固定翼大梁的工藝分析與優化

安衛星

（中航工業沈陽飛機工業（集團）有限公司，遼寧 沈陽 110850）

1 固定翼大梁的結構分析

零件材料為模鍛件，是外翼承力構件中的主要零件。該零件長1 700 mm，結構復雜，不易于裝夾，加工易變形。該零件由緣條、筋條、槽腔、孔組成，裝配位置較多，公差控制嚴格，尤其外形曲率變化大。零件頭部外翼與中央翼對接耳片，裝配要求位置嚴格，數控保證困難。

零件的正面形狀如圖1所示。

圖1 零件的正面形狀

零件背面形狀如圖2所示。

圖2 零件背面形狀

零件頭部耳片結構復雜，角度大（40°40′）且加工面積小，加工比較困難。

2 工藝性分析

（1）零件為模鍛件，材料為7B04 T74，頭部耳片余量大，材料切削量也比較大，變形在所難免，如何控制變形，將是零件加工的關鍵；

（2）此零件為雙面結構，兩面帶槽，需翻面加工。翻面后零件變形，不易裝夾，加工定位困難；

（3）檢測比較困難。零件側面外形可采用樣板外，其余外形、頭部耳片及凸臺，都無法上樣板檢測，需要測量機測量。

3 工藝的難點

3.1 工藝準備的難點

（1）零件工藝凸臺的設定。此零件形狀比較復雜，加工程序較多，現在模鍛件上增加6個工藝凸臺。零件周邊預留工藝凸臺，在凸臺上使用壓板或者沉頭螺釘，將零件夾緊在銑夾上。此種裝夾的優點，是零件在加工中不需要改變裝夾狀態，節省了輔助時間，并且降低了裝夾難度，同時避免多次竄動壓板影響零件加工精度。

圖3 零件工藝凸臺

（2）專用工裝的申請。其一是零件頭部耳片加工余量大，加工耳片支撐困難，加工容易變形，如何有效支撐耳片，是設計工裝的關鍵；其二是凸臺上2 -Φ 8 mm 孔位置精度要求高，孔距為（60±0.05）mm，如何保證位置精度，是設計鉆檢模的關鍵。

圖4 凸臺孔位置圖

（3）局部程序的編制。由于頭部耳片與基準面角度為40°40′，首件在63 m 機床加工，首先機床主軸剛性差，加工效率低；其次零件需要兩套工裝，工人上下機床裝夾困難。

基于以上情況，零件后續轉蘭寶帝機床加工，機床A B 角極限值為30°，如何做輔助加工平面，是頭部編程關鍵（見圖5）。

圖5 頭部耳片結構圖

3.2 加工的難點

（1）變形校正困難。模鍛件在切削中較易變形，而零件的頭部耳片余量大，無法校正，使得控制頭部耳片變形，成為最難解決的問題。

4 加工中的主要問題及解決措施

4.1 變形問題

（1）原方案工藝路線。毛坯檢驗→基準面加工→鉆定位孔2- Φ12H9 →粗銑背面一側外形及緣條高→粗銑背面另一側外形及緣條高→粗加工頭部耳片、腹板、內形→翻正面，粗加工緣條高→粗加工腹板、緣條內形，粗加工頭部外形、內形→半精銑頭部耳片內外形→精銑頭部外形→翻背面，精加工緣條高、外形→半精銑頭部耳片內形→精加工腹板、緣條內形→精銑頭部耳片內形→翻正面，精銑頭部耳片內形→精加工腹板、內形→補銑→鉗工修整、鉆孔→半檢→熒光檢查→電導率檢查→表面處理→標識→檢驗。

（2）首件加工后的變形情況。第一件試切后，零件測量時，相對與機翼弦平面來看，整個零件呈扭曲狀態，零件外形相對與弦平面的最大翹曲量約為2 mm，頭部耳片最大翹曲量約為2.5 mm。

