航空難加工材料的數(shù)字化應(yīng)用

1.薄壁復(fù)雜鋁合金回轉(zhuǎn)體零件加工某型飛機(jī)鋁合金支架（見圖1），材料為7075，對其進(jìn)行合理的加工方法及參數(shù)選擇分析。圖1某型鋁合金支架（1）結(jié)構(gòu)分析：該支架最大直徑906mm，內(nèi)徑856mm，16爪處底徑886mm，筋部最小壁厚3mm，零件結(jié)構(gòu)屬于典型的薄壁復(fù)雜型面結(jié)構(gòu)，毛坯采用自由鍛件，加工余量比較大，考慮粗、半精及精加工分開，合理安排加工余量；根據(jù)其結(jié)構(gòu)，使用CATIA測量功能，各側(cè)壁為曲面，因此編程時不能按直線輪廓編程，選擇合理的加工方法與編程技巧就顯得尤為重要。（2）毛坯加工：零件為薄壁鋁合金，因此加工過程中不能壓緊零件，只能壓緊毛坯，而在加工中靠6個改制的壓緊螺釘將簡易工裝與毛坯體聯(lián)接，零件最終加工完成后，鉗工把工藝基準(zhǔn)去掉（見圖2）。圖2毛坯裝夾對零件進(jìn)行粗車加工，分兩次裝夾進(jìn)行，分別對零件的內(nèi)腔和外形進(jìn)行粗加工，兩方向留量各約0.5mm。通過CAXA二維軟件作圖畫出加工時刀具切削路線圖，并提取加工路線點(diǎn)位，在端面數(shù)控車床上運(yùn)用中心編程方法對零件先進(jìn)行去量加工，然后分別對內(nèi)腔和外形圓弧面進(jìn)行仿形粗車加工（見圖3）。車削加工完成后零件如圖4所示。圖3車削仿真路線示意圖4粗車完成后零件（3）半精加工：由于加工到最后需要將圖2線外的部分去除，為使精加工前零件殘余應(yīng)力釋放到最大，防止精車后零件變形嚴(yán)重，采用銑削加工，先將零件銑成鏤空形，由16根筋連接，方便精車加工。同時為減小銑槽時切削受力，選用直徑φ6mm鍵槽銑刀，并事先在落刀處鉆好32個落刀孔，以防扎刀、斷刀（見圖5）。圖5銑槽示意（4）精加工：為消除銑削應(yīng)力，精加工前進(jìn)行人工時效處理，時效處理后需要對零件進(jìn)行基準(zhǔn)面的修復(fù)。選用五軸加工中心對零件進(jìn)行最后的精銑加工，螺紋底孔加工時，將機(jī)床C軸擺角完成加工。精銑加工前進(jìn)行仿真，以避免打刀、磕碰零件（見圖6）。圖6精銑仿真選擇合適的加工策略，定義加工幾何參數(shù)、選擇合適的走刀路徑、進(jìn)退刀方式、刀具參數(shù)和進(jìn)給速度等，生成加工路徑（見圖7）。圖7精銑加工2.薄壁復(fù)雜不銹鋼板筋零件加工某型飛機(jī)不銹鋼板筋件（見圖8），材料為1Cr17Ni9Ti，具體分析如下。圖8不銹鋼板筋件（1）結(jié)構(gòu)分析：該零件屬于難加工不銹鋼材料，最小壁厚1.2mm。毛坯采用鍛件，中間腹板厚度為1.2mm，側(cè)壁為2mm，零件結(jié)構(gòu)屬于典型的壁角結(jié)構(gòu)，使用CATIA測量功能，各側(cè)壁為曲面，因此編程時不能按直線輪廓編程。（2）零件毛坯：毛坯為自由鍛件（見圖9），加工余量比較大，考慮粗、精加工分開，合理安排加工余量；根據(jù)側(cè)壁與側(cè)壁之間的拐角以及側(cè)壁與腹板的過渡值選擇合理的精加工刀具。圖9毛坯零件為薄壁不銹鋼，因此加工過程中不能壓緊零件，只能壓緊毛坯，而在加工中零件與毛坯靠檢查體聯(lián)接，零件最終完成后，去掉工藝基準(zhǔn)（見圖10）。

創(chuàng)建輪廓邊界用于定義刀具的軌跡位置，避免空走刀（見圖11）。圖10創(chuàng)建的工藝基準(zhǔn)圖11輪廓邊界（3）粗加工：先用φ20R3mm刀去除大部分加工余量，定義加工的幾何參數(shù)（特征輪廓、加工余量等）、刀具參數(shù)（刀具類型、公稱直徑、圓角半徑和長度等）和進(jìn)給率（進(jìn)給速度、切削速度、退刀速度和主軸轉(zhuǎn)速等），對該加工操作進(jìn)行刀具路徑參數(shù)（切削類型、方向和刀具補(bǔ)償?shù)龋┒x和進(jìn)刀、退刀路徑定義，生成粗加工路徑（見圖12）。圖12粗加工路徑（4）精加工：型腔為典型的壁角結(jié)構(gòu)且側(cè)壁為曲面，采用三軸加工，壁角處殘留大，效率低。為此，在刀具軸選項(xiàng)里設(shè)置CombinTanto向?qū)Вx用五軸加工中心高速切削，在進(jìn)、退刀宏程序的設(shè)置采用圓弧進(jìn)退刀，這樣可以在進(jìn)、退刀處避免出現(xiàn)一條接刀痕跡。另外為了滿足側(cè)壁表面粗糙度要求，外側(cè)壁分半精加工與精加工兩刀，即形成的刀具路徑為雙層（見圖13）。圖13內(nèi)腔精加工路徑零件型腔外側(cè)壁也屬于壁角結(jié)構(gòu)且外側(cè)壁也屬于曲面，形成的精加工刀具路徑為雙層（見圖14）。圖14精加工路徑在精加工中，由于運(yùn)用了高速切削，注意轉(zhuǎn)角處需降速，并設(shè)置合理工藝參數(shù)，以避免過切或出現(xiàn)振顫（見圖15）。圖15高速加工參數(shù)設(shè)置3.薄壁復(fù)雜鈦合金殼體類零件加工某型飛機(jī)鈦合金殼體（見圖16），材料為TA15，對其進(jìn)行合理的加工方法及參數(shù)選擇分析。圖16鈦合金殼體（1）結(jié)構(gòu)工藝性分析。該零件屬于薄壁曲面構(gòu)型，最小壁厚5mm，強(qiáng)度高、化學(xué)活性大及彈性模量低，加工采用五軸加工中心。刀具選用硬質(zhì)合金刀具，大走刀量、慢速，充分冷卻。該零件粗加工、半精加工采用固定軸等高線銑削技術(shù)，精加工及光整加工采用可變軸輪廓銑削技術(shù)。（2）分區(qū)及刀軌的生成。殼體表面為不規(guī)則曲面，多個連接曲面的曲率不同，分區(qū)間設(shè)置過渡加工區(qū)域進(jìn)行接刀（見圖17）。圖17分區(qū)及刀軌（3）工藝參數(shù)的選擇：殼體表面精加工切削深度在0.03～0.05mm之間，切削步距在2～3mm之間，銑削速度50～100m/min，使用較低的線速度進(jìn)行表面精加工可獲