立体化铣样板数字化设计与制造

杨磊+於智良+张大钧

摘要：文章对蒙皮类化铣零件的立体化铣样板的数字化设计与制造进行了分析，详述了立体化铣样板精度对化铣蒙皮质量有着重要的影响，由传统的手工移形、开视口而产生了加工误差大等缺陷，通过采用CATIA VPM系统的在线关联技术及新工艺数字化制造技术，提高了立体化铣样板制造的制动化程度及生产效率。

关键词：VPM系统；立体化铣样板；数字化加工

中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0008-02

1 内容简介

随着飞机设计、生产数字化进程的逐步深入，运输机中的大型化铣蒙皮类零件进行化铣加工时，立体化铣样板精度对化铣蒙皮质量有着重要的影响，由传统的手工移形、开视口而产生了加工误差大等缺陷。为提高加工精度及生产效率，将VPM系统作为协同设计平台，通过在线关联设计和并行产品的定义，对化铣蒙皮类零件进行三维数字化设计，大幅度提高了设计信息与制造信息的集成，为零件数字化制造提供了有力的保障。

2 技术方案

在飞机零件制造过程中，根据飞机总质量和强度的要求，有大量的等厚度或变厚度并具有单曲面或双曲面蒙皮类的零件，见图1：

图1 局部零件图

此类零件均需要化学铣切，其工艺过程是先将零件平板下料，然后塑性弯曲成相应的曲面形状，再通过立体化铣样板对蒙皮类零件进行化学铣切等厚度或变厚度。由于加工中存在着不可逆过程，使零件的化铣精度成为决定零件质量和工作效率的关键。

3 化铣原理

蒙皮类零件的外形面一般为单曲面或双曲面，根据曲面变化情况及长桁的分布、飞机结构强度与重量等要求，零件材料厚度为等厚度或变厚度，厚度的变化是通过化学铣切来完成零件加工，化铣过程是通过化铣样板确定零件防蚀层上需要刻划零件轮廓线，也就是通过化铣样板确定零件上允许腐蚀液作用的部位，化铣样板通过化铣样板相对零件定位加工的特殊性，以完成零件化铣加工。

4 零件结构分析

由于蒙皮零件既是飞机的外表零件，又是飞机的重要受力构件，所以一般尺寸比较大、形状比较复杂且厚度薄、刚性差，根据受力情况，有些蒙皮零件是不等厚度的，有些蒙皮零件在受力的部位，还要进行局部厚度的减薄加工，其减薄部位厚度公差控制要求比较严，蒙皮零件外形精度要求比较高，如今VPM技术的应用，使模线样板技术迎来了新的发展阶段，对双曲面且需化铣的蒙皮类零件化铣加工中，其工艺方法是采用立体化铣样板对蒙皮进行化学铣切，而模线样板生产是飞机制造的第一步，化铣样板的生产进度直接影响产品质量与研制周期，模线样板设计技术也在不断地发展，大量的化铣样板设计可促进逐步实现数字化制造。

5 立体化铣样板的设计

5.1 传统的工艺方法

传统的立体化铣样板制造工艺是首先由模线中心设计反切内样板、划线图，以制造成型模胎，然后由钣金厂按模胎制造实样，同时提供划线图将化铣图形及基准线刻在模胎上，经装配合格后，由钣金厂向模线中心移交该实样，由模线中心按模胎化铣线，开出视口，工艺流程图如图2所示：

图2 立体化铣样板传统加工工艺流程图

5.2 技术创新

在蒙皮类化铣零件设计制造研制过程中，为解决技术关键及难点，对蒙皮立体化铣样板采用数控加工，其工艺过程为：

首先设计蒙皮零件的三维数模及工艺数模，按工艺数模制造模胎数据集，并通过三坐标龙门式数控铣数控加工模胎，同时刻出零件各种基准线、结构线，再将毛料按模胎拉伸成与模胎型面完全贴合的毛坯，见图3。此胎是成型蒙皮零件毛坯所用的依据，用于零件毛坯型面拉伸与立体化铣样板型面拉伸。

图3 数控模胎及零件刻线

其次通过VAM CATIA系统建立两个蒙皮实体数模：一个为零件外形数模且开透视口的数据集，即为标准样板；另一个为向内偏移料厚并与前一个数据集（标准样板）相协调的数据集，以补偿由于料厚产生的误差，同时在该数据集（工艺数模）的设计中，包含装配定位孔，化铣定位孔，化铣区开孔和完整的外形线、化铣线，化铣余量线。将按拉型模成型的毛坯通过五坐标数控轮廓铣床进行编程，对外形轮廓、化铣区，框轴线视口等进行加工，该样板为立体化铣样板。

