CN113199067A - 一种飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法，飞机双曲面导流板为铝蜂窝夹层结构，铝蜂窝一面为凸曲面，一面为凹曲面，方法包括：毛坯裁剪、固化、一倍铣(铣加工凹曲面、轮廓、工艺余量)、去除固化剂、清洗干燥半成品、半成品重新定位、固化、二倍铣(铣加工凸曲面、轮廓)、去除固化剂、清洗检验入库。本发明通过一倍铣预留的工艺余量进行辅助轮廓定位，解决了铝蜂窝翻转后因尺寸大刚性差导致的二次定位误差；一倍铣时预留的工艺支撑，解决了二倍铣加工前倾区域型面时产生的让刀过切现象；二倍铣时采用截面双向接刀方法合理分布了切削分力，有效防止铣切时铝蜂窝与工装因固化剂热熔而导致的分离脱粘，提高了产品表面质量和精度。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料制造领域，更具体地，涉及一种飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法。
背景技术
双曲面铝蜂窝的数控加工通常使用一倍铣凹曲面及轮廓，利用轮廓净尺寸及凹曲面二次定位进行凸曲面型面加工。对于大尺寸存在前倾区域(即轮廓纵深方向与蜂窝T向不平行)类型零件在加工凸曲面时，在前倾区域会发生让刀导致零件过切；运用传统沿蜂窝W向走刀加工时由于型面曲率较大表面极易产生撕裂、挤压变形等缺陷。
比如，针对某型飞机导流板蜂窝芯零件，存在24°倾角，长3.2m-3.7m，宽度超过100mm，最大深度200mm的前倾区域，利用传统方法加工存在2.5mm以上的过切量，远不能满足加工精度要求。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法，包括：S1，将二倍铣型面工装固定于机床加工区域，找正拉直找平，用压板固定；S2，将已烘干校形完成的毛坯零件放置于二倍铣型面工装上，对所述毛坯零件和所述二倍铣型面工装进行限位并位置校准；S3，位置校准完成后，在所述毛坯零件上表面放置重物以固定其相对位置；S4，浇灌熔融态聚乙二醇，均匀浇满整个毛坯零件，使得所述毛坯零件与所述二倍铣型面工装浇灌成型为一体；S5，对浇灌成型为一体的毛坯零件进行粗加工，粗加工后的毛坯零件为中间高两边低的凸曲面，所述凸曲面为双曲面蜂窝导流板；S6，按照刀具从所述凸曲面的中间高点至两边低点的加工路径，并设置刀具的第一前倾角，对所述凸曲面进行精加工；S7，对精加工后的零件冲洗清洁，去除多余物。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。
可选的，所述S1之前还包括：对所述毛坯零件进行一倍铣加工，加工后预留呈凹曲面的工艺支撑余量、零件数模以及其它余量；相应的，所述S5包括：对浇灌成型为一体的毛坯零件进行粗加工，将所述其它余量从所述毛坯零件中清除，形成中间高两边低的凸曲面。
可选的，所述对所述毛坯零件进行一倍铣加工，加工后预留呈凹曲面的工艺支撑余量、零件数模以及其它余量，包括：利用聚乙二醇法将毛坯零件固定于平板工装上；设置刀具的第二前倾角，编辑沿毛坯零件的L向走刀的五轴加工刀路进行凹型面铣削；根据二倍铣型面工装定位块位置对“几”字形工艺支撑余量进行数控加工；将毛坯零件由平板工装上冲洗清洁，放置于二倍铣型面工装上进行预定位矫形烘干。
可选的，所述第二前倾角为3-6°。
可选的，所述S2包括：在所述凹曲面的工艺支撑余量上开设多个观察窗，通过多个观察窗观察所述毛坯零件与所述二倍铣型面工装的位置是否准确；当观察到所述毛坯零件与所述二倍铣型面工装的位置准确时，利用端定位块和两个侧方定位块对所述毛坯零件和所述二倍铣型面工装进行限位。
可选的，所述观察窗的大小根据所述毛坯零件的厚度和切削分力在该方向上的力矩计算得到。
可选的，通过如下公式计算所述观察窗的大小：
其中，L为观察窗大小，
为蜂窝材料最大单位抗扭矩形变分力(N)，取决于蜂窝规格牌号，与芯格尺寸、蜂窝壁厚、铝材强度有关，T为加工毛坯厚度(mm)，D为观察窗深度(mm)，F 1为切削力在T向上的分力(N)，与刀具、切削参数有关。
