CN109434386A - 一种机翼下缘条对接带板的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机翼下缘条对接带板的加工方法，所述对接带板为钛合金材质，所述对接带板为双曲面薄壁结构，所述加工方法包括依次进行的粗加工、热处理、半精加工和精加工；在粗加工中，将钛合金毛坯铣削加工出对接带板的轮廓；在半精加工中，两侧曲面各预留0.4～0.8mm加工余量；半精加工和精加工中，沿纤维方向采用均匀去除材料，避免刚度突变的切削路径规划方法；针对平整曲面侧，以所述折弯线为界分为两个加工区，针对每个加工区，进刀点邻近折弯线部位；针对梯度曲面侧，按照各厚度区的目标厚度由薄至厚逐区加工。本发明提供的加工方法，有效控制对接带板在加工过程中的变形，提高切削稳定性，保证加工精度。

Description

一种机翼下缘条对接带板的加工方法

技术领域

本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种机翼下缘条对接带板的加工方法。

背景技术

机翼是飞机最主要的部件之一，其主要作用是产生升力，而缘条又是飞机的关键零部件，为连接飞机中央翼和外翼的主承力结构，缘条部位尺寸较大且传力复杂，对于整体机翼传力起到至关重要的作用。

由于飞机气动外形的要求，缘条零件外形轮廓复杂，精度要求高，且其材料主要为钛合金，毛坯通常包括自由锻件和模锻件，加之钛合金材料具有高比强度、导热性能差、弹性模量小、化学活性大等特性，毛坯应力幅值高，稳定性差，机加时切削温度高、切屑变形小、容易粘刀、加工硬化严重、加工后回弹大，使刀具发生严重磨损，因此机加工质量难以保证。

发明内容

本发明提供了一种机翼下缘条对接带板的加工方法，通过选择适当的铣削工艺路径和参数，有效控制对接带板在加工过程中的变形，提高切削稳定性，保证对接带板的加工精度。

一种机翼下缘条对接带板的加工方法，所述对接带板为钛合金材质，所述对接带板为双曲面薄壁结构，且中部带有沿纤维长度方向延伸的折弯线，对接带板两侧曲面中，一侧为平整曲面侧，另一侧为具有不同厚度区的梯度曲面侧，所述加工方法包括依次进行的粗加工、热处理、半精加工和精加工；

在粗加工中，将钛合金毛坯铣削加工出对接带板的轮廓，两侧曲面各预留2～3mm加工余量；

在半精加工中，两侧曲面各预留0.4～0.8mm加工余量；

半精加工和精加工中，采用沿纤维方向走刀的方式进行铣削加工；针对平整曲面侧，以所述折弯线为界分为两个加工区，针对每个加工区，进刀点邻近折弯线部位；针对梯度曲面侧，按照各厚度区的目标厚度由薄至厚逐区加工。

由于钛合金材料的特殊性质，在加工过程中，需要有效控制零件的变形，在粗加工过程中，采用铣削方式加工出对接带板的轮廓，并预留适当的加工余量，一方面保证后续半精加工和精加工过程的顺利进行，即在进行热处理消除内部应力后，两侧曲面依然存在足够的加工余量，不会导致后续加工过程无法进行，另一方面，保证半精加工和精加工的过程中，减少因铣削次数过多或单次铣削厚度过大带来的形变。

在半精加工完成后，两侧曲面各预留0.4～0.8mm加工余量，使得在精加工时，通过一次切削即可完成精加工，减少因铣削次数过多或单次铣削厚度过大带来的形变。

所述平整曲面侧为相对凹陷的一侧，所述梯度曲面侧为相对凸起的一侧，因此，在加工时，梯度曲面侧的强度优于平整曲面侧，梯度曲面侧的加工条件相比平整曲面侧适当宽松，进刀点以及铣削路径可以有更多选择。针对平整曲面侧，通过对铣削路径以及进刀点进行优选，能够减少对接带板在加工过程中的形变。

作为优选，在半精加工中，采用逐层等厚度铣削避免刚度突变的的方式加工两侧曲面。即每次铣削掉相同厚度的材料，在半精加工中过程中，通常进行2～3次铣削加工，以去掉目标厚度的材料。平整曲面侧每次铣削的厚度和梯度曲面侧每次铣削的厚度可以相同，也可以不同。针对梯度曲面侧，各区依次铣削掉相同的厚度，然后进行下一次铣削。

