數(shù)控加工技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用

楊龍

[摘 要]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益成熟，飛機(jī)制造技術(shù)也不斷的進(jìn)行革新，此外，飛機(jī)制造中新結(jié)構(gòu)、新材料的使用也促使飛機(jī)制造技術(shù)的不斷創(chuàng)新。當(dāng)前，數(shù)控加工技術(shù)以其效率高、質(zhì)量好、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了制造企業(yè)的廣泛青睞，尤其在飛機(jī)機(jī)體零部件的制造中發(fā)揮著舉足輕重的作用，無(wú)論是整體零件還是接頭零件，其利用率均非常高，數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和加工效率，而且還能有效縮短加工周期。

[關(guān)鍵詞]數(shù)控加工技術(shù)；飛機(jī)制造；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）35-0362-01

引言

飛機(jī)零部件的制造和裝配是飛機(jī)制造中的核心，也是難點(diǎn)。飛機(jī)是由大量復(fù)雜的零部件所組成的，由于航空技術(shù)的發(fā)展和材料、加工工藝等的提升，飛機(jī)零部件也向著輕量化、復(fù)雜性強(qiáng)的方向發(fā)展，以使飛機(jī)獲得更好的性能，這也為飛機(jī)的制造帶來(lái)了極大的難度與挑戰(zhàn)。在這一過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)積極發(fā)揮數(shù)控技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，使飛機(jī)制造更富有效率和質(zhì)量保障。

1 數(shù)控加工技術(shù)的作用

數(shù)控加工技術(shù)是通過(guò)自動(dòng)化、數(shù)字化的技術(shù)加工零件一種技術(shù)方式，其中主要是利用計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化與數(shù)字化技術(shù)，自動(dòng)化是數(shù)控加工技術(shù)最主要的特點(diǎn)。數(shù)控加工技術(shù)能實(shí)現(xiàn)精度的提升，無(wú)論是時(shí)間誤差精度還是加工質(zhì)量精度，數(shù)控加工技術(shù)均能極大提高。數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用不但可以保證加工零件質(zhì)量的均衡，數(shù)控加工技術(shù)還能有效減少各工序之間的周轉(zhuǎn)，便于設(shè)計(jì)變更，有效降低加工周期。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的日益成熟、制造設(shè)備的數(shù)控程度的提升，在飛機(jī)零件加工中數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用程度日益加深。

2 飛機(jī)制造中的零件要求

飛機(jī)零件具有外廓尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量輕的特點(diǎn)，在多個(gè)對(duì)接部位或活動(dòng)面處有精度要求較高的多面體接頭類零件。同時(shí)，隨著新型材料技術(shù)的不斷發(fā)展和飛機(jī)整體強(qiáng)度重量比設(shè)計(jì)要求的不斷提高，復(fù)合材料在機(jī)中的用量也越來(lái)越大。

2.1 整體零件

整體零件包括機(jī)翼蒙皮壁板、機(jī)身蒙皮壁板、機(jī)翼大梁、翼肋等，此類零件一般選用2000系列或7000系列鋁合金預(yù)拉伸板材，部分翼肋零件采用鋁合金型材類原材料，零件除外廓尺寸大以外，還有多槽腔、單側(cè)或雙側(cè)理論外形等的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。大型整體零件的數(shù)控加工必須同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，綜合應(yīng)用高速高效加工技術(shù)和數(shù)控加工變形控制等技術(shù)。

2.2 接頭零件

接頭零件包括主起落架支撐接頭、擾流板鉸鏈接頭以及機(jī)翼與機(jī)身的對(duì)接接頭等，零件高度尺寸大、槽腔深、空間孔的精度和位置度要求較高。因此，對(duì)于復(fù)雜接頭類零件的數(shù)控加工，需制定合理的工藝流程，同時(shí)注重轉(zhuǎn)角插銑技術(shù)、數(shù)控鏜銑復(fù)合加工等技術(shù)的綜合應(yīng)用。

2.3 復(fù)合材料

碳纖維等復(fù)合材料技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，為飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造帶來(lái)了一片新天地，復(fù)合材料以其高耐腐蝕性和耐疲勞性等優(yōu)點(diǎn)，在飛機(jī)的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，如B787飛機(jī)的復(fù)合材料占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的50%，已經(jīng)徹底地由輔助材料變?yōu)橹鲗?dǎo)材料。復(fù)合材料的加工除鋪帶技術(shù)和纏繞技術(shù)外，數(shù)控切邊和數(shù)控鉆孔等加工技術(shù)也不可或缺，尤其是大型整體復(fù)材構(gòu)件的數(shù)控加工，其難點(diǎn)主要在于材料本身低的熱傳導(dǎo)性和定位夾緊的特殊性，因此，復(fù)合材料的數(shù)控加工主要體現(xiàn)在數(shù)控刀具及其應(yīng)用技術(shù)和工裝的設(shè)計(jì)制造技術(shù)上。