可选的，所述S6包括：以所述凸曲面的中间最高点为刀具的落刀点，控制刀具从落刀点沿着凸曲面向一侧的低点，对凸曲面的一侧进行精加工；当凸曲面的一侧精加工完成后，控制刀具再次回到所述落刀点，并从所述落刀点沿着凸曲面向另一侧的低点，对凸曲面的另一侧进行精加工；其中，在利用刀具对所述凸曲面进行精加工的过程中，设置刀具与所述凸曲面之间的第一前倾角。
可选的，所述第一前倾角为3-6°。
本发明提供的一种飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法，对毛坯零件和二倍铣型面工装的位置进行校准，保证了加工的精确位置；对于凸曲面的精加工，按照刀具从凸曲面的中间高点至两边低点的加工路径，减少刀具的损耗，在加工过程中，设置合理的刀具前倾角度减少了加工过程中零件与刀具的摩擦，进而降低了切削接触区域，降低了切削热，增加了刀具寿命。
附图说明
图1为本发明提供的一种飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法流程图；
图2为本发明提供的飞机双曲面蜂窝导流板的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件名称如下：
1、侧方位块，2、观察窗，3、毛坯零件，4、工艺支撑余量，5、端定位块，6、零件数模。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
可以理解的是，参见图2，原始的毛坯零件为方形，通过对原始毛坯零件进行一倍铣加工，从原始毛坯零件抠出凹曲面的工艺支撑余量和零件数模，可参见图2，图2中的3为对原始毛坯零件进行一倍铣加工后得到的毛坯零件，4为一倍铣加工时预留的工艺支撑余量，6为零件数模。
在对毛坯零件3进行一倍铣加工后，再进行二倍铣加工，为解决铝蜂窝表面质量撕裂、挤压变形等问题，具体可参见图1提供的一种飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法流程图，如图1所示，所述方法包括：S1，将二倍铣型面工装固定于机床加工区域，找正拉直找平，用压板固定；S2，将已烘干校形完成的毛坯零件3放置于二倍铣型面工装上，对所述毛坯零件3和所述二倍铣型面工装进行限位并位置校准；S3，位置校准完成后，在所述毛坯零件3上表面放置重物以固定其相对位置；S4，浇灌熔融态聚乙二醇，均匀浇满整个毛坯零件3，使得所述毛坯零件3与所述二倍铣型面工装浇灌成型为一体；S5，对浇灌成型为一体的毛坯零件3进行粗加工，粗加工后的毛坯零件3为中间高两边低的凸曲面，粗加工后形成的凸曲面即为双曲面蜂窝导流板；S6，按照刀具从所述凸曲面的中间高点至两边低点的加工路径，并设置刀具的第一前倾角，对所述凸曲面进行精加工；S7，对精加工后的零件冲洗清洁，去除多余物。
本发明对毛坯零件3和二倍铣型面工装的位置进行校准，保证了加工的精确位置；对于凸曲面的精加工，按照刀具从凸曲面的中间高点至两边低点的加工路径，减少刀具的损耗，在加工过程中，设置合理的刀具前倾角度减少了加工过程中零件与刀具的摩擦，进而降低了切削接触区域，降低了切削热，增加了刀具寿命。
在一种可能的实施例方式中，所述S1之前还包括：对毛坯零件3进行一倍铣加工，加工后预留呈凹曲面的工艺支撑余量4、零件数模6以及其它余量。相应的，步骤S5包括：对浇灌成型为一体的毛坯零件3进行粗加工，将其它余量从毛坯零件3中清除，形成中间高两边低的凸曲面。
可以理解的是，在对毛坯零件3进行二倍铣加工之前，首先对毛坯零件3进行一倍铣加工，对毛坯零件3进行一倍铣加工后，得到呈凹曲面的工艺支撑余量4、零件数模6和其它余量。在一倍铣加工过程中，可根据按需要设计的工艺支撑余量4的形状，加工形成呈凹曲面的工艺支撑余量4。在后续步骤S5对毛坯零件3进行粗加工时，将一倍铣加工后的其它余量清洗掉。
