立體化銑樣板數字化設計與制造

楊磊+於智良+張大鈞

摘要：文章對蒙皮類化銑零件的立體化銑樣板的數字化設計與制造進行了分析，詳述了立體化銑樣板精度對化銑蒙皮質量有著重要的影響，由傳統的手工移形、開視口而產生了加工誤差大等缺陷，通過采用CATIA VPM系統的在線關聯技術及新工藝數字化制造技術，提高了立體化銑樣板制造的制動化程度及生產效率。

關鍵詞：VPM系統；立體化銑樣板；數字化加工

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0008-02

1 內容簡介

隨著飛機設計、生產數字化進程的逐步深入，運輸機中的大型化銑蒙皮類零件進行化銑加工時，立體化銑樣板精度對化銑蒙皮質量有著重要的影響，由傳統的手工移形、開視口而產生了加工誤差大等缺陷。為提高加工精度及生產效率，將VPM系統作為協同設計平臺，通過在線關聯設計和并行產品的定義，對化銑蒙皮類零件進行三維數字化設計，大幅度提高了設計信息與制造信息的集成，為零件數字化制造提供了有力的保障。

2 技術方案

在飛機零件制造過程中，根據飛機總質量和強度的要求，有大量的等厚度或變厚度并具有單曲面或雙曲面蒙皮類的零件，見圖1：

圖1 局部零件圖

此類零件均需要化學銑切，其工藝過程是先將零件平板下料，然后塑性彎曲成相應的曲面形狀，再通過立體化銑樣板對蒙皮類零件進行化學銑切等厚度或變厚度。由于加工中存在著不可逆過程，使零件的化銑精度成為決定零件質量和工作效率的關鍵。

3 化銑原理

蒙皮類零件的外形面一般為單曲面或雙曲面，根據曲面變化情況及長桁的分布、飛機結構強度與重量等要求，零件材料厚度為等厚度或變厚度，厚度的變化是通過化學銑切來完成零件加工，化銑過程是通過化銑樣板確定零件防蝕層上需要刻劃零件輪廓線，也就是通過化銑樣板確定零件上允許腐蝕液作用的部位，化銑樣板通過化銑樣板相對零件定位加工的特殊性，以完成零件化銑加工。

4 零件結構分析

由于蒙皮零件既是飛機的外表零件，又是飛機的重要受力構件，所以一般尺寸比較大、形狀比較復雜且厚度薄、剛性差，根據受力情況，有些蒙皮零件是不等厚度的，有些蒙皮零件在受力的部位，還要進行局部厚度的減薄加工，其減薄部位厚度公差控制要求比較嚴，蒙皮零件外形精度要求比較高，如今VPM技術的應用，使模線樣板技術迎來了新的發展階段，對雙曲面且需化銑的蒙皮類零件化銑加工中，其工藝方法是采用立體化銑樣板對蒙皮進行化學銑切，而模線樣板生產是飛機制造的第一步，化銑樣板的生產進度直接影響產品質量與研制周期，模線樣板設計技術也在不斷地發展，大量的化銑樣板設計可促進逐步實現數字化制造。

5 立體化銑樣板的設計

5.1 傳統的工藝方法

傳統的立體化銑樣板制造工藝是首先由模線中心設計反切內樣板、劃線圖，以制造成型模胎，然后由鈑金廠按模胎制造實樣，同時提供劃線圖將化銑圖形及基準線刻在模胎上，經裝配合格后，由鈑金廠向模線中心移交該實樣，由模線中心按模胎化銑線，開出視口，工藝流程圖如圖2所示：

圖2 立體化銑樣板傳統加工工藝流程圖

5.2 技術創新

在蒙皮類化銑零件設計制造研制過程中，為解決技術關鍵及難點，對蒙皮立體化銑樣板采用數控加工，其工藝過程為：

首先設計蒙皮零件的三維數模及工藝數模，按工藝數模制造模胎數據集，并通過三坐標龍門式數控銑數控加工模胎，同時刻出零件各種基準線、結構線，再將毛料按模胎拉伸成與模胎型面完全貼合的毛坯，見圖3。此胎是成型蒙皮零件毛坯所用的依據，用于零件毛坯型面拉伸與立體化銑樣板型面拉伸。