6 立体化铣样板数控加工

基于CATIA VPM系统建立工艺数模，再通过CATIA三维结构设计，对工艺数模进行柔性卡具参数设定，使其生成AIPSOVRCE五坐标X、Y、I、J、K，根据工艺数模将该零件加工程序进行数据编程并转换为NC通用代码，通过柔性卡具控制命令，先不给料，带刀空走行程，完成零件需铣切部位，观察零件铣切部位处是否有柔性卡具被铣切，经检查未发现异常现象，方可上料，根据工艺数模装配定位孔设备可自动找正，通过设备定位孔两点定位，采用真空吸盘通过外形技术参数的设定，使柔性卡具相对毛坯准确定位，在铣切中有设备执行器控制参数；设备理论定位精度0.4mm；设备定位板分为原点定位板和附件定位板，定位板的定位孔取制可根据万向装置调整附件定位板的位置，以确定设备与零件的相对定位，从而保证定位精度。

经过飞机壁板组件的装配，我们对装配精度进行全方位的分析、检测比对，化铣区无干涉现象，装配精度满足技术要求，从而验证了立体化铣样板加工新工艺的科学性与有效性。实现了蒙皮类化铣零件的结构数字化设计与数字化制造的目标，提高了运八飞机的产品质量与效率。

参考文献

[1] 模线设计员手册[M].

[2] VPM通用使用手册[M].

[3] 典型工艺规程[M].

[4] 五坐标数控轮廓铣说明书[S].

作者简介：杨磊，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心工艺装备设计及制造技术主管工艺师，高级工程师，研究方向：数字化设计制造技术；於智良，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心数字化制造技术专家，研究员级高级工程师，研究方向：数字化设计制造技术；张大钧，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心高级工程师，研究方向：信息化技术。

摘要：文章对蒙皮类化铣零件的立体化铣样板的数字化设计与制造进行了分析，详述了立体化铣样板精度对化铣蒙皮质量有着重要的影响，由传统的手工移形、开视口而产生了加工误差大等缺陷，通过采用CATIA VPM系统的在线关联技术及新工艺数字化制造技术，提高了立体化铣样板制造的制动化程度及生产效率。

关键词：VPM系统；立体化铣样板；数字化加工

中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0008-02

1 内容简介

随着飞机设计、生产数字化进程的逐步深入，运输机中的大型化铣蒙皮类零件进行化铣加工时，立体化铣样板精度对化铣蒙皮质量有着重要的影响，由传统的手工移形、开视口而产生了加工误差大等缺陷。为提高加工精度及生产效率，将VPM系统作为协同设计平台，通过在线关联设计和并行产品的定义，对化铣蒙皮类零件进行三维数字化设计，大幅度提高了设计信息与制造信息的集成，为零件数字化制造提供了有力的保障。

2 技术方案

在飞机零件制造过程中，根据飞机总质量和强度的要求，有大量的等厚度或变厚度并具有单曲面或双曲面蒙皮类的零件，见图1：

图1 局部零件图

此类零件均需要化学铣切，其工艺过程是先将零件平板下料，然后塑性弯曲成相应的曲面形状，再通过立体化铣样板对蒙皮类零件进行化学铣切等厚度或变厚度。由于加工中存在着不可逆过程，使零件的化铣精度成为决定零件质量和工作效率的关键。

3 化铣原理

蒙皮类零件的外形面一般为单曲面或双曲面，根据曲面变化情况及长桁的分布、飞机结构强度与重量等要求，零件材料厚度为等厚度或变厚度，厚度的变化是通过化学铣切来完成零件加工，化铣过程是通过化铣样板确定零件防蚀层上需要刻划零件轮廓线，也就是通过化铣样板确定零件上允许腐蚀液作用的部位，化铣样板通过化铣样板相对零件定位加工的特殊性，以完成零件化铣加工。

4 零件结构分析

由于蒙皮零件既是飞机的外表零件，又是飞机的重要受力构件，所以一般尺寸比较大、形状比较复杂且厚度薄、刚性差，根据受力情况，有些蒙皮零件是不等厚度的，有些蒙皮零件在受力的部位，还要进行局部厚度的减薄加工，其减薄部位厚度公差控制要求比较严，蒙皮零件外形精度要求比较高，如今VPM技术的应用，使模线样板技术迎来了新的发展阶段，对双曲面且需化铣的蒙皮类零件化铣加工中，其工艺方法是采用立体化铣样板对蒙皮进行化学铣切，而模线样板生产是飞机制造的第一步，化铣样板的生产进度直接影响产品质量与研制周期，模线样板设计技术也在不断地发展，大量的化铣样板设计可促进逐步实现数字化制造。

5 立体化铣样板的设计

5.1 传统的工艺方法

传统的立体化铣样板制造工艺是首先由模线中心设计反切内样板、划线图，以制造成型模胎，然后由钣金厂按模胎制造实样，同时提供划线图将化铣图形及基准线刻在模胎上，经装配合格后，由钣金厂向模线中心移交该实样，由模线中心按模胎化铣线，开出视口，工艺流程图如图2所示：

