基于零件結(jié)構(gòu)特征的航空結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削裝夾方法研究

田斌　吝鵬

摘 要：本文針對(duì)航空結(jié)構(gòu)件普遍存在的自身特異性，結(jié)合數(shù)控銑削加工的工藝特點(diǎn)，深入分析各類結(jié)構(gòu)特征對(duì)零件加工裝夾方式的影響，提出了一種加工過(guò)程中利用零件自身結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行裝夾方法設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想。

關(guān)鍵詞：反拉螺栓；腹板減輕孔；輪廓缺口

1 緒論

我國(guó)航空工業(yè)起步初期，結(jié)構(gòu)件的加工主要依托于普車普銑的“手搖”操作加工模式，加工效率低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。二十世紀(jì)末期，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)形勢(shì)及國(guó)家政策傾向的轉(zhuǎn)變，航空業(yè)逐漸迎來(lái)發(fā)展的轉(zhuǎn)機(jī)。數(shù)控車、銑加工設(shè)備逐漸引入到航空零部件加工行業(yè)。

隨著國(guó)內(nèi)航空制造力的不斷提升，零部件加工的供應(yīng)需求量也大量提升，傳統(tǒng)數(shù)控加工模式已無(wú)法滿足其產(chǎn)量需求。一輪以數(shù)控柔性化加工為典型特征的工業(yè)改造活動(dòng)正在行業(yè)中競(jìng)相展開，其中裝夾方式的改革占據(jù)了重要的地位。

2 航空結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特征

一種典型航空結(jié)構(gòu)件加工裝夾方法：在零件最小包容尺寸基礎(chǔ)上，長(zhǎng)寬方向分別增加裝夾余量確定毛料尺寸，以螺栓、壓板壓緊毛料四周進(jìn)行數(shù)控加工。此加工方法毛料減材量大、壓板裝夾操作繁瑣、效率低。隨著行業(yè)的快速發(fā)展，該類加工方法的弊端日益凸顯，已不能滿足高效、柔性化加工的零件裝夾需求。隨即，一種基于零件結(jié)構(gòu)特征的裝夾方法被提出。

基于零件結(jié)構(gòu)特征的裝夾方法，即通過(guò)對(duì)零件自身結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行分析，利用零件本身存在的槽腔、缺口、減輕孔等局部特征，設(shè)計(jì)出一套與零件結(jié)構(gòu)高度貼合的機(jī)床夾具，使其在數(shù)控加工時(shí)達(dá)到快速連接固定，但無(wú)需增加多余的裝夾余料的零件裝夾方法。

常見的航空結(jié)構(gòu)件典型結(jié)構(gòu)特征包括：導(dǎo)軌導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)、雙面槽腔結(jié)構(gòu)、腹板減輕孔結(jié)構(gòu)、輪廓缺口結(jié)構(gòu)等。

2.1導(dǎo)槽導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

航空結(jié)構(gòu)件典型的導(dǎo)槽導(dǎo)軌，其截面形狀為T型槽口，槽口沿零件長(zhǎng)度方向延伸，槽口的相反面為平面或立筋，主要用于飛機(jī)座椅導(dǎo)軌、密封導(dǎo)槽等零件。這種結(jié)構(gòu)可采用專用T型螺母進(jìn)行反拉壓緊，可有效減少零件加工的毛料需求，避免加工過(guò)程中裝夾引起的刀具干涉風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 雙面槽腔結(jié)構(gòu)

雙面槽腔為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件典型結(jié)構(gòu)特征之一，其特點(diǎn)為零件上下兩面均為槽腔，中間由腹板連接，分布的零件類型包括飛機(jī)吊掛撐桿、滑軌等。這種結(jié)構(gòu)的零件裝夾可借助一面槽腔，增加螺紋孔進(jìn)行反拉裝夾，可有效減少毛料需求和加工工位數(shù)量，提升其加工效率和零件質(zhì)量。

2.3 腹板減輕孔及輪廓缺口結(jié)構(gòu)

帶有腹板減輕孔或輪廓缺口結(jié)構(gòu)的零件多為大型框類、肋類或隔板類零件，其典型特點(diǎn)為零件輪廓尺寸大，壁厚尺寸較小，零件剛性較差，加工過(guò)程中易發(fā)生震顫、變形。在這類零件的加工裝夾中，可借助減輕孔、輪廓缺口等設(shè)置工藝搭接，用內(nèi)六方螺栓將其與工裝連接，起到提升加工系統(tǒng)剛性的作用。