圖3 數控模胎及零件刻線

其次通過VAM CATIA系統建立兩個蒙皮實體數模：一個為零件外形數模且開透視口的數據集，即為標準樣板；另一個為向內偏移料厚并與前一個數據集（標準樣板）相協調的數據集，以補償由于料厚產生的誤差，同時在該數據集（工藝數模）的設計中，包含裝配定位孔，化銑定位孔，化銑區開孔和完整的外形線、化銑線，化銑余量線。將按拉型模成型的毛坯通過五坐標數控輪廓銑床進行編程，對外形輪廓、化銑區，框軸線視口等進行加工，該樣板為立體化銑樣板。

6 立體化銑樣板數控加工

基于CATIA VPM系統建立工藝數模，再通過CATIA三維結構設計，對工藝數模進行柔性卡具參數設定，使其生成AIPSOVRCE五坐標X、Y、I、J、K，根據工藝數模將該零件加工程序進行數據編程并轉換為NC通用代碼，通過柔性卡具控制命令，先不給料，帶刀空走行程，完成零件需銑切部位，觀察零件銑切部位處是否有柔性卡具被銑切，經檢查未發現異常現象，方可上料，根據工藝數模裝配定位孔設備可自動找正，通過設備定位孔兩點定位，采用真空吸盤通過外形技術參數的設定，使柔性卡具相對毛坯準確定位，在銑切中有設備執行器控制參數；設備理論定位精度0.4mm；設備定位板分為原點定位板和附件定位板，定位板的定位孔取制可根據萬向裝置調整附件定位板的位置，以確定設備與零件的相對定位，從而保證定位精度。

經過飛機壁板組件的裝配，我們對裝配精度進行全方位的分析、檢測比對，化銑區無干涉現象，裝配精度滿足技術要求，從而驗證了立體化銑樣板加工新工藝的科學性與有效性。實現了蒙皮類化銑零件的結構數字化設計與數字化制造的目標，提高了運八飛機的產品質量與效率。

參考文獻

[1] 模線設計員手冊[M].

[2] VPM通用使用手冊[M].

[3] 典型工藝規程[M].

[4] 五坐標數控輪廓銑說明書[S].

作者簡介：楊磊，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心工藝裝備設計及制造技術主管工藝師，高級工程師，研究方向：數字化設計制造技術；於智良，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心數字化制造技術專家，研究員級高級工程師，研究方向：數字化設計制造技術；張大鈞，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心高級工程師，研究方向：信息化技術。

摘要：文章對蒙皮類化銑零件的立體化銑樣板的數字化設計與制造進行了分析，詳述了立體化銑樣板精度對化銑蒙皮質量有著重要的影響，由傳統的手工移形、開視口而產生了加工誤差大等缺陷，通過采用CATIA VPM系統的在線關聯技術及新工藝數字化制造技術，提高了立體化銑樣板制造的制動化程度及生產效率。

關鍵詞：VPM系統；立體化銑樣板；數字化加工

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0008-02

1 內容簡介

隨著飛機設計、生產數字化進程的逐步深入，運輸機中的大型化銑蒙皮類零件進行化銑加工時，立體化銑樣板精度對化銑蒙皮質量有著重要的影響，由傳統的手工移形、開視口而產生了加工誤差大等缺陷。為提高加工精度及生產效率，將VPM系統作為協同設計平臺，通過在線關聯設計和并行產品的定義，對化銑蒙皮類零件進行三維數字化設計，大幅度提高了設計信息與制造信息的集成，為零件數字化制造提供了有力的保障。

