角度頭在飛機深腔結構件五軸數控加工中的運用研究

劉翹 王霞

航空工業沈陽飛機工業（集團）有限公司 遼寧沈陽 110850

在工業產業運行及持續發展的背景下，飛機產業對設備的機動性、隱身性提出了更高要求。但由于飛機設計方案的復雜性、多樣性、集成性，在實際的應用中，飛機結構工件的科學設計是十分重要的，通過主交點孔及框梁一體化的科學設計，可以提高飛機承載力，展現系統的集成化、空間化特點，提高飛機各部件的使用效果。對于角度頭而言，作為飛機結構件加工中的創新型工具，通過參數以及系統結構的設定，可以利用主軸帶動齒輪組傳動進行削切方式的轉變，實現機床立臥及任意角度的合理設定，有效解決五軸數控加工中存在的可達性問題，提高飛機深腔構件生產的精準性、高效性。

1 飛機結構件加工特點

通過對飛機普通結構件的工藝性分析，其存在著開敞性良好、空間機構大的特點，在以往的數控加工技術使用中，可以提高結構件生產的效率及精度，但是，對于零件局部的深腔部位，由于結構空間處于半封閉狀態，受到生產空間、生產尺寸的限制，導致普通數控刀具無法使用，增加了數控加工技術的難度。結合飛機結構件的加工情況，其復雜性結構體現在以下方面：第一，飛機結構件的整體框梁類零件孔數量較多，而且對精度有一定的要求；第二，零件內形具有深腔的特點，這種構件的精確度較高閉角殘留大，常規的機加方法不能滿足精度及可達性需求，因此，將角度頭運用在飛機深腔結構件的五軸數控加工中無疑是最具有挑戰性的，可以針對飛機結構件的基本特點，擺脫傳統工裝及工具的束縛，確定可操作的系統性加工技術方案，避免加工精度無法到位、效率無法提升等工藝方案不科學的現象出現，以提高數控加工技術的實用效果，達到飛機深腔結構件在高效生產中成本控制的目的[1]。

2 角度頭在飛機深腔結構件五軸數控加工中的運用

2.1 角度頭安裝初始位置的確定

掌握飛機結構件五軸數控加工技術，通過角度頭的運用，其作為一種具有創新性的典型加工方案，可以結合飛機深腔結構的特征，角度頭限位塊的快速定位的特點，降低加工難度，確保飛機結構件復雜點、隱蔽點的設計效果，同時也可以保證初始位置確定方案的靈活性[2]。

2.2 角度頭加工切削參數的設定

在角度頭加工中，通過轉速以及切削力的設定，會確定刀具的最大負載，以保障角度頭使用的安全性，增強刀具使用的安全性、有效性。深腔結構中，大部分余量基本去除完成，為保證加工過程中的穩定性，可以采取插銑及行切的方式。而且，插銑刀具轉動中，為了保證工具靜態扭矩確定的科學性，其計算方法如（1）。公式（1）中的M（N·m）是刀具端扭矩、Kc（N/mm2）是單位面積上的切削力、D（mm）是刀具直徑、fn（mm）是鉆給量（每次）、Ae（mm）是切寬[3]。

M=Kc·D·fn·（D-Ae）/2000 （1）

在實際計算中，插銑計算時一定不能超過角度頭，并鉆給量控制在科學的范圍內，優化機床主軸輸出轉速。需要注意的是，在實際設備加工中，角度頭的最大輸出轉速、扭矩為上限閾值，通過這種參數的確定，輔助VERICUT 仿真軟件模擬角度頭切削過程中的碰撞檢查可以提高數控機床設備加工的整體效果，保證工裝裝夾系統、刀具加工設置的標準性。

2.3 角度頭加工技術的使用

通過對角度頭加工技術的分析，在該技術使用中，需要結合機床設備的使用特點，構建仿真模型系統，以保證各個結構件參數數據統一，并增強平臺通用數據的使用效果，為角度頭技術的使用及飛機機構件的設計提供參數支持。第一，在角度頭仿真模型設計中，系統設計人員在普通仿真數據模型建立中，需要考慮刀套尺寸、程序加工原點，并將裝刀點設置為刀套的頂端，之后利用程序控制原點，以保證刀尖位置確定的精準性。需要注意的是，在角度頭與普通刀使用中，通過仿真系統模型的設定，可以針對不同機床的形狀、角度頭以自身機床組坐標的矢量方向等確定多個參數，以增強參數仿真模型的精準性，為角度頭模仿系統的設定及數據使用提供參考。通過角度頭管理系統的設計以及仿真模型的開發，可以將角度頭、各機構機床的模型建立作為重點，有效避免仿真離散化問題的出現，提高角度頭在飛機深腔結構件五軸數控加工中使用效果。第二，在角度頭后置系統設計中，是五軸數控加工的重點，在實際的技術運用中，需要結合機床構型、帶入仿真模型，建立五軸數控加工系統，以增強角度空間坐標的轉換效果，確定最優化的后置配置方案，保證五軸數控加工技術使用的規范性。通過SIEMENS、FIDIA 和HEIDENHAIN 等數控系統的設計，提高機床以及數控系統的使用效果，滿足系統對飛機深腔結構件的五軸數控加工的技術需求，為飛機結構件系統的設計提供技術支持[4]。

3 結語

本文基于將角度頭運用在飛機深腔結構件的五軸數控加工中，可以針對飛機結構件的基本特點，確定有針對性的加工技術方案，以完善數控加工技術的使用效果，提高飛機結構件的加工質量，實現飛機結構件在生產中成本控制的目的。在角度頭的技術運用過程中，需要通過角度頭安裝初始位置的確定、角度頭加工切削參數的設定以及角度頭加工技術的使用等，規范飛機結構件數據加工的方法，以提升角度頭在飛機深腔結構件五軸數控加工中的使用效果，對角度頭在機加領域的實際應用具有借鑒性意義。