CN105328411A - 一种飞机模型的数控加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞机模型的数控加工方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、按照结构特征将飞机模型进行分区；步骤2、按照步骤1的分区分别加工飞机模型的背面，在飞机模型的背面加工工艺凸台；步骤3、按照步骤1的分区分别加工飞机模型的正面；步骤4、切除飞机模型背面的工艺凸台或者将飞机模型背面的加工工艺凸台加工成空速管，通过打抛光蜡或研磨剂进行表面的处理，完成飞机模型的加工。本发明提出的飞机数控加工颤振抑制的方法，解决了飞机复杂曲面与薄壁件数控加工中成颤振问题，保证了型面加工质量和外型面尺寸的一致性，同时提高了生产效率。

Description

一种飞机模型的数控加工方法

技术领域

本发明属于模型加工方法技术领域，涉及一种飞机模型的数控加工方法。

背景技术

仿真模型的发展历史久远，在中国古代史书的记载中，就有许多关于仿真模型方面的描述。在我国现代的考古发掘中，也出土了一些陶质和木质的仿真军事模型，如中国最早的船模—在浙江余姚的河姆渡新石器时代遗址中发现的一具陶质独木舟军事模型，以及在西安出土的秦始皇兵马俑等。模型收藏最吸引人的地方，除了要考动手能力外，还要看是否有足够的背景知识和对军事历史的了解程度。当一种飞机模型发行销售以后，随着时间的进展，认识水平的不断提高，收藏飞机模型的人越来越多，人们手上的飞机模型文化价值无意中得到升值。其中，飞机模型做为一款军事模型，一直是广大爱好者的所喜好的收藏品，它具有很高的历史价值、工艺价值、升值潜力。尤其是作为金属的军事飞机模型，它具有质感强烈，仿真度高的特点，因此，具有很高的欣赏和收藏价值。但是军事飞机模型产品由于制造过程复杂，所以产量较低，难以满足人们广泛收藏的要求。金属飞机一般通过铸造开模，然后经过机械加工完成。但是对于飞机种类繁多，收藏品或工艺品定制的数量与一般消费品相比数量很低，所以单独为每种模型进行开模加工，一方面导致模具制造成本很高，其次，周期很长，最终会导致制造成本偏高。所以出现通过整体数控加工的方法是一种高效可行的方法，但是由于飞机自身结构特点，翼展很长，薄壁结构多，数控加工过程中极易出现加工颤振的现象，导致加工质量很不稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种飞机模型的数控加工方法，该方法解决了飞机模型数控加工中颤振的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种飞机模型的数控加工方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按照结构特征将飞机模型进行分区；

步骤2、按照步骤1的分区分别加工飞机模型的背面，在飞机模型的背面加工工艺凸台；

步骤3、按照步骤1的分区分别加工，加工飞机模型的正面；

步骤4、切除飞机模型背面的工艺凸台或者将飞机模型背面的加工工艺凸台加工成空速管，通过打抛光蜡或研磨剂进行表面的处理，完成飞机模型的加工。

本发明的特点还在于，

步骤1中将飞机模型按照结构特征划分为机头加工区、机身加工区、机翼加工区、垂尾加工区、机腹加工区、流道加工区。

步骤2中工艺凸台位于飞机模型的机身和机翼处，机身处的工艺凸台以飞机起落架为基准进行三点式布置或以机身纵向进行前后两点布置，机翼处的工艺凸台以机翼翼尖为边界包络翼尖空速管前提下进行两侧对称布置。

步骤3加工飞机模型的正面时，将步骤2中的工艺凸台通过螺栓连接到平板上，将平板采用工艺压板装夹定位在机床上。

步骤3加工飞机模型的正面时，加工垂尾部分中，粗加工只加工到垂尾高度的一半位置时停止，然后采用半精加工，半精加工完毕后，直接进行精加工，即半精-精同步加工。

本发明的有益效果是：一种飞机模型的数控加工方法，解决了飞机复杂曲面与薄壁件数控加工中出现颤振的问题，实现了可直接利用三座标机床对飞机复杂薄壁结构外型面进行数控铣削，并保证了型面加工质量和外型面尺寸的一致性，同时提高了生产效率。通过工艺凸台和工艺板，结合半精与精加工同步铣削的加工方法解决了飞机薄壁结构件数控加工过程中的颤振问题。采用一种飞机模型的数控加工方法，使加工质量高、加工时间短、劳动强度小。