作为优选，在半精加工和精加工中，针对平整曲面侧，两个加工区的进刀点位于对接带板相对两侧的边缘。防止进刀时对同一区域造成反复冲击。

作为优选，在半精加工和精加工中，采用正前角刀片进行加工，正前角刀片的正前角范围为20～30度。

正前角刀片的正前角范围为20～30度，角度过小会使刀具切入时切削力过大，从而引起震颤，导致加工不稳定；刀具角度过大会使刀具刃口刚性不足，容易导致刀具崩裂，增加成本，本发明选择的正前角范围既可以保证足够的刃口刚性，又可以保证刀具容易切入材料。

作为优选，在半精加工和精加工中，采用斜坡进刀方式，进刀斜坡角小于3度。采用斜坡进刀方式，不仅可以减少对对接带板的冲击，防止加工震颤，还可以有效防止刀尖进刀时因切削不稳定导致崩刃情况的发生。

作为优选，在半精加工和精加工中，采用双向往复铣削走刀方式进行加工。双向往复铣削走刀方式的切宽为刀具有效直径的60～80％。

作为优选，将所述对接带板放置在工装上进行半精加工和精加工，所述工装包括：

底板；

位于所述底板上的若干支撑台，各支撑台环绕对接带板轮廓布置，所述对接带板在粗加工过程中铣削加工出与所述支撑台相连接的工艺耳片；

设置在所述底板上的若干支撑柱，各支撑柱高度可调且支撑在对接带板折弯线两侧区域的中部。

对接带板在粗加工过程中加工出工艺耳片，工艺耳片与支撑台固定连接，以实现对接带板的定位和固定，支撑柱用于支撑对接带板强度较弱的中部区域，避免在铣削加工过程中出现形变。

作为优选，各支撑柱与对接带板相接触的面为弧面。

支撑柱的顶面为弧面，以尽量减少与对接带板的接触面，避免由于抵压造成对接带板形变。

支撑柱的排布根据对接带板的刚度区域分布进行设置，优选在强度较弱的区域进行支撑。优选地，所述支撑柱分为两排，每排支撑柱沿对接带板的折弯线方向延伸。支撑柱的数量根据需要进行选择，排布长度根据对接带板的长度而定。

作为优选，对接带板的工艺耳片分为两组，每组工艺耳片分布在对接带板相对两侧的边缘，其中一组工艺耳片设有定位孔，通过贯穿定位孔的定位销与对应的支撑台连接；另一组工艺耳片上设有安装孔，通过贯穿安装孔且与安装孔间隙配合的螺钉与对应的支撑台连接。

通过定位销与定位孔的配合，实现对接带板的精确定位，保证对接带板在水平面上的投影位于同一位置；通过螺钉实现对接带板与支撑台的固定架。定位销确定对接带板的位置后，螺钉适应性地位于安装孔中的合适位置，螺钉仅向工艺耳施加竖直方向的压紧力，不会造成对接带板的形变。

相比现有技术，本发明具有以下效果：

(1)均匀去除材料，避免刚度具有突变的铣削路径，有效控制零件变形；

(2)采用双向往复铣削走刀方式加工，合理安排切削用量，减少进、退刀次数，提高切削稳定性，延长刀具寿命；

(3)工装结构简单，装夹方便，可根据对接带板刚性任意增加辅助支撑柱，提高加工效率；

(4)加工质量高，所加工对接带板的面轮廓度公差0.335mm，精度高于面轮廓度公差0.6mm要求。

附图说明

图1为本发明中机翼下缘条对接带板的示意图；

图2为本发明中半精加工和精加工过程中使用的工装的示意图；

图3为本发明中半精加工和精加工过程中使用的工装的侧视图；

图4为本发明中机翼下缘条对接带板安置在工装上的示意图(假定对接带板为透明)；

图5为本发明中机翼下缘条对接带板安置在工装上的侧视图；

图6为本发明中机翼下缘条对接带板的平整曲面侧的走刀方式示意图。

图中：1、底板；2a、第一支撑台；2b、第二支撑台；3、螺钉；4、支撑柱；5、条形孔；6、定位销；7、对接带板；8a、第一工艺耳片；8b、第二工艺耳片；a、进刀点；b、退刀点；c、进刀点；d、退刀点。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明机翼下缘条对接带板的加工方法做详细描述。

如图1所示，机翼下缘条的对接带板7为双曲面薄壁结构，对接带板7采用钛合金材质，对接带板7的中部带有沿纤维长度方向(即图1中箭头所指示的方向)延伸的折弯线OO’，对接带板7两侧曲面中，一侧为平整曲面侧，另一侧为具有不同厚度区的梯度曲面侧。