图2 立体化铣样板传统加工工艺流程图

5.2 技术创新

在蒙皮类化铣零件设计制造研制过程中，为解决技术关键及难点，对蒙皮立体化铣样板采用数控加工，其工艺过程为：

首先设计蒙皮零件的三维数模及工艺数模，按工艺数模制造模胎数据集，并通过三坐标龙门式数控铣数控加工模胎，同时刻出零件各种基准线、结构线，再将毛料按模胎拉伸成与模胎型面完全贴合的毛坯，见图3。此胎是成型蒙皮零件毛坯所用的依据，用于零件毛坯型面拉伸与立体化铣样板型面拉伸。

图3 数控模胎及零件刻线

其次通过VAM CATIA系统建立两个蒙皮实体数模：一个为零件外形数模且开透视口的数据集，即为标准样板；另一个为向内偏移料厚并与前一个数据集（标准样板）相协调的数据集，以补偿由于料厚产生的误差，同时在该数据集（工艺数模）的设计中，包含装配定位孔，化铣定位孔，化铣区开孔和完整的外形线、化铣线，化铣余量线。将按拉型模成型的毛坯通过五坐标数控轮廓铣床进行编程，对外形轮廓、化铣区，框轴线视口等进行加工，该样板为立体化铣样板。

6 立体化铣样板数控加工

基于CATIA VPM系统建立工艺数模，再通过CATIA三维结构设计，对工艺数模进行柔性卡具参数设定，使其生成AIPSOVRCE五坐标X、Y、I、J、K，根据工艺数模将该零件加工程序进行数据编程并转换为NC通用代码，通过柔性卡具控制命令，先不给料，带刀空走行程，完成零件需铣切部位，观察零件铣切部位处是否有柔性卡具被铣切，经检查未发现异常现象，方可上料，根据工艺数模装配定位孔设备可自动找正，通过设备定位孔两点定位，采用真空吸盘通过外形技术参数的设定，使柔性卡具相对毛坯准确定位，在铣切中有设备执行器控制参数；设备理论定位精度0.4mm；设备定位板分为原点定位板和附件定位板，定位板的定位孔取制可根据万向装置调整附件定位板的位置，以确定设备与零件的相对定位，从而保证定位精度。

经过飞机壁板组件的装配，我们对装配精度进行全方位的分析、检测比对，化铣区无干涉现象，装配精度满足技术要求，从而验证了立体化铣样板加工新工艺的科学性与有效性。实现了蒙皮类化铣零件的结构数字化设计与数字化制造的目标，提高了运八飞机的产品质量与效率。

参考文献

[1] 模线设计员手册[M].

[2] VPM通用使用手册[M].

[3] 典型工艺规程[M].

[4] 五坐标数控轮廓铣说明书[S].

作者简介：杨磊，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心工艺装备设计及制造技术主管工艺师，高级工程师，研究方向：数字化设计制造技术；於智良，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心数字化制造技术专家，研究员级高级工程师，研究方向：数字化设计制造技术；张大钧，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心高级工程师，研究方向：信息化技术。

摘要：文章对蒙皮类化铣零件的立体化铣样板的数字化设计与制造进行了分析，详述了立体化铣样板精度对化铣蒙皮质量有着重要的影响，由传统的手工移形、开视口而产生了加工误差大等缺陷，通过采用CATIA VPM系统的在线关联技术及新工艺数字化制造技术，提高了立体化铣样板制造的制动化程度及生产效率。

关键词：VPM系统；立体化铣样板；数字化加工

中图分类号：TH164 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0008-02

1 内容简介

随着飞机设计、生产数字化进程的逐步深入，运输机中的大型化铣蒙皮类零件进行化铣加工时，立体化铣样板精度对化铣蒙皮质量有着重要的影响，由传统的手工移形、开视口而产生了加工误差大等缺陷。为提高加工精度及生产效率，将VPM系统作为协同设计平台，通过在线关联设计和并行产品的定义，对化铣蒙皮类零件进行三维数字化设计，大幅度提高了设计信息与制造信息的集成，为零件数字化制造提供了有力的保障。

2 技术方案

在飞机零件制造过程中，根据飞机总质量和强度的要求，有大量的等厚度或变厚度并具有单曲面或双曲面蒙皮类的零件，见图1：

图1 局部零件图

此类零件均需要化学铣切，其工艺过程是先将零件平板下料，然后塑性弯曲成相应的曲面形状，再通过立体化铣样板对蒙皮类零件进行化学铣切等厚度或变厚度。由于加工中存在着不可逆过程，使零件的化铣精度成为决定零件质量和工作效率的关键。

