù)量，簡化了協(xié)調(diào)關(guān)系，但材料利用率低，在加工切削中容易產(chǎn)生變形。優(yōu)先選用專用數(shù)控壁板銑床加工，可以獲得較高的工作效率和最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。

2）框類零件

框類零件是機(jī)身橫向結(jié)構(gòu)的主要承力件，材料多選用鋁合金，少數(shù)選用合金結(jié)構(gòu)鋼?？蝾惲慵庸ひ糟娤鳛橹鳎既抗ぷ髁康?0%左右。適合采用三坐標(biāo)高速銑床進(jìn)行大余量粗銑，由五坐標(biāo)高速銑進(jìn)行精加工，保證零件外形要求和加工精度。

3）接頭類零件

典型鈦合金零件，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝流程長、加工周期長等特點，材料強(qiáng)度較高，材料去除率在90%以上。適宜采用三坐標(biāo)高速銑能高效率的去除大部分加工余量，由五坐標(biāo)高速銑進(jìn)行精加工。

3.結(jié)構(gòu)件加工設(shè)備選型分析

3.1設(shè)備選型流程

加工設(shè)備的選型是一個多目標(biāo)、多方案的決策問題，其需要建立在對所需機(jī)床的加工性能分析基礎(chǔ)之上。在分析過程中，首先應(yīng)該考慮理想的切削深度、進(jìn)給速率、切削速率以及一些材料系數(shù)等輸入數(shù)據(jù)，然后計算出每一次加工所需的功率和扭矩，以及每次鉆削過程的推力。獲得機(jī)床相關(guān)關(guān)鍵參數(shù)后，結(jié)合設(shè)備庫實例及設(shè)備廠家系列產(chǎn)品型號，通過參數(shù)擬合優(yōu)化推理得出合理化的設(shè)備選型。

3.2選型原則

第一階段為設(shè)備粗選型，主要通過對結(jié)構(gòu)件加工性能分析，計算出對應(yīng)加工設(shè)備關(guān)鍵參數(shù)，根據(jù)關(guān)鍵參數(shù)值與設(shè)備庫實例進(jìn)行初次匹配分析，得出若干個合理化的設(shè)備選項;鑒于影響選型的因素較多，同時需要體現(xiàn)關(guān)鍵參數(shù)的重要作用，以便做出優(yōu)化選擇，在第二階段（細(xì)選型）本文提出一種基于權(quán)重-最小方差和的計算方式，對合理化的設(shè)備選項進(jìn)行排序，方差和最小的即為最優(yōu)設(shè)備參考選型。

第一階段的粗選型比較容易操作，在此不作贅述。下面主要介紹第二階段細(xì)選型基于權(quán)重-最小方差和的計算方法。

（1）參數(shù)權(quán)重

參數(shù)權(quán)重設(shè)置模型如下表所示。

上表中參數(shù)層表示設(shè)備選型涉及主要參數(shù)，如臺面尺寸、主軸行程、主軸轉(zhuǎn)速、主軸功率、主軸扭矩、定位精度等;參數(shù)權(quán)重列表示所選參數(shù)在指定材料加工設(shè)備選型中的重要程度，不同材料加工設(shè)備同一參數(shù)權(quán)重值可能不一致，但該列權(quán)重值和定義為1，即;子參數(shù)層是參數(shù)層的細(xì)分，如參數(shù)層主軸行程，子參數(shù)層則分為X/Y/Z軸行程;子參數(shù)權(quán)重表示各子參數(shù)在參數(shù)層內(nèi)的相對重要程度，如參數(shù)層主軸行程，子參數(shù)層X/Y/Z軸行程在不同的加工對象時（如框類與緣條類）權(quán)重也會不同，但同一參數(shù)下子參數(shù)權(quán)重和為1;總權(quán)重表示各子參數(shù)在整個參數(shù)列下的重要程度，每一個子參數(shù)總權(quán)重值為參數(shù)權(quán)重值與子參數(shù)權(quán)重值的乘積。

以典型鋁合金結(jié)構(gòu)件加工為例，其最重要的機(jī)床加工參數(shù)（除主軸行程外）是主軸的轉(zhuǎn)速和驅(qū)動功率。按照上表中設(shè)置模型給出某鋁合金結(jié)構(gòu)件加工設(shè)備參數(shù)權(quán)重值，如下所示。

（2）權(quán)重-最小方差和

在細(xì)選型階段，主要目的是根據(jù)已獲取的設(shè)備參數(shù)需求，通過量化的計算方式優(yōu)選出相對合適的設(shè)備實例或者對多個合理可行方案進(jìn)行排序。

根據(jù)方差是衡量源數(shù)據(jù)和期望值相差的度量值的數(shù)學(xué)意義，這里引入方差和的概念來研究設(shè)備實例與設(shè)備實際需求之間的偏離程度，參數(shù)方差和越小，偏離程度越低，與實際需求越接近，根據(jù)最小方差和的計算達(dá)到排序或優(yōu)選的目的。

為便于實際操作，可將上述計算模型集成在工作表中，通過關(guān)鍵參數(shù)的輸入自動計算方案D值。

4.結(jié)語

本文主要對飛機(jī)典型結(jié)構(gòu)件的產(chǎn)品特點與加工要求進(jìn)行了分析與總結(jié)，針對性地提出了兩階段選型流程及基于權(quán)重-最小方差和的設(shè)備細(xì)選型基礎(chǔ)模型，為實際工作中的設(shè)備選型提供了一種便利科學(xué)的方法和思路，基礎(chǔ)模型的精確性尚有待進(jìn)一步驗證。通過本次研究，能夠?qū)︼w機(jī)典型零件加工設(shè)備選型形成一定指導(dǎo)意義，能夠為自適應(yīng)選型系統(tǒng)的建立及其他設(shè)備的快速選型推廣研究奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中國航空規(guī)劃設(shè)計研究總院有限公司）