楊開(kāi)海 ， 雷玉如 ， 李仁花 ， 張文俊 ， 陳志敏

（航空工業(yè)洪都工藝裝備技術(shù)中心，江西 南昌 330024）

傳統(tǒng)的飛機(jī)蒙皮加工工藝涉及化銑、成型、數(shù)控加工等多個(gè)環(huán)節(jié)，存在工藝協(xié)調(diào)性差、加工精度難保證和環(huán)境污染等問(wèn)題。蒙皮鏡像銑加工設(shè)備，在大飛機(jī)蒙皮零件銑切減重區(qū)域、切通窗、切邊及鉆孔等工藝中廣泛使用，實(shí)現(xiàn)了大飛機(jī)蒙皮的精確、高效、綠色制造[1]。可將其制造技術(shù)運(yùn)用在某機(jī)型機(jī)身整體蒙皮加工中時(shí)，銑刀支臂與蒙皮相碰，銑切加工無(wú)法進(jìn)行。經(jīng)查看機(jī)身整體蒙皮外形，發(fā)現(xiàn)此機(jī)身整體蒙皮，尺寸大，曲率大，半徑小，外形陡峭式變化且凸凹相間，不符合鏡像加工的基本條件。采用蒙皮過(guò)渡工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)技術(shù)，通過(guò)對(duì)零件數(shù)模曲率的改變，重新構(gòu)建滿足鏡像銑加工條件的過(guò)渡工藝數(shù)模，用于鏡像銑切，完成整體蒙皮的制造[2]。對(duì)提高小型飛機(jī)整體蒙皮的加工質(zhì)量，縮短整體蒙皮制造周期，有著重大的適用與經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

1 機(jī)身整體蒙皮外形與結(jié)構(gòu)特征

圖1 某型號(hào)機(jī)身蒙皮的產(chǎn)品數(shù)模

機(jī)身整體蒙皮是集蒙皮、口框、連接帶板為一體的整體構(gòu)件，代表著現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)的發(fā)展方向，在減輕飛機(jī)重量及提高零件抗疲勞性方面有著較大的優(yōu)勢(shì)。如圖1所示為典型機(jī)身整體蒙皮零件。

2 采用鏡像銑切工藝后的整體蒙皮零件加工流程

大曲率整體蒙皮加工先后順序依次為下料、預(yù)成型、定位孔、吊裝標(biāo)識(shí)孔、鏡像銑切、二次成型、切邊、檢驗(yàn)。從采用鏡像銑切工藝后的大曲率整體蒙皮加工流程可以看出，過(guò)渡工藝數(shù)模用于設(shè)計(jì)與制造預(yù)成型模具及鏡像銑切減重區(qū)與開(kāi)孔[3]。

3 過(guò)渡工藝數(shù)模交接狀態(tài)內(nèi)容（工藝要求）

1）零件長(zhǎng)度單邊留230mm余量，寬度單邊80mm余量。2）制出2-φ8定位孔，二次成型使用的定位孔耳片。3）制出φ8標(biāo)志孔，距離毛坯邊緣線10mm。4）工藝數(shù)模滿足R＞600，表面光順無(wú)凹凸變化。

4 過(guò)渡工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)

大曲率整體蒙皮過(guò)渡工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)，首先需要從產(chǎn)品數(shù)模中提取有效元素建立一個(gè)符合要求的過(guò)渡外形面，在過(guò)渡外形面的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)零件模型重構(gòu)，然后按照交接狀態(tài)要求添加工藝特征，最后完善與規(guī)范過(guò)渡工藝數(shù)模。設(shè)計(jì)過(guò)程依次為提取原始數(shù)模有效元素，建立過(guò)渡外形面，重構(gòu)數(shù)模特征，添加工藝特征等步驟。

4.1 過(guò)渡外形面的設(shè)計(jì)

過(guò)渡外形面的設(shè)計(jì)，主要是變形面的創(chuàng)建，是大曲率整體蒙皮過(guò)渡工藝數(shù)模建立最關(guān)鍵的一個(gè)步驟，也是其他設(shè)計(jì)步驟的基礎(chǔ)，決定了數(shù)控鏡像銑加工能否實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)過(guò)渡外形面的同時(shí)需考慮工藝要求。

4.1.1 初始過(guò)渡外形面的創(chuàng)建

以某型號(hào)機(jī)身整體蒙皮過(guò)渡工藝數(shù)模設(shè)計(jì)為例。選擇典型框切面曲線，縱向基準(zhǔn)選擇長(zhǎng)桁曲線，通過(guò)改變曲線曲率，保證與原始弧長(zhǎng)相等，3點(diǎn)確定樣條方式，創(chuàng)建框切面修正樣條，以框切面修正樣條為截面曲線，長(zhǎng)桁為引導(dǎo)線建立一個(gè)初始過(guò)渡外形面。具體建模步驟如下：

1）在CATIV5 創(chuàng)成式外形設(shè)計(jì)模塊環(huán)境下，抽取框及長(zhǎng)桁軸線樣條曲線。

2）經(jīng)檢測(cè)框原始樣條和長(zhǎng)桁軸線樣條凹凸相間，局部R<600mm。在弧長(zhǎng)相等的前提下，對(duì)框處長(zhǎng)桁原始樣條上的點(diǎn)進(jìn)行放棄或修改，使長(zhǎng)桁樣條線保凸光順，R>600mm。

