飞机梁间肋类零件的高速加工和质量控制

郑闯

【摘 要】 随着加工制造业的飞速发展，高速切削加工技术在航空领域也获得了广泛的推广与应用。铝合金高速加工由于其显著的提高了切削速度，从而大大缩短了加工时间，提高了零件的表面质量和加工精度，已成为了企业的首选。

【关键词】 梁间肋；高速加工；关键特征

本文介绍了飞机梁间肋类零件的高速加工方案，根据所选机床的特点结合零件自身结构制定了合理的装夹方式，建立机床刀具库确定了合理的切削参数，使用先进的程编方法，提高了零件的加工效率，同时阐述了零件关键特征的质量控制。

一、高速加工的概念和特點

1、高速切削加工概念

高速切削加工为航空制造业一项相当重要的先进制造技术，它是集高效、优质、低耗于一身的先进制造技术。在常规切削加工中备受困扰的一系列问题，很多都在高速切削加工中得到了解决。

2、高速切削加工的特点

2.1采用高速主轴系统，提供尽可能高的材料去除速率（MaterialRemovalRate，MRR）。当前应用的高速主轴，转速可达42000r/min，甚至更高。

2.2采用高性能的进给系统，在加工中各种走刀路径获得很高的伺服动态特性，从而缩短切削加工时间。

2.3高性能切削数控技术的应用，使得飞机铝合金结构件数控加工时的材料去除速率高达5000cm3/min～7000cm3/min。

二、飞机梁间肋类零件简介

1、零件毛料信息。零件材料为铝合金板材，材料牌号均为7075-T7351，材料尺寸85.1×350×1140mm。零件宽度方向余量单边均不超过15mm，长度方向余量单边均不超过10mm。

2、零件结构特点。该系列零件为双面框结构，腹板厚度最厚为2.5mm，最薄为0.7mm公差为+0.25/-0.13，筋板厚度最厚为2.Smm，最薄为1.06mm公差为+0.25/-0.13，零件底角均为R3，转角均为R6.6。

三、加工方案

1、数控设备的选择.该系列零件由五座标卧式加工中心生产。该机床控制系统为SIMENS840D，工作台2000×4000nun，主轴功率为60KW。

2、加工方式的确定。所示该系列零件的加工步骤：

2.1三座标机床开零件两侧压板槽。

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，内形及腹板底面加工到位，半精加工铣腹板时留1mm余量利用测厚仪等设备测量腹板实际厚度根据实际测量数据，调整程序Z向偏置精铣腹板，保证腹板厚度符合公差，其余零件尺寸均有程序保证。

3、切削参数的确定。确定好了加工机床及加工方式，切削参数的选择应按照具体的加工机床、不同的加工刀具、被加工的材料以及加工方式进行选择。粗加工是为了去除大部分余量，因此，切削参数要尽可能的选取上限值，精加工为了保证零件尺寸及质量，则需要选取合适的加工参数。通过几次刀具的切削实验，根据该系列零件特点、机床负载情况、零件表面质量及刀具使用寿命等因素出发确定切削参数。

4、装夹方式的确定

4.1第一面装夹。零件第一面粗精加工装夹方式，五块毛坯一起放置在工作平台上。根据物料情况及生产需要五个加工位置可装夹同一零件也可装夹不同零件。

4.2第二面装夹。零件第二面粗精加工采用真空吸附及螺钉辅助压紧的装夹方式，真空吸附夹具样式，该系列真空吸附工装的具有统一的设计原则：因成本考虑每个零件的第二面粗精加工真空吸附工装只有一个，加工方式，根据物料情况及生产需要调用不同工装满足生产。

4.3加工时的装夹安排。从效率最大化原则出发，在生产安排上可以考虑五个不同梁间肋类零件同时生产：在粗精加工第一面时，操作工可进行粗精加工第二面的装夹准备工作。当五个零件第一面加工完成后，第二面的准备工作也已完成，机床可顺势跟上开始第二面的加工，操作工再开始下一批这五个零件的第一面加工准备工作，如此反复进行操作。

4、加工效果

4.1效率方面。该系列零件用这种加工方案批量生产了一段时间，通过观察记录，在实际加工效率上可达到以下几点效果：

4.1.1零件第一面加工完直接开始第二的加工，减少了半成品数量，从而缩短零件的加工周期。

4.1.2在物料情况及生产周期允许的情况下，合理安排加工次序基本上消除了机床停滞等待零件装夹的时间，达到机床的最大化利用。

4.1.3再工艺搭子处理上做出了改进，能轻松去掉工艺搭子，减少了钳工的工作量。

4.2质量控制方面

4.2.1原先的精加工设备为车间老旧为五坐标AB转角机床，截取批量生产的某两个月的全部零件为样本，根据测量数据进行统计分析的结果由统计数据可知，组内过程能力Cpk分别为1.28和1.56，而整体过程能力Ppk为0.97和0.92，PPK基本在1以下，不符合1.33的要求。

4.2.2现加工机床为高速五轴加工中心，截取某两个月全部生产的零件为样本，根据测量数据进行统计分析的结果由统计数据可知，组内过程能力Cpk分别为2.72和1.96，而整体过程能力Ppk为1.86和1.1，较原先数据比较，过程能力有了显著的提高。

结束语

近年来，高速加工技术在航空零件的研制生产中发挥了越来越重要的作用。随着应用范围的不断推广，数控高效加工在技术和管理等方面仍需不断地发展完善，以满足快速发展的航空制造要求。本文针对梁间肋类零件在高速翻板机床上的加工工艺进行了详细的介绍，分析了高速加工带来的效率提高及质量的稳定控制，为框类、肋腹板类零件在高速机床上的批量高效生产提供了借鉴。

【参考文献】

[1] 陈蔚芳等编.现代数控技术及应用[M].北京：科学出版社，2005.

[2] 张俊生主编.金属切削机床与数控机床[M].北京：机械工业出版社，1994.

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