CN107052715B - 一种大型机翼整体壁板数控加工方法 - Google Patents

一种大型机翼整体壁板数控加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于航空铝合金板切削加工技术，具体涉及一种大型机翼整体壁板数控加工方法。本发明大型机翼整体壁板数控加工方法通过在大型机翼整体壁板毛坯两侧和中间开设组合应力释放槽释放加工过程中的毛坯内应力，并通过分层加工的方式，先加工大型机翼整体壁板内型面，再加工外型面，并通过为精加工留有余量，实现在大型机翼整体壁板数控加工时的变形控制，达到控制大型机翼整体壁板数控加工变形的目的，具有较大的实际应用价值。

Description

一种大型机翼整体壁板数控加工方法
技术领域
本发明属于航空铝合金板切削加工技术，具体涉及一种大型机翼整体壁板数控加工方法。
背景技术
随着航空航天工业数字化设计及制造技术的快速发展，对现代飞行器的性能要求不断提高，飞机设计结构发生了变化，开始大量采用整体结构设计，如整体框、梁、壁板等零件，零件的大型化和结构整体化趋势日趋明显，以铝合金材料为主导的大型整体结构件(超过8米)在航空航天等领域获得了广泛的应用。由于这类零件具有轻量化、薄壁化和整体化的特点，采用数控加工方法已成为当前飞机产品中整体复杂结构件的最主要加工手段。
为了控制飞机重量，飞机零件的一个显著特点就是进行了薄壁化设计，但在零件的加工过程中，由于薄壁零件加工刚度差，切削过程中受切削力、切削热和残余应力的作用容易产生变形。所以，航空整体壁板结构件在制造技术中所面对的最突出问题之一就是加工变形。
不同飞机结构件采用不同材料毛坯和不同加工方式，主导变形的因素也有所不同，产生变形的方式与程度也不一样。变形的复杂性使得航空结构件加工已成为飞机制造技术中的关键难点之一。目前，我国航空整体结构件生产现场对变形规律知之甚少，基本上以过去经验确定工艺参数，缺乏相应的理论指导，使得重点型号工程中整体结构件加工变形普遍存在，形式多样，控制难度大，经常使产品超差和报废，造成大量人力和物力的浪费，直接影响工程进度。由于变形的存在，大多数情况下被迫增加校正工序。当零件变形较大时，因校正导致零件破坏或无法校正的现象时有发生，即使校正后外形尺寸合格的零件，因锤击后存在内应力甚至裂纹，造成零件早期失效而成为发生事故的重要隐患。
请参阅图1，其是某大型机机翼整体壁板的俯视图。该大型机翼整体壁板采用国产2B25铝合金预拉伸板加工制造，其毛坯尺寸为11000×710×85mm，零件尺寸为10800×530×70mm，由于壁板结构均采用了大厚度、变截面、带工字型长桁带维修出入口框的网格状结构，把分离面型材、长桁、口框、翼肋、蒙皮等连为一体。长桁轴线为非等百分线分布，蒙皮、筋条从2肋至15肋逐渐由厚变薄，壁板两端为梳状对接框，并与前后梁、翼肋等连接，零件尺寸大，结构非常复杂，加工难度大，现有技术很难控制加工过程中的变形情况。
发明内容
本发明的目的是：提供一种能够有效释放应力，减少大型机翼整体壁板变形的数控加工方法。
本发明的技术方案是：一种大型机翼整体壁板数控加工方法，其通过在大型机翼整体壁板毛坯两侧和中间开设组合应力释放槽释放加工过程中的毛坯内应力，并通过分层加工的方式，先加工大型机翼整体壁板内型面，再加工外型面，并通过为精加工留有余量，实现在大型机翼整体壁板数控加工时的变形控制。
大型机翼整体壁板装夹位置沿壁板长度方向和厚度方向成均匀分布。
毛坯上的应力槽开设避开大型机翼整体壁板的结构区域。
分层加工时，沿毛坯材料纤维层一层层进行铣削加工。
所述的大型机翼整体壁板数控加工方法，其具体过程如下：
步骤1：首先加工零件基准面，再加工零件原点基准孔，将原点设置在毛坯长度的中心，距边沿20～50mm的工艺边上，其中，零件为大型机翼整体壁板；
步骤2：在毛坯两个边按纵向开若干槽与中间开设若干纵向槽的应力释放槽，该毛坯为零件毛坯；
步骤3：采用等高分层加工方式粗加工零件机翼理论内型面面，留下半精加工余量，均匀释放内应力；
步骤4：在零件两端和中间工艺边上加工校验孔，用于检测机床原点位移和刀具用错；