3）各框切面原始樣條線曲線首點(diǎn)與末點(diǎn)連線L1（其中框切面樣條以調(diào)整后的樣條曲線首點(diǎn)與末點(diǎn)連線），通過(guò)首末點(diǎn)按一定角度建立工具體兩直線L2及L3，作L1平行線L4，兩端延伸至L2、L3，以L2、L3與延伸線的兩交點(diǎn)及基準(zhǔn)長(zhǎng)桁點(diǎn)，3點(diǎn)確定一根修正樣條。

4）以框修正樣條為截面，調(diào)整后長(zhǎng)桁為引導(dǎo)線建立一個(gè)外形面即為初始過(guò)渡外形面，如圖2所示。

圖2 初始過(guò)渡外形面圖

4.1.2 調(diào)整縱向長(zhǎng)桁和橫向框軸線

框平面及長(zhǎng)桁平面同初始過(guò)渡外形面相交得到的框軸線和長(zhǎng)桁軸線不能滿足要求，需要以新的方式獲取并進(jìn)行調(diào)整，步驟如下：

1）按相交命令在初始過(guò)渡外形面上重新獲取過(guò)渡數(shù)模的中間框切面外形。

2）各切面以基準(zhǔn)長(zhǎng)桁為基準(zhǔn)點(diǎn)，以弧長(zhǎng)相等為條件，獲取各切面上的長(zhǎng)桁交點(diǎn)，用樣條命令得到各長(zhǎng)桁軸線。

3）縱橫向曲線曲率光順檢測(cè)。同樣通過(guò)調(diào)整平行線和直線的角度，修正縱向長(zhǎng)桁樣條線在各框軸線的交點(diǎn)位置，直到各切面間長(zhǎng)桁軸線弧長(zhǎng)與原始長(zhǎng)桁曲線弧長(zhǎng)相等并光順，各長(zhǎng)桁軸線間框切面弧長(zhǎng)與原始框曲線相等并光順止[4]。

4.1.3 建立過(guò)渡外形面

以所有調(diào)整后的修正框軸線為截面，修正長(zhǎng)桁軸線為引導(dǎo)線重新建立一個(gè)保凸光順，R＞600mm的外形面即為過(guò)渡外形面。

4.1.4 過(guò)渡外形面的弧長(zhǎng)檢測(cè)

分別對(duì)過(guò)渡外形面上長(zhǎng)桁的總弧長(zhǎng)和各框切面間長(zhǎng)桁的弧長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)。

長(zhǎng)桁總弧長(zhǎng)偏差較大，某長(zhǎng)桁在過(guò)渡外形面的邊緣部位，在數(shù)模有效外形之外，最大誤差位于框切面間，影響較小?；￠L(zhǎng)變化主要由曲率和半徑的變化引起。

4.1.5 過(guò)渡數(shù)模的重構(gòu)

在CATIA V5零件模塊中實(shí)現(xiàn)過(guò)渡數(shù)模的重構(gòu)。先將前文建立好的外形面內(nèi)法向增厚2.4mm，然后按照原始數(shù)模的建模步驟，以過(guò)渡外形面上調(diào)整好的修正框軸線和長(zhǎng)桁軸線為基準(zhǔn)，通過(guò)曲面增厚和布爾操作等命令進(jìn)行過(guò)渡數(shù)?？谏w孔和銑切區(qū)的重構(gòu)。通過(guò)倒角的方式生成底角、轉(zhuǎn)角等各種倒角和圓角，完善過(guò)渡數(shù)模。

4.2 添加工藝特征

按交接狀態(tài)要求做出定位孔、標(biāo)志孔等工藝孔，給出兩個(gè)定位孔耳片邊緣線，提取零件邊緣線、裝配余量線，并置于相應(yīng)的幾何圖形集，添加工藝特征后的過(guò)渡工藝數(shù)模。

5 零件誤差分析

對(duì)過(guò)渡數(shù)模和產(chǎn)品數(shù)模分別進(jìn)行尺寸檢測(cè)，過(guò)渡數(shù)模和產(chǎn)品數(shù)模的口蓋孔和銑切槽尺寸檢測(cè)。經(jīng)檢測(cè)外形輪廓最大誤差在斜切面部位，斜切部位多屬材料流動(dòng)區(qū)域，弧長(zhǎng)變化主要是由曲率變化及與其他零件斜切面相交引起的。同時(shí)原始曲面扭曲較大，凹凸不光滑，過(guò)渡曲面保凸光滑也會(huì)引起弧長(zhǎng)的變化。通過(guò)放加工余量的方式，修正過(guò)渡工藝數(shù)模的誤差。

在相同密度下，測(cè)量得出產(chǎn)品數(shù)模質(zhì)量為4.322kg，過(guò)渡數(shù)模質(zhì)量為4.326kg，質(zhì)量增加0.004kg。通過(guò)CATIA測(cè)量得出產(chǎn)品數(shù)模質(zhì)量外形面總面積為2.357m2，過(guò)渡數(shù)模質(zhì)量外形面總面積為2.358m2，面積增加0.001m2。質(zhì)量和面積的誤差均控制在零件制造誤差之內(nèi)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)大曲率整體蒙皮過(guò)渡工藝數(shù)模的設(shè)計(jì)，使整體蒙皮從原曲面凹凸相間，曲率較大，半徑較小轉(zhuǎn)換為保凸光順，R＞600mm的過(guò)渡工藝數(shù)模，解決了在數(shù)控鏡像銑加工型面與銑刀刀軸相碰的問(wèn)題，將數(shù)控鏡像銑加工技術(shù)應(yīng)用到小飛機(jī)機(jī)身整體蒙皮的加工制造中。本項(xiàng)目已通過(guò)工程部及使用單位專家評(píng)審，且過(guò)渡工藝數(shù)模已投入生產(chǎn)使用，鏡像銑加工效果良好。