3 數(shù)控加工技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用

3.1 梁

梁是飛機(jī)機(jī)翼展向、機(jī)身縱向的承力構(gòu)件，常用材料主要有高強(qiáng)度合金結(jié)構(gòu)鋼及鋁合金等，外形呈變斜角型面，截面形狀為工字形，長(zhǎng)度大，毛坯為鋁合金預(yù)拉伸板或型材，梁既有配合槽口、結(jié)合孔，又有協(xié)調(diào)要求高的外形、交點(diǎn)孔及內(nèi)形結(jié)合面。這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，給機(jī)械加工增加了難度，特別是加工變形問(wèn)題。梁類零件的加工有以下特點(diǎn)：1、切削加工以銑削為主，其銑削加工占全部加工量的60%以上；2、加工尺寸精度不高，但協(xié)調(diào)要求高，如槽口、結(jié)合孔、交點(diǎn)孔、緣條內(nèi)結(jié)合面等之間的位置精度，加工這些有裝配要求的表面，必須符合協(xié)調(diào)依據(jù)。在數(shù)字化加工模式中，加工的最終狀態(tài)符合數(shù)學(xué)模型即可，簡(jiǎn)化了協(xié)調(diào)關(guān)系；3、梁類零件的長(zhǎng)度尺寸大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，變形是加工中的主要問(wèn)題，因此校正工序在工藝流程中是必不可少的。根據(jù)梁類零件的以上特點(diǎn)，加工中一般選用三坐標(biāo)數(shù)控銑床進(jìn)行銑削，刀具材料通常采用硬質(zhì)合金或高速鋼。

3.2 壁板

壁板構(gòu)成飛機(jī)氣動(dòng)外形，是飛機(jī)的主要承力件，展開后呈平板格子型，格子排列有序，并在內(nèi)表面。加工時(shí)，機(jī)床一般采用大尺寸工作臺(tái)面的數(shù)控銑床，定位面是平面，可采用通用真空夾具。由于此類零件毛坯一般為板材，切削量大、面積廣，材料利用率低，一般選用耐用度較高的高速鋼或硬質(zhì)合金刀具，并應(yīng)盡可能選擇通用標(biāo)準(zhǔn)刀具，減少專用刀具的設(shè)計(jì)與制造?？紤]到對(duì)數(shù)控機(jī)床本身精度的影響和延長(zhǎng)使用壽命，在刀具切削性能和剛性足夠好的情況下，優(yōu)先提高切削速度、增加進(jìn)給、其次是切削深度。為了控制加工變形，一般采用分層銑削的方式，并選擇對(duì)稱加工及多軌跡走刀方式，目的是使應(yīng)力均勻釋放，表面上雖然程序編制凌亂，但目的在于大面積內(nèi)進(jìn)行切削加工，防止因局部范圍內(nèi)加工引起應(yīng)力不均勻釋放，造成零件局部變形。

3.3 框

框類零件是飛機(jī)機(jī)身橫向結(jié)構(gòu)的主要承力件，是形成和保持機(jī)身徑向外形的主要結(jié)構(gòu)，其外形以機(jī)身外形數(shù)模為制造依據(jù)，整個(gè)外形曲面均是機(jī)身理論外形曲面的等距過(guò)度面?？蝾惲慵拿餍问蕉酁槟杭?，在國(guó)外則用厚預(yù)拉伸板較多。加工中，除精加工外，框大部分采用三坐標(biāo)數(shù)控銑床即可進(jìn)行加工，零件裝夾均采用局部平面定位和工藝孔定位的分離式夾具。

3.4 接頭

接頭是飛機(jī)上的重要受力件，它要傳遞和連接飛機(jī)的各部位，因此其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是幾何形狀復(fù)雜，空間角度多，加工精度和協(xié)調(diào)性要求高，要求材料的強(qiáng)度和剛性好，抗疲勞也要好。此類零件毛坯一般為板材，加工深度大、加工中零件變形大、效率低、產(chǎn)品合格率低。為了解決變形問(wèn)題，零件加工分粗、中精及精階段，并且每次加工時(shí)加工整個(gè)零件實(shí)體，使得應(yīng)力得以充分釋放。為了提高加工效率，在深層加工時(shí)采用不同加工深度的刀具聯(lián)合使用，充分發(fā)揮短刀加工效率高的加工優(yōu)勢(shì)，減少長(zhǎng)刀的加工量，從而提高加工效率和產(chǎn)品的合格率。

4 結(jié)語(yǔ)

飛機(jī)制造技術(shù)集中體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的航天領(lǐng)域技術(shù)水平，也是一個(gè)國(guó)家綜合實(shí)力的展現(xiàn)，飛機(jī)制造的數(shù)控加工技術(shù)應(yīng)用是我國(guó)的重要發(fā)展，通過(guò)對(duì)先進(jìn)性飛機(jī)制造理念及技術(shù)的引進(jìn)，可以解決現(xiàn)階段飛機(jī)制造過(guò)程中的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)制造成本的有效控制，提升飛機(jī)飛行的整體安全性。

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