某型机主起落架轮舱梁数字化的高效创新加工

刘川烈

（中航工业沈飞工业集团数控加工厂，辽宁 沈阳 110850）

模锻件一直是数控加工零件中的“瓶颈”，由于其毛料的特殊形式，需多次翻面加工，随时倒动压板，加工效率低，加工品质不稳定，工人劳动强度大。

1 零件用途

某机型主起落架轮舱梁，是该飞机上的一项重要零件，在主起落架轮舱组件中起着重要的支撑作用，为该组件的主要承力构件，是起落架组件中的重要零件之一。见图1，圈中即为主起落架轮舱梁。

图1 主起落架轮舱组件图

2 零件分析

2.1 毛料信息

零件的材料牌号为2D70-T6，材料标准为11-CL-029B，模锻件，铝合金模锻件材料的特性是切削性较好，但变形较大。

2.2 加工公差

加工厚度尺寸的极限偏差为

δ=（1.9～2.5）mm 时，（+0.1/-0.2）mm；

δ=（2.6～3.0）mm 时，（+0/-0.3）mm；

δ=（3.6～18）mm时，（+0/-0.5）mm。

其余未注尺寸公差按HB5800-1999。

3 加工方案

3.1 数控设备的选择

零件的两端型面角度为32°，内外形的几处下陷角度33°，其余各个部分角度都不是很大，综合考虑现场设备的机床刚性、加工精度、最大角度等各方面参数，选择蓝宝地机床，对于零件两端型面可采用行切方式加工，外形闭角下陷可采取在另外一侧单独补加工，内形闭角下陷余量较小，可钳工去除。

3.2 加工工艺方案的制定

在模锻件的加工中，由于其材料易变形，因此工艺方案的制定，必须在控制变形的基础上，再考虑其他要素。

一般的模锻件都采取“一面粗铣→翻面粗精铣→再一面精铣”的比较常用的加工方案。一些变形较大零件，为了消除变形甚至采取更多次的翻面，这种加工方案的最大弊端，是效率低，工人劳动强度大。

针对主起落架轮舱梁的具体情况，最有效率的加工方式，就是一次翻面。但是，这样存在一定风险，必须对零件进行详细分析，论证其可行性，结果如下：

（1）有利方面：

一是从零件结构上看，稳定性较好，腹板上的筋条较多，成规则的网状结构，对零件的变形有很好的抵御作用；

二是零件腹板的最小厚度为5 mm，缘条的厚度为5～7 mm，筋条的最大厚度8 mm，较大的厚度决定了零件有较好的刚性。

（2）不利方面：

一是一次翻面加工去除余量太大，应力原因必然导致零件变形；

二是零件一端的开口部分在，切断后应力的释放最为剧烈，是整个零件最易变形的地方，控制开口部分的变形，是控制整个零件变形的关键之处。

通过对零件的整体分析，认为如果工艺安排合理，措施得当，完全可能把变形控制在合理范围内，因此，采取一次翻面加工方式。

3.3 零件的装夹定位

针对零件模锻件毛料的具体形式及加工流程，申请了2套工装。第一套工装以2-Φ18H9定位孔及毛料筋高平面定位，第二套工装以2-Φ18H9定位孔及已加工腹板面定位。

3.4 装配对零件提出的要求

在主起落架轮舱组件的装配中，主起落架轮舱梁的两处缘条外形、两端外形是装配基准，内形封闭槽及两处内形有重要装配要求。如图2

图2 主起落架轮舱梁装配要求

3.5 刀具的选择

零件加工中刀具的选择，依然遵循粗加工时尽量选择较大的刀具，半精加工与精加工选择与零件结构相近的刀具。这里粗加工选择直径为Φ 30 mm的刀具，提高效率。

在半精加工、精加工中，选择直径为Φ 20 mm铣刀，在余量不大的情况下，Φ 30 mm铣刀与Φ 20 mm铣刀轨迹一样，选择Φ 20 mm铣刀是为了给转角留更少的余量，以便清转角。