3 典型航空結(jié)構(gòu)件裝夾方案設(shè)計(jì)

3.1 典型零件結(jié)構(gòu)

某飛機(jī)內(nèi)側(cè)吊掛前撐桿零件，該類零件為飛機(jī)內(nèi)側(cè)吊掛裝配上重要的連接零件。其材料為7050.T7451，零件尺寸為1304mm×112mm×76mm。零件為細(xì)長(zhǎng)形狀，中段截面為四面槽腔，槽腔區(qū)域無(wú)裝配需求，起減輕作用，兩端頭分別為叉形雙耳片，表面粗糙度為Ra1.6。該類零件加工的關(guān)鍵部位為兩端頭叉形耳片尺寸及表面光度。

3.2 夾緊方式

基于零件結(jié)構(gòu)的裝夾方案設(shè)計(jì)如下圖。該方法的基本實(shí)現(xiàn)形式為通過(guò)內(nèi)六方螺栓反拉零件，將零件固定在專用銑切夾具上，保證零件加工的最小加工余量及定位面的最小接觸面積，使其可加工面積最大化，從而達(dá)到了一個(gè)工位下完成多個(gè)面的加工。

內(nèi)側(cè)吊掛前撐桿零件的裝夾方法設(shè)計(jì)圖

其方法為設(shè)計(jì)了一套專用銑切夾具，其構(gòu)成為基礎(chǔ)體加快換托盤。加工時(shí)，夾具的基礎(chǔ)體與機(jī)床工作臺(tái)連接。夾具托盤與基礎(chǔ)體之間通過(guò)JERGENS球鎖進(jìn)行連接，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)托盤在基礎(chǔ)體上的定位與夾緊，不但節(jié)省了裝夾的操作時(shí)間，同時(shí)提高了工裝定位的精度。

零件槽腔內(nèi)的預(yù)制定位孔位置任選，螺紋孔位置的設(shè)計(jì)主要考慮到零件受力均勻，避免因裝夾不當(dāng)引起零件變形、帶應(yīng)力加工。

3.3 效益分析

3.3.1 加工流程縮短

由于零件銑切時(shí)裝夾方法的改進(jìn)，零件整個(gè)加工過(guò)程中的裝夾次數(shù)由6次減少到3次，加工流程大大縮短，按每次裝夾拉直、找正、壓緊零件用時(shí)1小時(shí)計(jì)算，由于流程縮短所減少的單件裝夾用時(shí)為3小時(shí)。

3.3.2 原材料需求量減少

按照傳統(tǒng)的螺栓壓板壓緊方法，毛料尺寸為1374mm×182mm×80mm。與之相比，當(dāng)前方案單件節(jié)省毛料20.95kg。

3.3.3 加工質(zhì)量提升

由于加工方案的優(yōu)化，零件一次裝夾完成了多面的加工，避免了由于多次裝夾造成工位間誤差積累，零件表面的階差、尺寸超差現(xiàn)象明顯減少，避免了后期鉗工的二次銼修，另外，加工過(guò)程中應(yīng)力得到有效釋放，加工后變形減少，加工過(guò)程穩(wěn)定，零件加工質(zhì)量一次合格率達(dá)到100%。

4 總結(jié)

通過(guò)以上實(shí)例可見，采用基于零件結(jié)構(gòu)特征的零件加工裝夾方法可以有效利用現(xiàn)有資源，對(duì)裝夾方法進(jìn)行優(yōu)化，零件加工周期的縮短、增強(qiáng)零件銑削加工的穩(wěn)定性、提高零件加工質(zhì)量及減少零件加工的原材料需求方面均起到了很好的作用。在批量生產(chǎn)中，結(jié)合專用夾具的設(shè)計(jì)、托盤化生產(chǎn)模式的實(shí)施，對(duì)于適應(yīng)當(dāng)前機(jī)械加工行業(yè)普遍的柔性線生產(chǎn)模式具有重要的意義，值得借鑒和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉強(qiáng)，李忠群.數(shù)控銑削加工過(guò)程仿真與優(yōu)化：建模、算法與工程應(yīng)用.