[发明专利]一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法

说明书

本发明公开了一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法，零件由方形毛坯加工而成，工艺过程分为三个阶段：粗加工阶段，时效阶段，精加工阶段。通过该方法，能够解决具有薄壁曲面缘条结构的飞机零件在数控加工时出现的严重振颤和切削让刀等问题，保证飞机薄壁曲面缘条结构的正常数控加工。

技术领域

本发明涉及数控加工技术领域，特别是针对飞机薄壁曲面缘条结构的数控加工方法。

背景技术

在现代飞机零件设计中，由于整体设计性能的需要，越来越多地采用薄壁结构，其中薄壁曲面缘条结构就是一类十分普遍的飞机典型薄壁结构零件，广泛应用于各类飞机典型零件的结构设计中。由于需要对零件重量进行严格控制，许多缘条结构的壁厚设计得非常小，大大超出传统飞机零件的结构壁厚，属于弱刚性结构，这就给数控加工带来很大的困难。

本发明涉及的飞机薄壁曲面缘条结构零件主要结构特点是：零件是由平面腹板和曲面缘板构成的细长弧形结构，其横截面呈“L”型；其平面腹板和曲面缘板为薄壁结构，一般壁厚均不大于1.5mm，缘板高度(或腹板宽度)与壁厚之比大于20：1；其曲面缘板为非直纹曲面；其平面腹板上有若干开口或通孔；其材料为航空钛合金、铝合金或钢。

此类零件的加工存在的主要困难在于：由于零件整体结构壁厚非常小，大大超出传统零件的结构壁厚，因此在切削加工时由于切削力的作用，造成切削振颤加剧，无法保证切削表面质量，以至于无法正常加工；同时，由于薄壁弱刚性结构在切削时的让刀现象非常严重，也会使加工尺寸无法保证。

发明内容

本发明公开了一种飞机薄壁曲面缘条结构零件的数控加工方法，通过该方法，能够解决具有薄壁曲面缘条结构的飞机零件在数控加工时出现的严重振颤和切削让刀等问题，保证飞机薄壁曲面缘条结构的正常数控加工。具体方法如下：

飞机薄壁曲面缘条结构零件由方形毛坯加工而成，工艺过程分为三个阶段：粗加工阶段，时效阶段，精加工阶段。

粗加工阶段。分为两面加工。预先定义该类零件缘板向上的一侧为A面，腹板底面一侧为B面。先将B面向上，进行毛坯上表面基准的加工及B面的粗加工，B面粗加工时，腹板底面均匀留1－2mm余量。再将A面向上，进行毛坯上表面的加工及A面的粗加工。粗加工A面时，曲面缘板顶部均匀留1－2mm余量；曲面缘板两侧均匀留4－6mm余量，使曲面缘板的高度与壁厚之比不大于4：1；腹板面均匀留4－6mm余量。A面粗加工完成后，工件四周通过工艺搭接与毛坯相连接。

时效阶段。粗加工完成后，工件进行自然时效48小时以上。如果是材料钛合金或钢，则先进行退火热处理，消减粗加工应力。

精加工阶段。先进行A、B两面的基准面修正及基准孔的修正。然后将B面向上，进行B面的精加工，分别将腹板面、腹板面上的开口或通孔、腹板面与缘板的外过渡面精加工到位。

B面加工完成后，在腹板面上粘接减震块。减震块为轮廓与腹板面相同的等厚金属块。

然后将A面向上，进行A面的精加工，分五步。

第一步，将曲面缘板顶部精加工到位。

第二步，进行曲面缘板内外侧的精加工。由于曲面缘板为非直纹曲面，采用普通的立铣刀进行五轴侧刃铣削加工时，会产生较大的加工误差，并且曲率越大，加工误差越大，难以保证壁厚。因此，本发明中，曲面缘板内外侧的精加工采用一种鼓型立铣刀进行五轴侧刃铣削加工。该鼓型立铣刀的侧刃呈弧形，其弧形的曲率半径略小于曲面缘板沿高度方向的曲率半径。在进行曲面缘板内外侧的精加工时，采取径向分层结合轴向分层、径向切削优先的走刀方式；径向分层采取由外向内、径向切除余量逐层递减的走刀方式，一般分2－3层，最后一层切宽不大于0.5mm；轴向分层采取由高到低、缘板内外侧交替加工的铣削策略进行。当径向切削至最内侧一层时，鼓型立铣刀的侧刃与曲面缘板呈相切状态。