在一种可能的实施例方式中，对毛坯零件3进行一倍铣加工的具体步骤包括：利用聚乙二醇法将毛坯零件3固定于平板工装上；设置刀具的第二前倾角，编辑沿毛坯零件3的L向走刀的五轴加工刀路进行凹型面铣削；根据二倍铣型面工装定位块位置对“几”字形工艺支撑余量4进行数控加工；将毛坯零件3由平板工装上冲洗清洁，放置于二倍铣型面工装上进行预定位矫形烘干。
可以理解的是，一倍铣加工，可以从毛坯零件3中加工预留工艺支撑余量4和零件数模6。其中，刀具与毛坯零件3之间的第二前倾角为3-6°。
在一种可能的实施例方式中，S2包括：在凹曲面的工艺支撑余量4上开设多个观察窗2，通过多个观察窗2观察所述毛坯零件3与所述二倍铣型面工装的位置是否准确；当观察到毛坯零件3与所述二倍铣型面工装的位置准确时，利用端定位块5和两个侧方定位块1对毛坯零件3和二倍铣型面工装进行限位。
可以理解的是，在完成一倍铣加工后，将烘干校形完成的毛坯零件3放置于二倍铣型面工装上，利用一个端定位块5和两个侧方定位块1对毛坯零件3和二倍铣型面工装进行限位，即将两者进行定位，在定位过程中，需要对毛坯零件3和二倍铣型面工装进行位置校准。由于毛坯零件3过长(通常大于3m)，且蜂窝呈柔性，端定位块5和两侧方定位块1之间无法确定毛坯零件3和二倍铣型面工装之间的位置准确性，因此，在预留的工艺支撑余量4上开设多个观察窗2，通过观察窗2可观察毛坯零件3与二倍铣型面工装的位置是否准确，保证毛坯零件3的侧边缘与二倍铣型面工装的侧边缘在同一条直线上。在工艺支撑余量4上开设观察窗2，在观察到毛坯零件3与二倍铣型面工装的位置准确时，用定位块将毛坯零件3与二倍铣型面工装进行固定。
其中，观察窗2的大小根据毛坯零件3的厚度和切削分力在该方向上的力矩计算得到。具体的，可采用如下公式计算观察窗：
其中，L为观察窗大小，
为蜂窝材料最大单位抗扭矩形变分力(N)，取决于蜂窝规格牌号，与芯格尺寸、蜂窝壁厚、铝材强度有关，T为加工毛坯厚度(mm)，D为观察窗深度(mm)，F 1为切削力在T向上的分力(N)，与刀具、切削参数有关。以39-4-0.04(LF2Y)-HB5443牌号，固定刀具(D45)及切削参数为例，当L≤5(T-D)/6时，满足加工工艺要求。
其中，传统加工方式为一倍铣加工时，将工艺支撑余量4和零件数模6切断，利用三个定位块进行定位，两个侧方定位块1之间无遮挡，可准确保证中间部分的零件数模6和二倍铣型面工装的位置关系。但在加工前倾区域时，下方毫无支撑，加工时会产生严重的让刀现象，导致该区域过切，无法满足精度要求。本发明在对零件进行一倍铣加工时，预留工艺支撑余量4，解决了大尺寸蜂窝二次精准定位和前倾区域让刀过切问题，极大程度上减少蜂窝零件缺陷的产生几率。
将毛坯零件3与二倍铣型面工装通过定位块限位后，由于毛坯零件3为柔性，因此，需要在毛坯零件3上表面妥善放置重物以固定其相对位置。随后，用熔融态的聚乙二醇均匀浇灌整个毛坯，将毛坯零件3、工艺支撑余量4、其它余量以及二倍铣型面工装浇灌呈一体。
对浇灌呈一体的零件进行粗加工，将其中的其它余量清洗掉，留下毛坯零件3、工艺支撑余量4和二倍铣型面工装。对粗加工后的产品按照一定的路径进行精加工，其中，由于粗加工后的零件为凸曲面，因此，精加工时，按照刀具从凸曲面的中间最高点向两边低点的加工路径对凸曲面进行精加工。
在一种可能的实施例方式中，具体精加工的过程为，以凸曲面的中间最高点为刀具的落刀点，控制刀具从落刀点沿着凸曲面向一侧的低点，对凸曲面的一侧进行精加工；当凸曲面的一侧精加工完成后，控制刀具再次回到落刀点，并从落刀点沿着凸曲面向另一侧的低点，对凸曲面的另一侧进行精加工；其中，在利用刀具对凸曲面进行精加工的过程中，设置刀具与凸曲面之间的第一前倾角。其中，设置的第一前倾角为3-6°。
在大尺寸双曲面铝蜂窝加工过程中，由于飞机型面曲率大，专用加工刀具无底刃，在加工曲面时极易产生蜂格撕裂、节点脱粘、挤压变形等缺陷；加之前倾区域下发无支撑导致让刀过切，零件加工尺寸无法满足使用要求。运用本发明所阐述的刀路编辑加工方法可极大程度上减少蜂窝零件缺陷的产生几率；由于工艺支撑余量的设计使前倾区域在加工时下方有足够的支撑抵消切削力，保证产品加工尺寸精度；工艺支撑余量的“几”字形观察窗解决了由于余量带来的二次定位障碍，减低了双面型面位移的风险。该发明提高了该类产品数控加工精度，提高了铝蜂窝表面加工质量，在无需另外任何辅助工器具的前提下提高了成品率。