附图说明

图1是本发明一种飞机模型的数控加工方法实施例1飞机模型的加工流程图；

图2是本发明一种飞机模型的数控加工方法实施例1飞机模型的结构示意图；

图3是本发明一种飞机模型的数控加工方法实施例1飞机模型的工艺凸台结构设计背面示意图；

图4是本发明一种飞机模型的数控加工方法实施例1飞机模型的工艺凸台结构设计正面示意图；

图5是本发明一种飞机模型的数控加工方法实施例1飞机模型的工艺板结构示意图；

图6是本发明一种飞机模型的数控加工方法实施案例1正面加工区域划分示意图；

图7是本发明一种飞机模型的数控加工方法实施案例1反面加工区域划分示意图。

图中，1.机翼，2.机身，3.垂尾，4.平尾，5.导弹及挂架，6.空速管，7.矩形工艺凸台，8.圆柱工艺凸台，9.工艺板，10.沉头紧定螺钉。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种飞机模型的数控加工方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将飞机模型按照结构特征进行分区；飞机模型分为机翼1、机身2、垂尾3、平尾4、导弹及挂架5、空速管6部分，其中导弹及挂架5、空速管6属于外挂设备可以考虑从模型中隔离单独进行加工，机翼1、垂尾3都与机身连接属于悬臂与薄壁结构，尤其是机翼1部位悬出机身量最大，数控加工过程中极易出现颤振现象；其次，飞机模型各结构特征属于自由曲面与一般曲面的拼接转接过渡，曲率变化较大，采用同一种加工方法无法完全加工，因此必须针对结构特征分区域加工，按照特征初步划分为机头加工区、机身加工区、机翼加工区、垂尾加工区、平尾加工区、机腹加工区、进气道加工区；

步骤2、按照步骤1的分区分别加工飞机模型的背面，模型背面比正面结构要复杂，因此，在材料没有切削前刚度最佳时，应该考虑首先进行背面加工，并在飞机模型的背面加工工艺凸台，提高加工工艺系统整体刚性；工艺凸台使加工刚度增强，解决了飞机薄壁结构件数控加工过程中的颤振问题，工艺凸台位于飞机模型的机身和机翼处，机身处的圆柱工艺凸台以飞机起落架为基准进行三点式布置或以机身纵向进行前后两点布置，机翼处的矩形工艺凸台以机翼翼尖为边界包络翼尖空速管前提下进行两侧对称布置；

步骤3、按照步骤1的分区分别加工加工飞机模型的正面；将步骤2中的工艺凸台通过螺栓连接到工艺平板上，将工艺平板采用工艺压板装夹定位在机床上。加工垂尾部分时，垂尾部位属于薄壁悬臂结构，半精与精加工时极易出现颤振，所以粗加工只加工到垂尾高度的一半位置时停止，然后采用半精加工，半精加工完毕后，直接进行精加工；充分利用了垂尾未去除材料部分的加工刚度达到增强悬臂部分的强度目的，保证了切削过程的无颤振，即“半精精加工同步”。其次，在此处半精与精加工工艺采用以垂尾轮廓偏置刀具半径的偏距线为作为刀位轨迹驱动线，将轨迹线圆滑处理，轨迹线控制以高度方向采用螺旋方式行进，实现了切削过程的螺旋对称切削方式。该加工方法既可以减少抬刀次数，提高了加工效率。对称的方式又使得加工过程中的残余应力对称均匀释放，因此，即保证加工的稳定性，控制了加工变形的问题，得到高的加工效率；