步骤5：采用等高分层加工方式粗加工零件机翼理论外型面，留下半精加工余量，均匀释放内应力；
步骤6：松开零件，进行自然时效；
步骤7：测量零件变形情况，在自然状态下，重新加工基准面；
步骤8：半精加工零件机翼理论内型面，由壁板中间向两端加工，并在腹板、T形筋和筋高各留精加工余量；
步骤9：翻面，半精加工零件B面机翼理论外型面，留精加工余量；
步骤10：精加工零件机翼理论内型面，由壁板中间向两端加工，先精加工T形筋，再加工筋高和腹板；
步骤11：翻面，精加工零件机翼理论外型面；
步骤12：切断，将零件从毛坯中分解。
在毛坯两个边按纵向开四个槽与中间开设四个纵向槽的应力释放槽，每个槽尺寸为220×110mm，槽深度方向两侧四个槽开通，中间四个槽深度50mm。
本发明的优点是：本发明大型机翼整体壁板数控加工方法通过开组合应力释放槽方案释放加工过程中的毛坯内应力，并通过优化大型机翼整体壁板零件加工顺序和两面加工量，均用分布装夹位置释放装夹力，有效控制了大型机翼整体壁板数控加工变形，提高零件加工尺寸的可靠性和产品质量，加工出满足设计要求的大型机翼整体壁板，达到控制大型机翼整体壁板数控加工变形的目的，并为更大尺寸的大型机翼整体壁板的加工变形控制提供技术依据。
附图说明
图1为大型整体壁板结构件俯视图；
图2为本发明大型机翼整体壁板数控加工方法的流程图；
图3为大型整体壁板结构件应力释放槽示意图；
图4为大型整体壁板结构件A\B面示意图；
图5为图4的A-A剖视图；
其中，1-腹板、2-高筋、3-外型面、4-T形筋、5-应力释放槽。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。
针对大型机翼整体壁板，本发明数控加工方法通过在大型机翼整体壁板毛坯两侧和中间开设组合应力释放槽释放加工过程中的毛坯内应力，并通过分层加工的方式，先加工大型机翼整体壁板内型面，再加工外型面，并通过为留有余量，进行多次精加工，最终实现在大型机翼整体壁板数控加工时的变形控制，可使的变形量相对于原有变形量降低70％以上。
请参阅图2，本发明大型机翼整体壁板数控加工方法的加工过程采用了以下步骤：
步骤1、为方便零件找正、装夹，首先加工零件基准面，再加工零件原点基准孔，将原点设置在毛坯长度的中心，距边沿50mm的工艺边上；
步骤2、如图3所示，在毛坯两个边按纵向开四个槽与中间开设四个纵向槽的应力释放槽组合方案，且毛坯上的应力槽开设避开大型机翼整体壁板的结构区域，避免影响零件加工，每个槽尺寸为220×110mm，槽深度方向两侧四个槽开通，中间四个槽深度50mm；
步骤3、采用等高分层加工方式(分沿毛坯材料纤维层一层层进行铣削加工)粗加工零件A面，留5mm余量，以提前释放A面较大的内应力，如图4所示；
步骤4、在零件两端和中间工艺边上加工φ40×10mm校验孔，用于检测机床原点位移和刀具用错；
步骤5、翻面，采用等高分层加工方式粗加工零件B面(机翼理论外型面)，留5mm余量，均匀释放内应力，如图4所示；
步骤6、松开夹具，充分自然时效72小时；
步骤7、用百分表测量零件变形情况，在自然状态下，重新加工基准面；
步骤8、半精加工零件A面，由壁板中间向两端加工，腹板、T形筋和筋高各留2mm加工余量，如图5所示；
步骤9、翻面，半精加工零件B面(机翼理论外型面)，留2mm余量；
步骤10、精加工零件A面，由壁板中间向两端加工，先精加工T形筋，再加工筋高和腹板，从而方便加工，便于零件加工尺寸控制；
步骤11、翻面，精加工零件B面(机翼理论外型面)；
步骤12、切断，将零件从毛坯中分解。
在于大型机翼整体壁板数控加工变形控制方法采用上述步骤后，通过开组合应力释放槽方案释放加工过程中的毛坯内应力，并通过优化大型机翼整体壁板零件加工顺序和两面加工量，均用分布装夹位置释放装夹力，控制了大型机翼整体壁板数控加工变形，其变形量相对于原有变形量降低70％以上，因此能够加工出满足设计要求的大型机翼整体壁板，达到控制大型机翼整体壁板数控加工变形的目的，并为更大尺寸的大型机翼整体壁板的加工变形控制提供技术依据，具有较大的实际应用价值。