对接带板7的曲面轮廓度公差0.6mm，腹板最小厚度公差5(-0.1/+0.3)mm，腹板最大厚度公差7(-0.1/+0.3)mm。

针对平整曲面侧，以折弯线OO’为界分为两个加工区，每个加工区均为平滑延伸的曲面；针对梯度曲面侧，以折弯线OO’为界分为两个区域，每个区域中依据厚度不同分为三个厚度区，其中A厚度区和C厚度区大致为矩形，且分别位于所在区域的对角部位，B厚度区位于A厚度区和C厚度区之间，A厚度区和C厚度区之间没有相邻的边界，A厚度区的厚度为5mm，B厚度区的厚度为6mm，C厚度区的厚度为7mm。

本发明机翼下缘条对接带板的加工方法包括依次进行的粗加工、热处理、半精加工和精加工。

粗加工：

加工对接带板7的钛合金毛坯为1172(长)mm×485mm(宽)×72mm(厚)的长方体，在粗加工过程中，采用玉米铣刀将钛合金毛坯铣削加工出对接带板7的轮廓，同时铣削加工出工艺耳片。

如图4、图6所示，对接带板7的工艺耳片分为两组，其中一组为沿对接带板7长度方向布置的第一工艺耳片8a，另一组为沿对接带板7宽度方向布置的第二工艺耳片8b。

第一工艺耳片8a为六个，对接带板7长度方向的每侧侧缘分布三个，第二工艺耳片8b为两个，两个第二工艺耳片8b位于折弯线OO’的不同侧。第一工艺耳片8a上设有安装孔，第二工艺耳片8b上设有定位孔。

粗加工采用负主偏角刀具加工对接带板7的两侧曲面，两侧曲面各预留2mm加工余量，负主偏角刀具的刀具直径Φ63mm，齿数5，转速260r/min，进给1000mm/min，切深1～3mm，切宽为刀具有效直径的60～80％。

热处理：

粗加工完成后，得到两侧均为平整曲面的坯体结构，通过热处理(也即退火)去除残余内部应力，减少精加工后的零件变形，热处理温度为552℃，保温时间为2.5h。

半精加工和精加工：

热处理完成后，依次进行半精加工和精加工，如图2、图3、图4所示，进行机翼下缘条对接带板7的半精加工和精加工时，将对接带板7放置在工装上进行，工装包括：底板1、位于底板1上的若干支撑台、以及设置在底板1上的若干支撑柱4。

底板1采用铸铁，底板1上设有条形孔5，通过贯穿条形孔5的螺栓与铣床固定连接。

各支撑台通过螺栓与底板1固定连接且环绕对接带板7轮廓布置，支撑台均采用铝合金材质，各支撑台的顶面为平面且相互平齐(即各支撑台的表面处于同一平面上，各支撑台的顶面为建立工艺坐标系的基准，需要保证加工精度)。采用玉米铣刀加工支撑台的轮廓，刀具直径Φ63mm，齿数20，转速300r/min，进给180mm/min，切宽4mm，切深30mm。玉米铣刀以最大材料去除率铣削对接带板7轮廓，减少刀具振动区域，同时减少刀具空运行时间，提高加工效率。

所有支撑台分为两组，其中一组为沿对接带板7长度方向布置的第一支撑台2a，另一组为沿对接带板7宽度方向布置的第二支撑台2b。第一支撑台2a为六个，对称分布在对接带板7宽度方向的两侧；第二支撑台2b为两个，分别位于对接带板7长度方向的两侧，且两个第二支撑台2b大致位于对接带板7的对角位置。

第一支撑台2a上螺纹配合有螺钉3，该螺钉3可采用M12螺钉；第二支撑台2b上安装有定位销6，该定位销6可采用Φ12(4)销钉。

粗加工过程中铣削的工艺耳片和支撑台一一对应，如图4所示，第一工艺耳片8a通过贯穿安装孔且与安装孔间隙配合的螺钉3与对应的第一支撑台2a连接，第二工艺耳片8b通过贯穿定位孔的定位销6与对应的第二支撑台2b连接。加工某侧曲面时，将该侧曲面朝上装夹在工装上。

通过定位销6与定位孔的配合，限定对接带板7在平面上的位置，即在不同的装夹过程中，对接带板7在水平面上的投影处于同一位置。螺钉3与安装孔之间具有间隙，安装孔内壁光滑，螺钉3可在安装孔内移动，以适应对接带板7的形状，以避免对接带板7在装夹过程中发生形变。