2 技術方案

在飛機零件制造過程中，根據飛機總質量和強度的要求，有大量的等厚度或變厚度并具有單曲面或雙曲面蒙皮類的零件，見圖1：

圖1 局部零件圖

此類零件均需要化學銑切，其工藝過程是先將零件平板下料，然后塑性彎曲成相應的曲面形狀，再通過立體化銑樣板對蒙皮類零件進行化學銑切等厚度或變厚度。由于加工中存在著不可逆過程，使零件的化銑精度成為決定零件質量和工作效率的關鍵。

3 化銑原理

蒙皮類零件的外形面一般為單曲面或雙曲面，根據曲面變化情況及長桁的分布、飛機結構強度與重量等要求，零件材料厚度為等厚度或變厚度，厚度的變化是通過化學銑切來完成零件加工，化銑過程是通過化銑樣板確定零件防蝕層上需要刻劃零件輪廓線，也就是通過化銑樣板確定零件上允許腐蝕液作用的部位，化銑樣板通過化銑樣板相對零件定位加工的特殊性，以完成零件化銑加工。

4 零件結構分析

由于蒙皮零件既是飛機的外表零件，又是飛機的重要受力構件，所以一般尺寸比較大、形狀比較復雜且厚度薄、剛性差，根據受力情況，有些蒙皮零件是不等厚度的，有些蒙皮零件在受力的部位，還要進行局部厚度的減薄加工，其減薄部位厚度公差控制要求比較嚴，蒙皮零件外形精度要求比較高，如今VPM技術的應用，使模線樣板技術迎來了新的發展階段，對雙曲面且需化銑的蒙皮類零件化銑加工中，其工藝方法是采用立體化銑樣板對蒙皮進行化學銑切，而模線樣板生產是飛機制造的第一步，化銑樣板的生產進度直接影響產品質量與研制周期，模線樣板設計技術也在不斷地發展，大量的化銑樣板設計可促進逐步實現數字化制造。

5 立體化銑樣板的設計

5.1 傳統的工藝方法

傳統的立體化銑樣板制造工藝是首先由模線中心設計反切內樣板、劃線圖，以制造成型模胎，然后由鈑金廠按模胎制造實樣，同時提供劃線圖將化銑圖形及基準線刻在模胎上，經裝配合格后，由鈑金廠向模線中心移交該實樣，由模線中心按模胎化銑線，開出視口，工藝流程圖如圖2所示：

圖2 立體化銑樣板傳統加工工藝流程圖

5.2 技術創新

在蒙皮類化銑零件設計制造研制過程中，為解決技術關鍵及難點，對蒙皮立體化銑樣板采用數控加工，其工藝過程為：

首先設計蒙皮零件的三維數模及工藝數模，按工藝數模制造模胎數據集，并通過三坐標龍門式數控銑數控加工模胎，同時刻出零件各種基準線、結構線，再將毛料按模胎拉伸成與模胎型面完全貼合的毛坯，見圖3。此胎是成型蒙皮零件毛坯所用的依據，用于零件毛坯型面拉伸與立體化銑樣板型面拉伸。

圖3 數控模胎及零件刻線

其次通過VAM CATIA系統建立兩個蒙皮實體數模：一個為零件外形數模且開透視口的數據集，即為標準樣板；另一個為向內偏移料厚并與前一個數據集（標準樣板）相協調的數據集，以補償由于料厚產生的誤差，同時在該數據集（工藝數模）的設計中，包含裝配定位孔，化銑定位孔，化銑區開孔和完整的外形線、化銑線，化銑余量線。將按拉型模成型的毛坯通過五坐標數控輪廓銑床進行編程，對外形輪廓、化銑區，框軸線視口等進行加工，該樣板為立體化銑樣板。

6 立體化銑樣板數控加工

基于CATIA VPM系統建立工藝數模，再通過CATIA三維結構設計，對工藝數模進行柔性卡具參數設定，使其生成AIPSOVRCE五坐標X、Y、I、J、K，根據工藝數模將該零件加工程序進行數據編程并轉換為NC通用代碼，通過柔性卡具控制命令，先不給料，帶刀空走行程，完成零件需銑切部位，觀察零件銑切部位處是否有柔性卡具被銑切，經檢查未發現異常現象，方可上料，根據工藝數模裝配定位孔設備可自動找正，通過設備定位孔兩點定位，采用真空吸盤通過外形技術參數的設定，使柔性卡具相對毛坯準確定位，在銑切中有設備執行器控制參數；設備理論定位精度0.4mm；設備定位板分為原點定位板和附件定位板，定位板的定位孔取制可根據萬向裝置調整附件定位板的位置，以確定設備與零件的相對定位，從而保證定位精度。