3 化铣原理

蒙皮类零件的外形面一般为单曲面或双曲面，根据曲面变化情况及长桁的分布、飞机结构强度与重量等要求，零件材料厚度为等厚度或变厚度，厚度的变化是通过化学铣切来完成零件加工，化铣过程是通过化铣样板确定零件防蚀层上需要刻划零件轮廓线，也就是通过化铣样板确定零件上允许腐蚀液作用的部位，化铣样板通过化铣样板相对零件定位加工的特殊性，以完成零件化铣加工。

4 零件结构分析

由于蒙皮零件既是飞机的外表零件，又是飞机的重要受力构件，所以一般尺寸比较大、形状比较复杂且厚度薄、刚性差，根据受力情况，有些蒙皮零件是不等厚度的，有些蒙皮零件在受力的部位，还要进行局部厚度的减薄加工，其减薄部位厚度公差控制要求比较严，蒙皮零件外形精度要求比较高，如今VPM技术的应用，使模线样板技术迎来了新的发展阶段，对双曲面且需化铣的蒙皮类零件化铣加工中，其工艺方法是采用立体化铣样板对蒙皮进行化学铣切，而模线样板生产是飞机制造的第一步，化铣样板的生产进度直接影响产品质量与研制周期，模线样板设计技术也在不断地发展，大量的化铣样板设计可促进逐步实现数字化制造。

5 立体化铣样板的设计

5.1 传统的工艺方法

传统的立体化铣样板制造工艺是首先由模线中心设计反切内样板、划线图，以制造成型模胎，然后由钣金厂按模胎制造实样，同时提供划线图将化铣图形及基准线刻在模胎上，经装配合格后，由钣金厂向模线中心移交该实样，由模线中心按模胎化铣线，开出视口，工艺流程图如图2所示：

图2 立体化铣样板传统加工工艺流程图

5.2 技术创新

在蒙皮类化铣零件设计制造研制过程中，为解决技术关键及难点，对蒙皮立体化铣样板采用数控加工，其工艺过程为：

首先设计蒙皮零件的三维数模及工艺数模，按工艺数模制造模胎数据集，并通过三坐标龙门式数控铣数控加工模胎，同时刻出零件各种基准线、结构线，再将毛料按模胎拉伸成与模胎型面完全贴合的毛坯，见图3。此胎是成型蒙皮零件毛坯所用的依据，用于零件毛坯型面拉伸与立体化铣样板型面拉伸。

图3 数控模胎及零件刻线

其次通过VAM CATIA系统建立两个蒙皮实体数模：一个为零件外形数模且开透视口的数据集，即为标准样板；另一个为向内偏移料厚并与前一个数据集（标准样板）相协调的数据集，以补偿由于料厚产生的误差，同时在该数据集（工艺数模）的设计中，包含装配定位孔，化铣定位孔，化铣区开孔和完整的外形线、化铣线，化铣余量线。将按拉型模成型的毛坯通过五坐标数控轮廓铣床进行编程，对外形轮廓、化铣区，框轴线视口等进行加工，该样板为立体化铣样板。

6 立体化铣样板数控加工

基于CATIA VPM系统建立工艺数模，再通过CATIA三维结构设计，对工艺数模进行柔性卡具参数设定，使其生成AIPSOVRCE五坐标X、Y、I、J、K，根据工艺数模将该零件加工程序进行数据编程并转换为NC通用代码，通过柔性卡具控制命令，先不给料，带刀空走行程，完成零件需铣切部位，观察零件铣切部位处是否有柔性卡具被铣切，经检查未发现异常现象，方可上料，根据工艺数模装配定位孔设备可自动找正，通过设备定位孔两点定位，采用真空吸盘通过外形技术参数的设定，使柔性卡具相对毛坯准确定位，在铣切中有设备执行器控制参数；设备理论定位精度0.4mm；设备定位板分为原点定位板和附件定位板，定位板的定位孔取制可根据万向装置调整附件定位板的位置，以确定设备与零件的相对定位，从而保证定位精度。

经过飞机壁板组件的装配，我们对装配精度进行全方位的分析、检测比对，化铣区无干涉现象，装配精度满足技术要求，从而验证了立体化铣样板加工新工艺的科学性与有效性。实现了蒙皮类化铣零件的结构数字化设计与数字化制造的目标，提高了运八飞机的产品质量与效率。

参考文献

[1] 模线设计员手册[M].

[2] VPM通用使用手册[M].

[3] 典型工艺规程[M].

[4] 五坐标数控轮廓铣说明书[S].

作者简介：杨磊，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心工艺装备设计及制造技术主管工艺师，高级工程师，研究方向：数字化设计制造技术；於智良，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心数字化制造技术专家，研究员级高级工程师，研究方向：数字化设计制造技术；张大钧，中航工业陕西飞机工业（集团）有限公司工程技术部模线中心高级工程师，研究方向：信息化技术。