固定翼大梁的工艺分析与优化

安卫星

（中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司，辽宁 沈阳 110850）

1 固定翼大梁的结构分析

零件材料为模锻件，是外翼承力构件中的主要零件。该零件长1 700 mm，结构复杂，不易于装夹，加工易变形。该零件由缘条、筋条、槽腔、孔组成，装配位置较多，公差控制严格，尤其外形曲率变化大。零件头部外翼与中央翼对接耳片，装配要求位置严格，数控保证困难。

零件的正面形状如图1所示。

图1 零件的正面形状

零件背面形状如图2所示。

图2 零件背面形状

零件头部耳片结构复杂，角度大（40°40′）且加工面积小，加工比较困难。

2 工艺性分析

（1）零件为模锻件，材料为7B04 T74，头部耳片余量大，材料切削量也比较大，变形在所难免，如何控制变形，将是零件加工的关键；

（2）此零件为双面结构，两面带槽，需翻面加工。翻面后零件变形，不易装夹，加工定位困难；

（3）检测比较困难。零件侧面外形可采用样板外，其余外形、头部耳片及凸台，都无法上样板检测，需要测量机测量。

3 工艺的难点

3.1 工艺准备的难点

（1）零件工艺凸台的设定。此零件形状比较复杂，加工程序较多，现在模锻件上增加6个工艺凸台。零件周边预留工艺凸台，在凸台上使用压板或者沉头螺钉，将零件夹紧在铣夹上。此种装夹的优点，是零件在加工中不需要改变装夹状态，节省了辅助时间，并且降低了装夹难度，同时避免多次窜动压板影响零件加工精度。

图3 零件工艺凸台

（2）专用工装的申请。其一是零件头部耳片加工余量大，加工耳片支撑困难，加工容易变形，如何有效支撑耳片，是设计工装的关键；其二是凸台上2 -Φ 8 mm 孔位置精度要求高，孔距为（60±0.05）mm，如何保证位置精度，是设计钻检模的关键。

图4 凸台孔位置图

（3）局部程序的编制。由于头部耳片与基准面角度为40°40′，首件在63 m 机床加工，首先机床主轴刚性差，加工效率低；其次零件需要两套工装，工人上下机床装夹困难。

基于以上情况，零件后续转兰宝帝机床加工，机床A B 角极限值为30°，如何做辅助加工平面，是头部编程关键（见图5）。

图5 头部耳片结构图

3.2 加工的难点

（1）变形校正困难。模锻件在切削中较易变形，而零件的头部耳片余量大，无法校正，使得控制头部耳片变形，成为最难解决的问题。

4 加工中的主要问题及解决措施

4.1 变形问题

（1）原方案工艺路线。毛坯检验→基准面加工→钻定位孔2- Φ12H9 →粗铣背面一侧外形及缘条高→粗铣背面另一侧外形及缘条高→粗加工头部耳片、腹板、内形→翻正面，粗加工缘条高→粗加工腹板、缘条内形，粗加工头部外形、内形→半精铣头部耳片内外形→精铣头部外形→翻背面，精加工缘条高、外形→半精铣头部耳片内形→精加工腹板、缘条内形→精铣头部耳片内形→翻正面，精铣头部耳片内形→精加工腹板、内形→补铣→钳工修整、钻孔→半检→荧光检查→电导率检查→表面处理→标识→检验。

（2）首件加工后的变形情况。第一件试切后，零件测量时，相对与机翼弦平面来看，整个零件呈扭曲状态，零件外形相对与弦平面的最大翘曲量约为2 mm，头部耳片最大翘曲量约为2.5 mm。