經過飛機壁板組件的裝配，我們對裝配精度進行全方位的分析、檢測比對，化銑區無干涉現象，裝配精度滿足技術要求，從而驗證了立體化銑樣板加工新工藝的科學性與有效性。實現了蒙皮類化銑零件的結構數字化設計與數字化制造的目標，提高了運八飛機的產品質量與效率。

參考文獻

[1] 模線設計員手冊[M].

[2] VPM通用使用手冊[M].

[3] 典型工藝規程[M].

[4] 五坐標數控輪廓銑說明書[S].

作者簡介：楊磊，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心工藝裝備設計及制造技術主管工藝師，高級工程師，研究方向：數字化設計制造技術；於智良，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心數字化制造技術專家，研究員級高級工程師，研究方向：數字化設計制造技術；張大鈞，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心高級工程師，研究方向：信息化技術。

摘要：文章對蒙皮類化銑零件的立體化銑樣板的數字化設計與制造進行了分析，詳述了立體化銑樣板精度對化銑蒙皮質量有著重要的影響，由傳統的手工移形、開視口而產生了加工誤差大等缺陷，通過采用CATIA VPM系統的在線關聯技術及新工藝數字化制造技術，提高了立體化銑樣板制造的制動化程度及生產效率。

關鍵詞：VPM系統；立體化銑樣板；數字化加工

中圖分類號：TH164 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0008-02

1 內容簡介

隨著飛機設計、生產數字化進程的逐步深入，運輸機中的大型化銑蒙皮類零件進行化銑加工時，立體化銑樣板精度對化銑蒙皮質量有著重要的影響，由傳統的手工移形、開視口而產生了加工誤差大等缺陷。為提高加工精度及生產效率，將VPM系統作為協同設計平臺，通過在線關聯設計和并行產品的定義，對化銑蒙皮類零件進行三維數字化設計，大幅度提高了設計信息與制造信息的集成，為零件數字化制造提供了有力的保障。

2 技術方案

在飛機零件制造過程中，根據飛機總質量和強度的要求，有大量的等厚度或變厚度并具有單曲面或雙曲面蒙皮類的零件，見圖1：

圖1 局部零件圖

此類零件均需要化學銑切，其工藝過程是先將零件平板下料，然后塑性彎曲成相應的曲面形狀，再通過立體化銑樣板對蒙皮類零件進行化學銑切等厚度或變厚度。由于加工中存在著不可逆過程，使零件的化銑精度成為決定零件質量和工作效率的關鍵。

3 化銑原理

蒙皮類零件的外形面一般為單曲面或雙曲面，根據曲面變化情況及長桁的分布、飛機結構強度與重量等要求，零件材料厚度為等厚度或變厚度，厚度的變化是通過化學銑切來完成零件加工，化銑過程是通過化銑樣板確定零件防蝕層上需要刻劃零件輪廓線，也就是通過化銑樣板確定零件上允許腐蝕液作用的部位，化銑樣板通過化銑樣板相對零件定位加工的特殊性，以完成零件化銑加工。

4 零件結構分析

由于蒙皮零件既是飛機的外表零件，又是飛機的重要受力構件，所以一般尺寸比較大、形狀比較復雜且厚度薄、剛性差，根據受力情況，有些蒙皮零件是不等厚度的，有些蒙皮零件在受力的部位，還要進行局部厚度的減薄加工，其減薄部位厚度公差控制要求比較嚴，蒙皮零件外形精度要求比較高，如今VPM技術的應用，使模線樣板技術迎來了新的發展階段，對雙曲面且需化銑的蒙皮類零件化銑加工中，其工藝方法是采用立體化銑樣板對蒙皮進行化學銑切，而模線樣板生產是飛機制造的第一步，化銑樣板的生產進度直接影響產品質量與研制周期，模線樣板設計技術也在不斷地發展，大量的化銑樣板設計可促進逐步實現數字化制造。