在对产品进行精加工的过程中，设置刀具从凸曲面的中间最高点向两侧低点的加工路径，减少了刀具损耗，设置合理的刀具与凸曲面之间的前倾角，减少了加工过程中零件与刀具的摩擦，进而降低了切削接触区域，降低了切削热，增加了刀具寿命。按照本发明的加工方法，加工的零件的质量好，无变形，无撕裂，无毛刺。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种飞机双曲面导流板铝蜂窝的数控加工方法，其特征在于，包括：
S1，将二倍铣型面工装固定于机床加工区域，找正拉直找平，用压板固定；
S2，将已烘干校形完成的毛坯零件放置于二倍铣型面工装上，对所述毛坯零件和所述二倍铣型面工装进行限位并位置校准；
S3，位置校准完成后，在所述毛坯零件上表面放置重物以固定其相对位置；
S4，浇灌熔融态聚乙二醇，均匀浇满整个毛坯零件，使得所述毛坯零件与所述二倍铣型面工装浇灌成型为一体；
S5，对浇灌成型为一体的毛坯零件进行粗加工，粗加工后的毛坯零件为中间高两边低的凸曲面，所述凸曲面为双曲面铝蜂窝导流板；
S6，按照刀具从所述凸曲面的中间高点至两边低点的加工路径，并设置刀具的第一前倾角，对所述凸曲面进行精加工；
S7，对精加工后的零件冲洗清洁，去除多余物；
其中，所述飞机双曲面导流板为铝蜂窝夹层结构，铝蜂窝一面为凸曲面，一面为凹曲面。
2.根据权利要求1所述的数控加工方法，其特征在于，所述S1之前还包括：
对所述毛坯零件进行一倍铣加工，加工后预留呈凹曲面的工艺支撑余量、零件数模以及其它余量；
相应的，所述S5包括：
对浇灌成型为一体的毛坯零件进行粗加工，将所述其它余量从所述毛坯零件中清除，形成中间高两边低的凸曲面。
3.根据权利要求2所述的数控加工方法，其特征在于，所述对所述毛坯零件进行一倍铣加工，加工后预留呈凹曲面的工艺支撑余量、零件数模以及其它余量，包括：
利用聚乙二醇法将毛坯零件固定于平板工装上；
设置刀具的第二前倾角，编辑沿毛坯零件的L向走刀的五轴加工刀路进行凹型面铣削；
根据二倍铣型面工装定位块位置对“几”字形工艺支撑余量进行数控加工；
将毛坯零件由平板工装上冲洗清洁，放置于二倍铣型面工装上进行预定位矫形烘干。
4.根据权利要求3所述的数控加工方法，其特征在于，所述第二前倾角为3-6°。
5.根据权利要求2或3所述的数控加工方法，其特征在于，所述S2包括：
在所述凹曲面的工艺支撑余量上开设多个观察窗，通过多个观察窗观察所述毛坯零件与所述二倍铣型面工装的位置是否准确；
当观察到所述毛坯零件与所述二倍铣型面工装的位置准确时，利用端定位块和两个侧方定位块对所述毛坯零件和所述二倍铣型面工装进行限位。
6.根据权利要求3所述的数控加工方法，其特征在于，所述观察窗的大小根据所述毛坯零件的厚度和切削分力在该方向上的力矩计算得到。
7.根据权利要求6所述的数控加工方法，其特征在于，通过如下公式计算所述观察窗的大小：
其中，L为观察窗长度，
为蜂窝材料最大单位抗扭矩形变分力(N)，取决于蜂窝规格牌号，与芯格尺寸、蜂窝壁厚、铝材强度有关，T为加工毛坯厚度(mm)，D为观察窗深度(mm)，F1为切削力在T向上的分力(N)，与刀具、切削参数有关。
8.根据权利要求1或2所述的数控加工方法，其特征在于，所述S6包括：
以所述凸曲面的中间最高点为刀具的落刀点，控制刀具从落刀点沿着凸曲面向一侧的低点，对凸曲面的一侧进行精加工；
当凸曲面的一侧精加工完成后，控制刀具再次回到所述落刀点，并从所述落刀点沿着凸曲面向另一侧的低点，对凸曲面的另一侧进行精加工；
其中，在利用刀具对所述凸曲面进行精加工的过程中，设置刀具与所述凸曲面之间的第一前倾角。
9.根据权利要求1或7所述的数控加工方法，其特征在于，所述第一前倾角为3-6°。
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