步骤2和步骤3中刀具的选择，根据加工方法规划，粗加工阶段主要是以材料去除为目的，因此，刀具类型可以选择平底铣刀或圆鼻铣刀，刀具直径主要结合飞机模型结构尺寸与减少刀具规格原则选择，刀具直径ФD应该小于模型腹部进气道之间的距离d，即ФD<d，这样可以保证刀具在铣削过程中对飞机模型腹部余量进行部分切除，刀具悬伸量则以大于工艺凸台高度h₁为准，尽量减少刀具在刀柄外部的悬伸量，在正面加工时，悬伸量还应保证大于垂尾高度h₂，因此刀具悬L伸应该位于L∈Max(h_1，h₂)保证切削过程稳定性。根据加工方法规划，半精加工和精加工阶段，主要是以加工尺寸精度与自由型面几何精度为准，因此，刀具类型选择球头铣刀，刀具直径以自由曲面过渡转接最小半径R∈Min(R₁,R₂,…R_n)，(其中，R₁,R₂,…R_n的表示所有过渡曲面之间的转接半径值)，正面半精和精加工的刀具悬伸量与粗加工选择原则一致；

步骤2和步骤3中机床、夹具的选择，机床由于整个飞机模型没有倒扣曲面和异形曲面，机床采用三轴数控机床既满足要求，铣削过程有换刀过程，所以采用三轴数控加工中心提高加工效率，减少人为换刀等辅助时间。夹具选择，根据加工方法规划，采用整体数控加工，毛坯属于长方形坯料加工。因此，在背面加工时采用通用加工中心精密平口钳既满足需求。正面加工时，已经制作了工艺平板，所以正面加工时采用通用工艺压板，直接压在机床导轨面上就可以满足要求。设备与夹具采用了通用形式，这样减少制造成本，也提高了加工效率与准备周期。

步骤4、切除飞机模型背面的工艺凸台或者将飞机模型背面加工的工艺凸台钳修加工成空速管；工艺凸台这种布局方式既不破坏原有结构形状，同时还可以起到加工刚度增强的目的；通过打抛光蜡或研磨剂进行表面的处理，完成飞机模型的成型加工。

实施例1

一种飞机模型的数控加工方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、分析飞机的整体结构特点；

图1是实施例1飞机模型的加工方法流程示意图；

图2是实施例1飞机模型的结构示意图，其中1.机身，2.机翼，3.垂尾，4.平尾，5.导弹及挂架，6.空速管；

图3是实施例1飞机模型的工艺凸台结构设计背面示意图，7.矩形工艺凸台，8.圆柱工艺凸台；图3中d表示进气道两个之间距离；

图4是实施例1飞机模型的结构设计正面示意图，h₁矩形工艺凸台高度尺寸，h₂垂尾高度尺寸。

Claims (5)

1.一种飞机模型的数控加工方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按照结构特征将飞机模型进行分区；

步骤2、按照步骤1的分区分别加工飞机模型的背面，在飞机模型的背面加工工艺凸台；

步骤3、按照步骤1的分区分别加工，加工飞机模型的正面；

步骤4、切除飞机模型背面的工艺凸台或者将飞机模型背面的加工工艺凸台加工成空速管，通过打抛光蜡或研磨剂进行表面的处理，完成飞机模型的加工。

2.根据权利要求1所述的一种飞机模型的数控加工方法，其特征在于：所述步骤1中将飞机模型按照结构特征划分为机头加工区、机身加工区、机翼加工区、垂尾加工区、机腹加工区、流道加工区。

3.根据权利要求1所述的一种飞机模型的数控加工方法，其特征在于：所述步骤2中工艺凸台位于飞机模型的机身和机翼处，机身处的工艺凸台以飞机起落架为基准进行三点式布置或以机身纵向进行前后两点布置，机翼处的工艺凸台以机翼翼尖为边界包络翼尖空速管前提下进行两侧对称布置。

4.根据权利要求1所述的一种飞机模型的数控加工方法，其特征在于：所述步骤3加工飞机模型的正面时，将步骤2中的工艺凸台通过螺栓连接到平板上，将平板采用工艺压板装夹定位在机床上。

5.根据权利要求1所述的一种飞机模型的数控加工方法，其特征在于：所述步骤3加工飞机模型的正面时，加工垂尾部分中，粗加工只加工到垂尾高度的一半位置时停止，然后采用半精加工，半精加工完毕后，直接进行精加工，即半精-精同步加工。