航空扭力臂零件數(shù)控加工工藝研究

李春剛，舒曉君

（1.中國人民解放軍駐陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司軍事代表室，陜西 漢中723200；2.中航飛機(jī)起落架有限公司 燎原分公司，陜西 漢中723200）

0 引 言

起落架的結(jié)構(gòu)主要由受力支柱、活塞桿、扭力臂或搖臂、撐桿、機(jī)輪和剎車裝置等主要構(gòu)件組成。扭力臂為飛機(jī)起落架上最典型的零件，通常為關(guān)鍵件或重要件。扭力臂的功用就是在飛機(jī)起飛和著陸時(shí)，將活塞桿上的扭矩傳遞到緩沖器支柱外筒上，防止減震支柱的活塞桿和外筒出現(xiàn)相對轉(zhuǎn)動，保證減震支柱的扭轉(zhuǎn)剛度。扭力臂的加工精度直接關(guān)系到飛機(jī)起飛、著陸、滑跑安全，因此研究扭力臂的加工工藝尤為必要。

1 航空扭力臂零件典型加工工藝流程

如圖1，我廠加工該扭力臂連桿類零件已逾10 年，這中間借鑒了外商的加工經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我公司現(xiàn)有加工資源，最終形成了如下成熟工藝流程并得到外商批復(fù)：005 領(lǐng)料→010 鉗工刻號及準(zhǔn)備熱處理試件→015加工定位孔和基準(zhǔn)面→020 單、雙耳片孔及兩端面→025加工零件單耳頭部工藝夾頭→030 數(shù)控加工零件正面全部外形（工位1）→035 翻面數(shù)控加工零件反面全部外形（工位2）→040 鉆、鉸油嘴孔→045 鉗工打磨外形至要求的粗糙度→050 熱處理→055 加工定位基準(zhǔn)面→060 精加各孔及配合面→065 后續(xù)特種工藝→070 檢驗(yàn)入庫。

2 技術(shù)要求

文中所述扭力臂（如圖1 所示）為空客AXXX 機(jī)型零件，其雙耳片孔的同軸度（圖中雙耳片孔組對其公共軸線的全跳動量）要求達(dá)到0.025 mm，單耳片軸線與雙耳片軸線的平行度公差值為0.015 mm，且耳片端面與孔中心線垂直度小于0.03 mm。該零件的表面粗糙度精度等級也較高，通常要求為Ra1.6~3.2。在結(jié)構(gòu)方面該類零件含有曲面、型腔、筋板、孔以及不對稱結(jié)構(gòu)，工藝難度大，加工過程復(fù)雜。

圖1 典型起落架扭力臂零件技術(shù)要求

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 工序約束規(guī)則

特征加工工步內(nèi)容最大限度集中，一次裝夾定位后，盡可能完成加工中心所能加工的零件大部分或全部特征，這樣可以減少不必要的定位誤差，生產(chǎn)率高。

3.2 工步約束規(guī)則

特征選擇，決定工步加工哪些特征如型腔、筋板、曲面；特征排序，確定工步中加工特征的順序；加工策略，確定走刀路線、順逆銑、切削參數(shù)等等。

3.3 工藝方案

如上文所述，015、020、030 工序?yàn)榱慵罄m(xù)外形加工工序的定位孔和定位面，應(yīng)當(dāng)在精度較高的臥式加工中心上進(jìn)行，定位面及定位孔一刀完成，孔平行度好且面孔垂直度好，利于保證工件工藝要求，其加工工位如圖2所示；030 和035 工序?yàn)榱慵庑渭庸すば颍诹⑹郊庸ぶ行纳线M(jìn)行，采用圖1 中φ120、φ68 孔及其76.25 端面定位，其加工工位及夾具結(jié)構(gòu)如圖3 所示。055 工序?yàn)榱慵岷缶庸すば颍浼庸すの活愃朴趫D2。