（3）變形的校正處理。零件扭曲變形，數控目前無能力校正。只能校正零件平面度，通過校正后，零件外形局部最大還差1 mm。頭部耳片無法校正。

既然通過校正還不能滿足加工要求，那只能從工藝方案上想辦法。

（4）工藝方案的分析。分析原加工方案，主要存在問題是：原工藝方案為分層粗銑后，中間沒有過渡環節，在零件還沒有充分釋放應力的情況下，直接進入精銑加工。正常的加工是應該通過反復銑切，將大部分應力消除在精銑之前。另外一個Φ 12 H9 定位孔應留余量，用于調整零件粗加工后的變形量。

（5）工藝方案的調整。經上述的分析，工藝方案更改如下：

毛坯檢驗→基準面加工→鉆定位孔一個Φ12 H9，一個Φ 10 H9→數控精銑基準面→粗銑背面一側外形及緣條高→粗銑背面另一側外形及緣條高→粗加工背面頭部耳片內形、腹板→翻正面，粗加工緣條高→粗加工腹板、緣條內形，粗銑頭部耳片外形、內形→擴定位孔Φ 10 H9 至Φ 12 H9→翻背面，精銑緣條高、半精銑外形→半精銑頭部耳片內形→半精加工腹板、緣條內形→翻正面，精加工緣條高→半精銑頭部耳片內外形→半精加工腹板、緣條內形→精銑頭部耳片內外形→翻背面，精銑外形留1 mm 余量送測量機測量→精銑外形（根據外形留1 mm 余量測量單進行加工）→精加工腹板、緣條內形→精銑頭部耳片內形→翻正面，精加工腹板、內形→精銑頭部耳片內形→補銑→鉗工修整、鉆孔→半檢→熒光檢查→電導率檢查→表面處理→標識→檢驗。

（6）前后方案的對比。經比較，前后方案的主要不同在于：

其一，增加精銑腹板定位面工序，通過銑切腹板定位面的方式，消除定位面的變形；

其二，定位孔一個留余量（Φ 10 H9），粗銑后擴至Φ 12 H9。便于調整零件粗加工后的變形量；

其三，增加半精銑工序，盡量去除各轉角及斜面的余量，減少精加工的切削量。銑耳片內形時，半精銑與精銑耳片內形時應分開，不要在不翻面的情況下，半精銑與精銑同時加工，這樣不利于應力釋放，精銑外形先留1 mm 余量進行測量，根據測量情況再精加工外形；

其四，粗銑的余量由原來的3 mm 改為5 mm，并在粗銑后盡可能安排自然時效，將零件放置一段時間，應有助于內部應力的釋放；

其五，采用先少后多的切削方式，既先加工型面較簡單的一面，再翻面加工型面較復雜的一面，使切削力互相抵消。

經上述改進后，方案實施的效果較好，零件測量時的定位比較穩定。

4.2 專用工裝的申請

零件頭部耳片余量大，切削極易變形。為了防止零件耳片變形，在新制工裝時，根據耳片角度制可調整高度的螺栓，以支撐耳片斜面。

圖6 專用工裝圖

4.3 局部程序的編制

由于頭部耳片與基準面角度為40°40′，由于前面介紹的原因，零件后續轉蘭寶帝機床加工，機床A B 角極限值為30°。為了能在該機床加工，程序編制前必須做輔助平面。

首先在零件上提取表面③，在零件40°40′平面上做平移平面②，同時做與平面②成20°的平面①；其次做平面②和平面①與表面③的相交線④；最后將相交線④生成多截面曲面（見圖7）。

圖7 編程所需輔助面

在零件五軸輪廓加工中，導動曲面選新生成的多截面曲面，刀軸引導方式選combin parelm。

圖8 編程刀軸方式圖

5 結束語

以上所述，僅是對模鍛件在加工過程中出現的主要問題解決方案進行的初步探討，目前還有很多不足的地方，日后還需不斷完善。

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