5 立體化銑樣板的設計

5.1 傳統的工藝方法

傳統的立體化銑樣板制造工藝是首先由模線中心設計反切內樣板、劃線圖，以制造成型模胎，然后由鈑金廠按模胎制造實樣，同時提供劃線圖將化銑圖形及基準線刻在模胎上，經裝配合格后，由鈑金廠向模線中心移交該實樣，由模線中心按模胎化銑線，開出視口，工藝流程圖如圖2所示：

圖2 立體化銑樣板傳統加工工藝流程圖

5.2 技術創新

在蒙皮類化銑零件設計制造研制過程中，為解決技術關鍵及難點，對蒙皮立體化銑樣板采用數控加工，其工藝過程為：

首先設計蒙皮零件的三維數模及工藝數模，按工藝數模制造模胎數據集，并通過三坐標龍門式數控銑數控加工模胎，同時刻出零件各種基準線、結構線，再將毛料按模胎拉伸成與模胎型面完全貼合的毛坯，見圖3。此胎是成型蒙皮零件毛坯所用的依據，用于零件毛坯型面拉伸與立體化銑樣板型面拉伸。

圖3 數控模胎及零件刻線

其次通過VAM CATIA系統建立兩個蒙皮實體數模：一個為零件外形數模且開透視口的數據集，即為標準樣板；另一個為向內偏移料厚并與前一個數據集（標準樣板）相協調的數據集，以補償由于料厚產生的誤差，同時在該數據集（工藝數模）的設計中，包含裝配定位孔，化銑定位孔，化銑區開孔和完整的外形線、化銑線，化銑余量線。將按拉型模成型的毛坯通過五坐標數控輪廓銑床進行編程，對外形輪廓、化銑區，框軸線視口等進行加工，該樣板為立體化銑樣板。

6 立體化銑樣板數控加工

基于CATIA VPM系統建立工藝數模，再通過CATIA三維結構設計，對工藝數模進行柔性卡具參數設定，使其生成AIPSOVRCE五坐標X、Y、I、J、K，根據工藝數模將該零件加工程序進行數據編程并轉換為NC通用代碼，通過柔性卡具控制命令，先不給料，帶刀空走行程，完成零件需銑切部位，觀察零件銑切部位處是否有柔性卡具被銑切，經檢查未發現異常現象，方可上料，根據工藝數模裝配定位孔設備可自動找正，通過設備定位孔兩點定位，采用真空吸盤通過外形技術參數的設定，使柔性卡具相對毛坯準確定位，在銑切中有設備執行器控制參數；設備理論定位精度0.4mm；設備定位板分為原點定位板和附件定位板，定位板的定位孔取制可根據萬向裝置調整附件定位板的位置，以確定設備與零件的相對定位，從而保證定位精度。

經過飛機壁板組件的裝配，我們對裝配精度進行全方位的分析、檢測比對，化銑區無干涉現象，裝配精度滿足技術要求，從而驗證了立體化銑樣板加工新工藝的科學性與有效性。實現了蒙皮類化銑零件的結構數字化設計與數字化制造的目標，提高了運八飛機的產品質量與效率。

參考文獻

[1] 模線設計員手冊[M].

[2] VPM通用使用手冊[M].

[3] 典型工藝規程[M].

[4] 五坐標數控輪廓銑說明書[S].

作者簡介：楊磊，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心工藝裝備設計及制造技術主管工藝師，高級工程師，研究方向：數字化設計制造技術；於智良，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心數字化制造技術專家，研究員級高級工程師，研究方向：數字化設計制造技術；張大鈞，中航工業陜西飛機工業（集團）有限公司工程技術部模線中心高級工程師，研究方向：信息化技術。