冯聪 牟建伟 李伟兴
沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁 沈阳 110850
摘要：本文通过对薄壁梁零件的结构分析，查找零件加工的关键环节及难点，针对零件薄壁、多面加工且毛坯纤维方向限制装夹的特点，选取合适的装夹方案、数控机床以及切削参数，最终形成完整的加工工艺流程。
关键词：零件结构分析,纤维方向,装夹方式，数控加工，工艺方案
引言
薄壁梁零件为飞机结构零件，零件整体厚度较小，是典型的薄壁零件。此零件具有多面加工特点，且零件毛坯受零件纤维方向限制不利于装夹定位。本文以此典型件为例，提供了制定数控加工的工艺方案的思路和方法。
1 零件要素分析
为了更加合理有效地安排零件的整个加工过程，优质高效地将零件加工出来，在零件工艺准备进行之前必须进行周密严谨的零件分析，找到影响零件加工的关键环节及难点所在。
1.1 零件原材料分析
零件最小包容体尺寸为645×66×30，零件整体细长。零件尺寸和零件的纤维方向是限定零件材料尺寸的重要因素。飞机铝合金结构件多采用预拉伸板材进行加工，预拉伸板材不同纤维方向的力学性能有一定差异，所以零件的纤维方向是影响飞机强度的重要因素。根据此零件机加规范规定，在材料厚度方向单面至少预留3mm的加工余量，所以最小材料规格为1.5英寸。
1.2 零件结构分析
零件有五处四周封闭槽，一处开放槽，零件侧面缘条与筋条均为平面，缘条侧面与腹板不垂直，槽内为开角结构方便加工，可直接利用五轴机床使用铣刀侧刃进行加工，零件侧壁厚度为1.65mm,厚度公差为+0.25/-0.12mm，为薄壁结构，加工过程中要避免刀具与工件的震颤，并且需要考虑切削过程中薄壁结构产生的变形和刀具过长而产生的让刀现象。零件腹板厚度为1.52mm,零件腹板的厚度公差为+0.25/-0.12mm。腹板和侧壁的上偏差值大于下偏差值，可考虑在加工中预留0.05至0.1mm的余量。
1.3 零件的特种工艺及表面处理要求
零件数模注释要求进行渗透检查，并进行喷漆的表面处理。
2 确定零件毛坯尺寸及装夹方式
飞机零件在研制批均为小批量试制，设计更改频繁，同时毛坯为板材形状规整，考虑到缩短零件的研制周期和经济效益方面考虑此零件不采用专用工装进行加工。在不采用专用工装的情况下，多借助毛坯进行装夹和定位，所以采用零件两侧预留余量通过虎钳夹持零件下部毛坯的方式进行加工。
图1 装夹方式对比图
根据规范要求零件纤维方向可以有±15°偏差，所以如图所示两种装夹方案均满足此要求。装夹方案A中，零件纤维方向与设计完全一致，零件两侧切削方式对称，去除余量对称，变形因素小，但完成加工后，零件外形面与毛坯面有一定角度，零件不方便直接进行二次加工定位。装夹方案B中，零件纤维方向与设计有14°偏差，满足设计要求，B基准面与零件毛坯平行，可预先加工出B基准，并将此面作为二次装夹的定位基准，保证设计基准与两次装夹的加工基准重合。经过对比，选取装夹方案B作为零件第一次的装夹方式，第二次装夹采用压板压紧方式。
最终在零件长度方向两侧各留10mm的加工余量，在零件宽度方向的虎钳夹持侧考虑保证装夹稳定并为二次装夹留出走刀宽度将加工余量定为40mm，最终得出毛坯尺寸为665×106mm。
3 数控加工方案制定
零件的数控加工方案的制定主要从工序划分，数控机床的选择，装夹定位方式的制定，加工原点的选取，加工刀具的选取，切削参数的选取，加工策略的安排等几方面进行考虑。
3.1 工序划分和设备选择
工序划分主要是根据设备和装夹方式进行划分，同一设备一次装夹可完成的加工内容可以划为一个工序进行加工。根据零件装夹部分的分析，此零件数控加工部分根据装夹方式确定为三次，第一次采用真空吸附对毛坯进行铣平面和直边，第二次采用虎钳夹持加工零件的主要内外形结构，第三次采用压板进行夹紧补加工虎钳加持工序中不方便加工结构并进行切断。
根据零件结构，机床主轴需要有83°的摆角，现有能够满足摆角要求的机床有A，B两台设备，其中A机床B轴旋转为工作台旋转，装夹零件时需要将虎钳固定在方箱上不方便装夹，所以选取B机床作为第二次装夹的所用设备。在对毛坯铣平面和直边时对设备摆角无特殊要求，所以可选用与第二次装夹相同的设备。第三次装夹时需要加工零件端头槽、孔、切断零件并加工侧壁孔，此过程仍然需要主轴摆角83°，考虑侧面槽口结构，采用卧式转台结构机床可方便装夹，选取A机床作为第三次装夹的加工设备。
3.2 加工原点选择
数控加工的原点就是加工的基准，加工基准应保证尽量与设计基准和测量基准相重合，几次装夹尽量选择同一基准，但粗基准只能使用一次，在不能够使用同一基准进行装夹时尽量选择上一工序中加工精度高的面作为基准。根据以上原则，此零件数控加工的第一工序为铣平面和直边，平面和直边均为后续工序定位使用。第二工序采用虎钳夹持，选取虎钳支撑面为Z原点所在平面，使零件的B基准面与虎钳固定钳口贴合，贴合面为X原点，选取第一工序加工的直边为Y原点。第三工序采用压板夹紧，装夹时与第二工序相同仍选取设计基准B基准作为一个定位面与Y原点重合。
3.3 主要加工刀具和切削参数的选择
外形粗加工考虑尽量快速去除余量并且此零件外形开敞可选用直径稍大的铣刀。粗加工时切削量较大对刀具的磨损较大，高速机夹铣刀由于刀片可换刀具磨损时仅需要更换刀片即可，经济性较好，适合做粗加工使用。外形精铣时对尺寸精度要求较高，同时避免刀具过长直径太小产生震颤，选取Φ20R0的整体硬质合金铣刀作为外形精铣刀。此零件内形槽转角半径为R7.12，底角为R3，受零件结构限制选取Φ12R3的整体硬质合金铣刀进行粗加工和精加工。
4 工艺流程设计
零件工艺流程除数控加工外还需要安排必要的检验测量工序，钳工修整工序以及特种工艺和表面处理工序，最终流程为：检查材料→真空吸附铣平面和直边→虎钳装夹→二次定位铣零件→数控测量→半检→渗透检查→喷漆→零件标识→成检→交付
5 结论
本文的工艺方案设计在零件毛坯受纤维方向限制时采用适当的调整完成对零件的装夹，根据零件结构合理的划分工序、选择加工刀具和切削参数，最终完成零件的整个加工过程，保证了产品的加工质量。本文以此零件为例为数控加工工艺方案设计理清了思路与流程，整个工艺方案的设计过程和分析方法在其他数控加工零件的工艺方案设计上同样适用，同时也为纤维方向具有特殊性的零件的加工工艺方案制定提供了一种思路。