（3）变形的校正处理。零件扭曲变形，数控目前无能力校正。只能校正零件平面度，通过校正后，零件外形局部最大还差1 mm。头部耳片无法校正。

既然通过校正还不能满足加工要求，那只能从工艺方案上想办法。

（4）工艺方案的分析。分析原加工方案，主要存在问题是：原工艺方案为分层粗铣后，中间没有过渡环节，在零件还没有充分释放应力的情况下，直接进入精铣加工。正常的加工是应该通过反复铣切，将大部分应力消除在精铣之前。另外一个Φ 12 H9 定位孔应留余量，用于调整零件粗加工后的变形量。

（5）工艺方案的调整。经上述的分析，工艺方案更改如下：

毛坯检验→基准面加工→钻定位孔一个Φ12 H9，一个Φ 10 H9→数控精铣基准面→粗铣背面一侧外形及缘条高→粗铣背面另一侧外形及缘条高→粗加工背面头部耳片内形、腹板→翻正面，粗加工缘条高→粗加工腹板、缘条内形，粗铣头部耳片外形、内形→扩定位孔Φ 10 H9 至Φ 12 H9→翻背面，精铣缘条高、半精铣外形→半精铣头部耳片内形→半精加工腹板、缘条内形→翻正面，精加工缘条高→半精铣头部耳片内外形→半精加工腹板、缘条内形→精铣头部耳片内外形→翻背面，精铣外形留1 mm 余量送测量机测量→精铣外形（根据外形留1 mm 余量测量单进行加工）→精加工腹板、缘条内形→精铣头部耳片内形→翻正面，精加工腹板、内形→精铣头部耳片内形→补铣→钳工修整、钻孔→半检→荧光检查→电导率检查→表面处理→标识→检验。

（6）前后方案的对比。经比较，前后方案的主要不同在于：

其一，增加精铣腹板定位面工序，通过铣切腹板定位面的方式，消除定位面的变形；

其二，定位孔一个留余量（Φ 10 H9），粗铣后扩至Φ 12 H9。便于调整零件粗加工后的变形量；

其三，增加半精铣工序，尽量去除各转角及斜面的余量，减少精加工的切削量。铣耳片内形时，半精铣与精铣耳片内形时应分开，不要在不翻面的情况下，半精铣与精铣同时加工，这样不利于应力释放，精铣外形先留1 mm 余量进行测量，根据测量情况再精加工外形；

其四，粗铣的余量由原来的3 mm 改为5 mm，并在粗铣后尽可能安排自然时效，将零件放置一段时间，应有助于内部应力的释放；

其五，采用先少后多的切削方式，既先加工型面较简单的一面，再翻面加工型面较复杂的一面，使切削力互相抵消。

经上述改进后，方案实施的效果较好，零件测量时的定位比较稳定。

4.2 专用工装的申请

零件头部耳片余量大，切削极易变形。为了防止零件耳片变形，在新制工装时，根据耳片角度制可调整高度的螺栓，以支撑耳片斜面。

图6 专用工装图

4.3 局部程序的编制

由于头部耳片与基准面角度为40°40′，由于前面介绍的原因，零件后续转兰宝帝机床加工，机床A B 角极限值为30°。为了能在该机床加工，程序编制前必须做辅助平面。

首先在零件上提取表面③，在零件40°40′平面上做平移平面②，同时做与平面②成20°的平面①；其次做平面②和平面①与表面③的相交线④；最后将相交线④生成多截面曲面（见图7）。

图7 编程所需辅助面

在零件五轴轮廓加工中，导动曲面选新生成的多截面曲面，刀轴引导方式选combin parelm。

图8 编程刀轴方式图

5 结束语

以上所述，仅是对模锻件在加工过程中出现的主要问题解决方案进行的初步探讨，目前还有很多不足的地方，日后还需不断完善。

[1]沈兴全.现代数控编程技术及应用（第3 版）[M].北京：国防工业出版社，2009.

[2]杨 丰,黄登红.数控加工工艺与编程[M].北京：国防工业出版社，2009.

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[4]朱 勇.数控机床仿真加工[M].上海：上海科学技术出版社，2009.

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