在主起落架轮舱梁的加工中，多次应用了Φ 8 R4 mm铣刀（国球刀），因为在零件中存在大量的不规则结构，如内形闭角区、倾斜腹板、转角R4 mm等。

由于宽度14 mm、深度52 mm封闭槽的存在，选用Φ 10 R4 mm铣刀。

零件一端的大孔与内形之间的闭角区域，最小处间隙仅有6.25 mm，这处结构是整个零件加工刀具选择最难的地方，综合考虑各方面因素，选用Φ 6 R3 mm铣刀。

3.6 加工难点

在主起落架轮舱梁的加工中，存在以下较难加工的地方，见图3。

图3 主起落架轮舱梁加工难点示意图

（1）以零件一端的开口部分为代表的零件变形控制，以及翻面加工零件“弓起”的处理。

（2）零件一端的大孔与内形之间的闭角区域最小处间隙，仅有6.25 mm，既保证零件的加工品质，又不伤及零件，是加工过程的控制点之一。

（3）在宽度仅为14 mm，深度为52 mm封闭槽的加工中，既保证加工零件加工品质与刀具的安全，又要保证两面加工无接刀。

（4）由于零件开口处更易变形，因此开口处的大孔两面接刀的处理，是另一难点。

（5）开口处倾斜腹板结构复杂，需要多次加工，既保证腹板厚度，又保证去除残余时与腹板面接平。

（6）开口处一端与毛料连接处宽度5.5 mm，角度32°，切断时如何保证零件不颤动，是又一难点。

3.7 加工难点的解决措施

针对以上加工难点，采取以下措施予以解决：

（1）对整个零件进行粗加工、半精加工、精加工，做大限度地释放应力。零件一端的开口部分在粗铣阶段，就将开口完全铣开，使之充分变形，在零件正面的余量已基本去除的情况下，再进行精加工，保证精加工后变形可控。

（2）在第一面加工结束后，由于去掉了大量的毛料，必然导致零件“弓起”，给第二面的加工带来困难，这时只需将零件压平即可，粗加工后“弓起”基本消除。

（3）在主起落架轮梁的数控加工部分中，最危险的部分就是此处。考虑零件结构的特殊性与刀具刚性，在现有的刀具中选择Φ 6 R 3 mm球头铣刀。

（4）为了保证刀具的刚性及在铣切区域有一定的活动空间，选用Φ 20 R 4铣刀，轴向切深3 mm。在第二面加工时，要求腹板面与工装贴合完好，以保证零件的实际位置与理论相符合。

（5）倾斜腹板是零件最边缘处，结构性复杂，稳定性差。我们采取预留光刀程序单个保腹板，最后逐个清转角的办法。

（6）零件开口处结构的切断处为厚度5.5 mm、长度115 mm，与腹板面成32°的两个倾斜面。32°超出了蓝宝地机床的角度范围，由于其结构特殊，无法常规去除，因此采取Φ 20 R1 mm铣刀行切，底面留1 mm余量连接的办法解决。

3.8 内形闭角下陷及外形角度下陷的加工

零件内形存在3处闭角下陷及1处外形角度下陷。由于机床角度的原因，数控无法加工。对于内形闭角下陷，按与外形开角下陷平行尺寸加工；外形下陷，按划线尺寸加工。

4 数控程序的编制

4.1 刀具运动轨迹的编制

在粗加刀阶段余量较大，因此粗加工阶段刀具径向最大步距15 mm，轴向切深5 mm。在半精加工及精加工阶段，为了获得更好的表面品质及保证零件尺寸，加工底面时刀具径向步距10 mm，轴向切深1 mm，加工侧面时，轴向切深5 mm。

4.2 刀具参数的选择

在零件加工中，刀具参数的选择按数控程序无人工干预的要求设置，所有程序的参数不需工人干预，即可达到优质高效的要求。详见表1。

表1 加工刀具选择及切削参数数值

4.3 转角降速

在零件加工过程中，为了使铣切过程更加顺畅，同时也按照程序无人工干预的要求，需要在程序铣切零件转角时自动降速，因此在程序编制时，设置转角降速。

4.4 编程容差设置

对于粗加工，为了提高效率，容差（Tolerance）设为加工余量的1/5～1/3。精加工是最终加工，为了保证零件尺寸和表面光洁度，容差一般设为0.01～0.02 mm。

5 结束语

通过对现场加工零件的统计，一般零件准备时间占据了零件总工时的很大比例，模锻件就体现得更加明显。

在主起落架轮舱梁的加工中，效率较之以前类似零件有非常明显的提高，原因归纳如下：

第一是零件加工方式的转变。由多次翻面加工，转为一次翻面加工，62 mm×390 mm×770 mm的外廓尺寸，在模锻件中是较大的零件，能实现一次翻面加工完，大大提高了效率，缩短生产周期，减小工人劳动强度。在工艺流程设计上是一个创新，一个大的进步，为类似零件的加工提供了重要的参照。

第二是工艺安排合理。模锻件由于其结构的特殊性，导致在加工过程中需要频繁倒压板，另外由于其零件变形，在加工过程中精铣内形时需要保证缘条厚度。经过细致分析，合理安排加工顺序，减少倒动压板次数，并对铣内形程序进行拆分，单独编制保证缘条厚度的内形程序，方便了零件的加工。

通过主起落架轮舱梁的加工，使我们对模锻件的加工方式有了更深的了解，对后续的模锻件加工有一定的借鉴意义。

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[6]GB5800-1999，一般公差[S].