劉翹 王霞
航空工業(yè)沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司 遼寧沈陽 110850
在工業(yè)產(chǎn)業(yè)運行及持續(xù)發(fā)展的背景下,飛機產(chǎn)業(yè)對設備的機動性、隱身性提出了更高要求。但由于飛機設計方案的復雜性、多樣性、集成性,在實際的應用中,飛機結(jié)構(gòu)工件的科學設計是十分重要的,通過主交點孔及框梁一體化的科學設計,可以提高飛機承載力,展現(xiàn)系統(tǒng)的集成化、空間化特點,提高飛機各部件的使用效果。對于角度頭而言,作為飛機結(jié)構(gòu)件加工中的創(chuàng)新型工具,通過參數(shù)以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設定,可以利用主軸帶動齒輪組傳動進行削切方式的轉(zhuǎn)變,實現(xiàn)機床立臥及任意角度的合理設定,有效解決五軸數(shù)控加工中存在的可達性問題,提高飛機深腔構(gòu)件生產(chǎn)的精準性、高效性。
通過對飛機普通結(jié)構(gòu)件的工藝性分析,其存在著開敞性良好、空間機構(gòu)大的特點,在以往的數(shù)控加工技術(shù)使用中,可以提高結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)的效率及精度,但是,對于零件局部的深腔部位,由于結(jié)構(gòu)空間處于半封閉狀態(tài),受到生產(chǎn)空間、生產(chǎn)尺寸的限制,導致普通數(shù)控刀具無法使用,增加了數(shù)控加工技術(shù)的難度。結(jié)合飛機結(jié)構(gòu)件的加工情況,其復雜性結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在以下方面:第一,飛機結(jié)構(gòu)件的整體框梁類零件孔數(shù)量較多,而且對精度有一定的要求;第二,零件內(nèi)形具有深腔的特點,這種構(gòu)件的精確度較高閉角殘留大,常規(guī)的機加方法不能滿足精度及可達性需求,因此,將角度頭運用在飛機深腔結(jié)構(gòu)件的五軸數(shù)控加工中無疑是最具有挑戰(zhàn)性的,可以針對飛機結(jié)構(gòu)件的基本特點,擺脫傳統(tǒng)工裝及工具的束縛,確定可操作的系統(tǒng)性加工技術(shù)方案,避免加工精度無法到位、效率無法提升等工藝方案不科學的現(xiàn)象出現(xiàn),以提高數(shù)控加工技術(shù)的實用效果,達到飛機深腔結(jié)構(gòu)件在高效生產(chǎn)中成本控制的目的[1]。
掌握飛機結(jié)構(gòu)件五軸數(shù)控加工技術(shù),通過角度頭的運用,其作為一種具有創(chuàng)新性的典型加工方案,可以結(jié)合飛機深腔結(jié)構(gòu)的特征,角度頭限位塊的快速定位的特點,降低加工難度,確保飛機結(jié)構(gòu)件復雜點、隱蔽點的設計效果,同時也可以保證初始位置確定方案的靈活性[2]。
在角度頭加工中,通過轉(zhuǎn)速以及切削力的設定,會確定刀具的最大負載,以保障角度頭使用的安全性,增強刀具使用的安全性、有效性。深腔結(jié)構(gòu)中,大部分余量基本去除完成,為保證加工過程中的穩(wěn)定性,可以采取插銑及行切的方式。而且,插銑刀具轉(zhuǎn)動中,為了保證工具靜態(tài)扭矩確定的科學性,其計算方法如(1)。公式(1)中的M(N·m)是刀具端扭矩、Kc(N/mm2)是單位面積上的切削力、D(mm)是刀具直徑、fn(mm)是鉆給量(每次)、Ae(mm)是切寬[3]。
M=Kc·D·fn·(D-Ae)/2000 (1)
在實際計算中,插銑計算時一定不能超過角度頭,并鉆給量控制在科學的范圍內(nèi),優(yōu)化機床主軸輸出轉(zhuǎn)速。需要注意的是,在實際設備加工中,角度頭的最大輸出轉(zhuǎn)速、扭矩為上限閾值,通過這種參數(shù)的確定,輔助VERICUT 仿真軟件模擬角度頭切削過程中的碰撞檢查可以提高數(shù)控機床設備加工的整體效果,保證工裝裝夾系統(tǒng)、刀具加工設置的標準性。
通過對角度頭加工技術(shù)的分析,在該技術(shù)使用中,需要結(jié)合機床設備的使用特點,構(gòu)建仿真模型系統(tǒng),以保證各個結(jié)構(gòu)件參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一,并增強平臺通用數(shù)據(jù)的使用效果,為角度頭技術(shù)的使用及飛機機構(gòu)件的設計提供參數(shù)支持。第一,在角度頭仿真模型設計中,系統(tǒng)設計人員在普通仿真數(shù)據(jù)模型建立中,需要考慮刀套尺寸、程序加工原點,并將裝刀點設置為刀套的頂端,之后利用程序控制原點,以保證刀尖位置確定的精準性。需要注意的是,在角度頭與普通刀使用中,通過仿真系統(tǒng)模型的設定,可以針對不同機床的形狀、角度頭以自身機床組坐標的矢量方向等確定多個參數(shù),以增強參數(shù)仿真模型的精準性,為角度頭模仿系統(tǒng)的設定及數(shù)據(jù)使用提供參考。通過角度頭管理系統(tǒng)的設計以及仿真模型的開發(fā),可以將角度頭、各機構(gòu)機床的模型建立作為重點,有效避免仿真離散化問題的出現(xiàn),提高角度頭在飛機深腔結(jié)構(gòu)件五軸數(shù)控加工中使用效果。第二,在角度頭后置系統(tǒng)設計中,是五軸數(shù)控加工的重點,在實際的技術(shù)運用中,需要結(jié)合機床構(gòu)型、帶入仿真模型,建立五軸數(shù)控加工系統(tǒng),以增強角度空間坐標的轉(zhuǎn)換效果,確定最優(yōu)化的后置配置方案,保證五軸數(shù)控加工技術(shù)使用的規(guī)范性。通過SIEMENS、FIDIA 和HEIDENHAIN 等數(shù)控系統(tǒng)的設計,提高機床以及數(shù)控系統(tǒng)的使用效果,滿足系統(tǒng)對飛機深腔結(jié)構(gòu)件的五軸數(shù)控加工的技術(shù)需求,為飛機結(jié)構(gòu)件系統(tǒng)的設計提供技術(shù)支持[4]。
本文基于將角度頭運用在飛機深腔結(jié)構(gòu)件的五軸數(shù)控加工中,可以針對飛機結(jié)構(gòu)件的基本特點,確定有針對性的加工技術(shù)方案,以完善數(shù)控加工技術(shù)的使用效果,提高飛機結(jié)構(gòu)件的加工質(zhì)量,實現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)件在生產(chǎn)中成本控制的目的。在角度頭的技術(shù)運用過程中,需要通過角度頭安裝初始位置的確定、角度頭加工切削參數(shù)的設定以及角度頭加工技術(shù)的使用等,規(guī)范飛機結(jié)構(gòu)件數(shù)據(jù)加工的方法,以提升角度頭在飛機深腔結(jié)構(gòu)件五軸數(shù)控加工中的使用效果,對角度頭在機加領域的實際應用具有借鑒性意義。