飛機梁間肋類零件的高速加工和質量控制

鄭闖

【摘 要】 隨著加工制造業的飛速發展，高速切削加工技術在航空領域也獲得了廣泛的推廣與應用。鋁合金高速加工由于其顯著的提高了切削速度，從而大大縮短了加工時間，提高了零件的表面質量和加工精度，已成為了企業的首選。

【關鍵詞】 梁間肋；高速加工；關鍵特征

本文介紹了飛機梁間肋類零件的高速加工方案，根據所選機床的特點結合零件自身結構制定了合理的裝夾方式，建立機床刀具庫確定了合理的切削參數，使用先進的程編方法，提高了零件的加工效率，同時闡述了零件關鍵特征的質量控制。

一、高速加工的概念和特點

1、高速切削加工概念

高速切削加工為航空制造業一項相當重要的先進制造技術，它是集高效、優質、低耗于一身的先進制造技術。在常規切削加工中備受困擾的一系列問題，很多都在高速切削加工中得到了解決。

2、高速切削加工的特點

2.1采用高速主軸系統，提供盡可能高的材料去除速率（MaterialRemovalRate，MRR）。當前應用的高速主軸，轉速可達42000r/min，甚至更高。

2.2采用高性能的進給系統，在加工中各種走刀路徑獲得很高的伺服動態特性，從而縮短切削加工時間。

2.3高性能切削數控技術的應用，使得飛機鋁合金結構件數控加工時的材料去除速率高達5000cm3/min～7000cm3/min。

二、飛機梁間肋類零件簡介

1、零件毛料信息。零件材料為鋁合金板材，材料牌號均為7075-T7351，材料尺寸85.1×350×1140mm。零件寬度方向余量單邊均不超過15mm，長度方向余量單邊均不超過10mm。

2、零件結構特點。該系列零件為雙面框結構，腹板厚度最厚為2.5mm，最薄為0.7mm公差為+0.25/-0.13，筋板厚度最厚為2.Smm，最薄為1.06mm公差為+0.25/-0.13，零件底角均為R3，轉角均為R6.6。

三、加工方案

1、數控設備的選擇.該系列零件由五座標臥式加工中心生產。該機床控制系統為SIMENS840D，工作臺2000×4000nun，主軸功率為60KW。

2、加工方式的確定。所示該系列零件的加工步驟：

2.1三座標機床開零件兩側壓板槽。

2.2第一面粗精加工，外形加工一半高度，其余能加工的地方加工到位。

2.3第二面粗精加工，外形加工剩余的一半，內形及腹板底面加工到位，半精加工銑腹板時留1mm余量利用測厚儀等設備測量腹板實際厚度根據實際測量數據，調整程序Z向偏置精銑腹板，保證腹板厚度符合公差，其余零件尺寸均有程序保證。

3、切削參數的確定。確定好了加工機床及加工方式，切削參數的選擇應按照具體的加工機床、不同的加工刀具、被加工的材料以及加工方式進行選擇。粗加工是為了去除大部分余量，因此，切削參數要盡可能的選取上限值，精加工為了保證零件尺寸及質量，則需要選取合適的加工參數。通過幾次刀具的切削實驗，根據該系列零件特點、機床負載情況、零件表面質量及刀具使用壽命等因素出發確定切削參數。

4、裝夾方式的確定

4.1第一面裝夾。零件第一面粗精加工裝夾方式，五塊毛坯一起放置在工作平臺上。根據物料情況及生產需要五個加工位置可裝夾同一零件也可裝夾不同零件。

4.2第二面裝夾。零件第二面粗精加工采用真空吸附及螺釘輔助壓緊的裝夾方式，真空吸附夾具樣式，該系列真空吸附工裝的具有統一的設計原則：因成本考慮每個零件的第二面粗精加工真空吸附工裝只有一個，加工方式，根據物料情況及生產需要調用不同工裝滿足生產。

4.3加工時的裝夾安排。從效率最大化原則出發，在生產安排上可以考慮五個不同梁間肋類零件同時生產：在粗精加工第一面時，操作工可進行粗精加工第二面的裝夾準備工作。當五個零件第一面加工完成后，第二面的準備工作也已完成，機床可順勢跟上開始第二面的加工，操作工再開始下一批這五個零件的第一面加工準備工作，如此反復進行操作。

4、加工效果

4.1效率方面。該系列零件用這種加工方案批量生產了一段時間，通過觀察記錄，在實際加工效率上可達到以下幾點效果：

4.1.1零件第一面加工完直接開始第二的加工，減少了半成品數量，從而縮短零件的加工周期。

4.1.2在物料情況及生產周期允許的情況下，合理安排加工次序基本上消除了機床停滯等待零件裝夾的時間，達到機床的最大化利用。

4.1.3再工藝搭子處理上做出了改進，能輕松去掉工藝搭子，減少了鉗工的工作量。

4.2質量控制方面

4.2.1原先的精加工設備為車間老舊為五坐標AB轉角機床，截取批量生產的某兩個月的全部零件為樣本，根據測量數據進行統計分析的結果由統計數據可知，組內過程能力Cpk分別為1.28和1.56，而整體過程能力Ppk為0.97和0.92，PPK基本在1以下，不符合1.33的要求。

4.2.2現加工機床為高速五軸加工中心，截取某兩個月全部生產的零件為樣本，根據測量數據進行統計分析的結果由統計數據可知，組內過程能力Cpk分別為2.72和1.96，而整體過程能力Ppk為1.86和1.1，較原先數據比較，過程能力有了顯著的提高。

結束語

近年來，高速加工技術在航空零件的研制生產中發揮了越來越重要的作用。隨著應用范圍的不斷推廣，數控高效加工在技術和管理等方面仍需不斷地發展完善，以滿足快速發展的航空制造要求。本文針對梁間肋類零件在高速翻板機床上的加工工藝進行了詳細的介紹，分析了高速加工帶來的效率提高及質量的穩定控制，為框類、肋腹板類零件在高速機床上的批量高效生產提供了借鑒。

【參考文獻】

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