本文通過(guò)對(duì)教練機(jī)前襟內(nèi)側(cè)斜梁零件數(shù)控加工的介紹，探討了五軸高速加工及其仿真技術(shù)的應(yīng)用。
一、概述
某型高教機(jī)是我公司研制的新一代教練機(jī)，該機(jī)氣動(dòng)性能、機(jī)動(dòng)性能要求較高，特別是對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)有了新的要求。因此在結(jié)構(gòu)上大量采用整體框、梁、壁板等機(jī)加件。而機(jī)翼前襟內(nèi)、外側(cè)斜梁因結(jié)構(gòu)和裝配要求，設(shè)計(jì)成整體梁，詳見(jiàn)（圖1）。該梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁薄，截面近似為z字型，在其長(zhǎng)度方向有多組長(zhǎng)距離、高精度叉耳孔，加工難度大，是某高教機(jī)機(jī)加零件的技術(shù)關(guān)鍵之一。
圖1 前襟內(nèi)側(cè)斜梁
二、工藝分析
零件材料為鋁合金薄壁梁，為保證零件叉耳孔裝配的同軸度要求，加工后變形要盡可能小，零件為雙面長(zhǎng)梁結(jié)構(gòu)，毛胚為板材，整體材料切除率高達(dá)95%左右，因此決定采用高速銑加工的工藝方案。適合高速切削的航空零件主要有：壁板、整體框、梁、肋等結(jié)構(gòu)件，其毛坯大多數(shù)為鋁合金預(yù)拉伸板材，加工方法主要是銑削加工。對(duì)于一面為平板的單面結(jié)構(gòu)零件，工藝路線(xiàn)比較簡(jiǎn)單，即：粗加工－精加工。航空產(chǎn)品中，大多數(shù)零件都具有雙面結(jié)構(gòu)，對(duì)這些具有雙面結(jié)構(gòu)的零件，有以下兩種典型工藝路線(xiàn)：（1）正面粗加工－正面精加工－翻面－反面粗加工－反面精加工；（2）正面粗加工－翻面－反面粗加工－反面精加工－翻面－正面精加工；我們選擇第二種工藝路線(xiàn)，可以有效釋放應(yīng)力。零件的裝夾方式為內(nèi)側(cè)斜梁采用中間通孔處留工藝凸臺(tái)定位（圖2）。
圖2 內(nèi)側(cè)斜梁裝夾方案
三、程序編制
高速銑加工程序的編制采用ugnx2.0軟件，粗加工采用型腔銑，編程時(shí)刀具每層都以5度傾角采用螺旋線(xiàn)和圓弧進(jìn)刀，在所有拐角處加入圓弧保持加工平穩(wěn)，采用層優(yōu)先的加工策略，確保留給精加工的余量均勻。精加工采用輪廓銑和順序銑，通過(guò)螺旋或傾斜式進(jìn)刀，避免在加工表面進(jìn)、退刀，采用橫向進(jìn)給量與徑向進(jìn)給量相等的切削用量，并用粗糙度值來(lái)控制切削步距，采用從中間向四周銑削的走刀路線(xiàn)，切削方向應(yīng)保持恒定的順銑切削。根據(jù)機(jī)床的主軸功率18kw及zui高轉(zhuǎn)速為s=18000r/min，確定合理的切削參數(shù)為：
四、程序仿真
五軸高速銑程序編制完成后一定要確保無(wú)誤后才能交付機(jī)床使用，因此事先對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行校驗(yàn)和仿真是必要的，同時(shí)還要考慮與實(shí)際加工環(huán)境相一致，我們選用了vericut5.4軟件來(lái)做這項(xiàng)工作。具體過(guò)程是首先建立所使用機(jī)床的結(jié)構(gòu)（圖3）、使用刀柄和刀具的結(jié)構(gòu)（圖4）、控制系統(tǒng)文件sinumerik 840d。
圖3 機(jī)床模型 圖4 刀具和刀柄
然后在vericut中建立實(shí)際大小的毛胚，按編程原點(diǎn)確定加工坐標(biāo)系后導(dǎo)入機(jī)床所使用的g代碼程序進(jìn)行仿真。因零件閉角大，在擺角加工時(shí)為使所選用的刀具盡可能短并確保刀柄在加工時(shí)不碰撞，在vericut軟件設(shè)置的motion菜單中將calculate min cutter選項(xiàng)鉤上，讓軟件自動(dòng)計(jì)算所需zui小刀長(zhǎng)（圖5）。將零件模型導(dǎo)入vericut與所切削的模型自動(dòng)比對(duì)（圖6），確保無(wú)過(guò)切及過(guò)大的殘料。仿真結(jié)束后可生成零件仿真報(bào)告，報(bào)告中詳細(xì)列出了所使用文件路徑、刀具信息、切削時(shí)間、切削距離、體積去除量，確保其中錯(cuò)誤和警告兩項(xiàng)值為0，否則要修改程序（圖7）。
圖5自動(dòng)計(jì)算的zui小刀長(zhǎng)切削 圖6 自動(dòng)比對(duì)選項(xiàng)
圖7 vericut零件仿真報(bào)告
五、結(jié)論
采用整體構(gòu)件設(shè)計(jì)和高速加工已成為近幾年飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)和數(shù)控加工技術(shù)的一種發(fā)展趨勢(shì)。本文通過(guò)對(duì)某教練機(jī)前襟內(nèi)、外斜梁零件數(shù)控加工過(guò)程的介紹，簡(jiǎn)單探討了五軸高速銑工藝、編程及仿真的應(yīng)用。采用該措施可以有效地減少薄壁零件的加工變形，保證加工質(zhì)量；明顯地提高生產(chǎn)效率，縮短飛機(jī)的制造周期。（文章來(lái)源：e-works）