如图2、图5所示，支撑柱4分为两排，每排支撑柱4沿对接带板7的折弯线方向延伸。每排支撑柱4中的各支撑柱4等间距排布，各支撑柱4与对接带板7相接触的面为弧面。

为了实现各支撑柱4高度可调，各支撑柱4与底板1螺纹配合，根据对接带板7的刚性结构分布，通过调整各支撑柱4与底板1的螺纹啮合深度，以支撑对接带板7的对应部位。

各支撑柱4支撑在对接带板7折弯线两侧区域的中部，也即折弯线两侧最易变形的部位，以固化零件强度，提高加工的稳定性。

在半精加工和精加工中，针对平整曲面侧，如图6所示，沿纤维方向采用双向往复铣削走刀方式(即Zig-zag走刀方式，刀轨包括一系列平行线以及连接在相邻平行线端部的过渡线(刀具转弯换向时形成的轨迹)，各平行线和过渡线共同形成一条连续分布的轨迹线)加工，双向往复铣削走刀方式的切宽为刀具有效直径的60～80％。以折弯线OO’为界分为两个加工区，针对每个加工区，进刀点邻近折弯线部位，两个加工区的进刀点a和进刀点c位于对接带板7相对两侧的边缘，也即从刚性较差的中部开始加工，两个加工区的退刀点b和退刀点d邻近对接带板的角部位。采用双向往复铣削走刀方式，可以避免刚度突变的铣削路径。

在半精加工和精加工中，针对梯度曲面侧，按照各厚度区的目标厚度由薄至厚逐区加工，在各厚度区中，沿纤维方向采用双向往复铣削走刀方式加工，也可以采用其他的走刀路径。针对各厚度区，进刀点位于对接带板7的侧缘。梯度曲面侧位于曲面相对凸起的一侧，强度优于相对凹陷的平整曲面侧，因此，铣削加工的方式相对宽松，限定较少。

在半精加工中，采用逐层等厚度铣削的方式加工两侧曲面，有效控制加工残余应力对对接带板7变形的影响。

半精加工完成后，在梯度曲面侧形成不同的厚度区，半精加工完成后，两侧曲面各预留0.5mm加工余量。

在半精加工和精加工过程中，以支撑台顶面进行对接带板7定位，并以支撑台顶面为基准面建立工艺坐标系，采用正前角刀片进行加工，正前角刀片的正前角范围为20～30度，以均匀去除材料。在半精加工和精加工中，采用斜坡进刀方式，进刀斜坡角为2度。

通过实际对接带板7加工和三坐标测量仪的严格质量检验，采用上述方法得到的对接带板7完全满足零件公差要求。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (10)

1.一种机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，所述对接带板为钛合金材质，所述对接带板为双曲面薄壁结构，且中部带有沿纤维长度方向延伸的折弯线，对接带板两侧曲面中，一侧为平整曲面侧，另一侧为具有不同厚度区的梯度曲面侧，所述加工方法包括依次进行的粗加工、热处理、半精加工和精加工；

在粗加工中，将钛合金毛坯铣削加工出对接带板的轮廓，两侧曲面各预留2～3mm加工余量；

在半精加工中，两侧曲面各预留0.4～0.8mm加工余量；

半精加工和精加工中，采用沿纤维方向走刀的方式进行铣削加工；针对平整曲面侧，以所述折弯线为界分为两个加工区，针对每个加工区，进刀点邻近折弯线部位；针对梯度曲面侧，按照各厚度区的目标厚度由薄至厚逐区加工。

2.如权利要求1所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，在半精加工中，采用逐层等厚度避免刚度突变的铣削方式加工两侧曲面。

3.如权利要求1所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，在半精加工和精加工中，针对平整曲面侧，两个加工区的进刀点位于对接带板相对两侧的边缘。

4.如权利要求1所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，在半精加工和精加工中，采用正前角刀片进行加工，正前角刀片的正前角范围为20～30度。

5.如权利要求1所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，在半精加工和精加工中，采用斜坡进刀方式，进刀斜坡角小于3度。

6.如权利要求1所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，在半精加工和精加工中，采用双向往复铣削走刀方式进行加工。

7.如权利要求1所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，将所述对接带板放置在工装上进行半精加工和精加工，所述工装包括：

底板；

位于所述底板上的若干支撑台，各支撑台环绕对接带板轮廓布置，所述对接带板在粗加工过程中铣削加工出与所述支撑台相连接的工艺耳片；

设置在所述底板上的若干支撑柱，各支撑柱高度可调且支撑在对接带板折弯线两侧区域的中部。

8.如权利要求7所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，各支撑柱与对接带板相接触的面为弧面。

9.如权利要求7所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，所述支撑柱分为两排，每排支撑柱沿对接带板的折弯线方向延伸。

10.如权利要求7所述的机翼下缘条对接带板的加工方法，其特征在于，对接带板的工艺耳片分为两组，每组工艺耳片分布在对接带板相对两侧的边缘，其中一组工艺耳片设有定位孔，通过贯穿定位孔的定位销与对应的支撑台连接；另一组工艺耳片上设有安装孔，通过贯穿安装孔且与安装孔间隙配合的螺钉与对应的支撑台连接。