Claims (4)

1.一种大型机翼整体壁板数控加工方法，其特征在于，通过在大型机翼整体壁板毛坯两侧和中间开设组合应力释放槽释放加工过程中的毛坯内应力，并通过分层加工的方式，先加工大型机翼整体壁板内型面，再加工外型面，并通过为精加工留有余量，实现在大型机翼整体壁板数控加工时的变形控制；大型机翼整体壁板装夹位置沿壁板长度方向和厚度方向成均匀分布；
具体过程如下：
步骤1：首先加工零件基准面，再加工零件原点基准孔，将原点设置在毛坯长度的中心，距边沿20～50mm的工艺边上，其中，零件为大型机翼整体壁板；
步骤2：在毛坯两个边按纵向开若干槽与中间开设若干纵向槽，形成组合应力释放槽，该毛坯为零件毛坯；
步骤3：采用等高分层加工方式粗加工零件机翼理论内型面，留下半精加工余量，均匀释放内应力；
步骤4：在零件两端和中间工艺边上加工校验孔，用于检测机床原点位移和刀具用错；
步骤5：采用等高分层加工方式粗加工零件机翼理论外型面，留下半精加工余量，均匀释放内应力；
步骤6：松开零件，进行自然时效；
步骤7：测量零件变形情况，在自然状态下，重新加工基准面；
步骤8：半精加工零件机翼理论内型面，由壁板中间向两端加工，并在腹板、T形筋和筋高各留精加工余量；
步骤9：翻面，半精加工零件B面机翼理论外型面，留精加工余量；
步骤10：精加工零件机翼理论内型面，由壁板中间向两端加工，先精加工T形筋，再加工筋高和腹板；
步骤11：翻面，精加工零件机翼理论外型面；
步骤12：切断，将零件从毛坯中分解。
2.根据权利要求1所述的大型机翼整体壁板数控加工方法，其特征在于，毛坯上的应力槽开设避开大型机翼整体壁板的结构区域。
3.根据权利要求1所述的大型机翼整体壁板数控加工方法，其特征在于，分层加工时，沿毛坯材料纤维层一层层进行铣削加工。
4.根据权利要求1所述的大型机翼整体壁板数控加工方法，其特征在于，在毛坯两个边按纵向开四个槽与中间开设四个纵向槽，形成组合应力释放槽，每个槽尺寸为220×110mm，槽深度方向两侧四个槽开通，中间四个槽深度50mm。
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