圖2 熱前臥式加工中心工位示意圖

圖3 熱前立式加工中心工位示意圖

3.4 夾具及設(shè)備要求

不同扭力臂定位方式均以面孔定位，夾具設(shè)計(jì)上也異曲同工，如圖2 所示為零件熱前015 工序加工基準(zhǔn)面和定位孔的夾具，圖4 示出了零件基準(zhǔn)加工的技術(shù)要求，圖中粗實(shí)線尺寸分三個(gè)工位加工：在第一工位，銑尺寸521.5 及尺寸102.2 一端，銑、鏜φ117 孔一端（即B 孔），及φ65 孔（圖4 所示下端尺寸）；第二工位，夾具回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)180°，保證尺寸521.5 及尺寸102.2，及銑、鏜φ117 孔另一端（即A 孔）；在第3 工位機(jī)床工作臺回轉(zhuǎn)90°，加工φ30 工藝夾頭符合圖紙要求。為了保證尺寸精度符合工藝要求，消除重復(fù)定位誤差、裝夾誤差、找正誤差，所有尺寸應(yīng)一次裝夾完工，因此要求設(shè)備具備B 軸功能,由于鏜刀、銑刀懸長的考慮，要求夾具具備回轉(zhuǎn)180°的功能，精度要求±15′，如圖2 所示，這樣解決了工作臺回轉(zhuǎn)180°后刀具懸長的問題，避免了采購昂貴的刀具的可能，大大降低了工件的制造成本。零件熱后精加工工序夾具結(jié)構(gòu)類似于熱前夾具。

圖4 熱前臥式加工中心加工基準(zhǔn)工位示意圖

3.5 加工難點(diǎn)

圖1 所示φ120 孔軸線對基準(zhǔn)A-B 公共軸線的跳動量為0.025 mm，對于這類要求極高的孔系加工應(yīng)在一次安裝后，找正拉直三孔（A、B、C）后銑面鏜孔，通過先加工基準(zhǔn)A 孔（銑外端面→粗精鏜A 孔→反锪A 孔內(nèi)端面保證尺寸76.25 mm），再加工C 孔保證空間尺寸（兩孔面高差）188.925~189.075 mm，然后夾具回轉(zhuǎn)180°，拉直找正A 孔、C 孔跳動量0.01 mm 以內(nèi)，再加工B 孔的工藝方法來提高φ120 孔系的同軸度和平行度要求。

4 工藝知識

起落架扭力臂零件通常采用整體鍛件毛坯，零件外形結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，分布著各種形狀特征凸臺、筋、腔槽等，截面復(fù)雜、外表圓滑無突變等結(jié)構(gòu)特征，作為起落架主要承力構(gòu)件，常采用超高強(qiáng)度鋼制造，以滿足高強(qiáng)度、高韌性、高抗疲勞性和耐腐蝕等性能要求。材料去除率高。因此，對于零件的粗加工，其金屬去除率尤顯突出，提高加工效率十分必要。

4.1 刀具的選擇

目前我分廠加工扭力臂的常用設(shè)備如表1 所示，根據(jù)機(jī)床的加工能力，工件材料的性能，加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素，刀具選擇的總原則是：便于安裝調(diào)整，剛性好，耐用度和去除效率高，在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。平端面，常采用端銑刀（牛鼻刀），如粗銑圖4 中尺寸521.5，選用山特維克D80R6，留0.2 mm 余量精銑，切削參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速600 r/min，走刀量900 mm/min，切深1 mm，銑孔時(shí)，如粗銑圖4 中φ117 孔，選用伊斯卡D63R8，留1 mm 余量精鏜，切削參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速700 r/min，走刀量1 200 mm/min，切深1 mm，如對型面和輪廓外形的加工,常采用球頭銑刀，在對零件兩頭耳片外形圓弧面的加工時(shí)，選用山特維克D50R25，留1 mm 余量精加工，切削參數(shù)為主軸轉(zhuǎn)速1 000 r/min，走刀量1 500 mm/min，由于球刀的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削步距一般取得很密，精加工最后1 mm 時(shí)，切削步距通常為刀具直徑的5%。零件熱后的精加工，通常選用尼肯精鏜刀和山特維克的盤銑刀。

表1 設(shè)備廠家及選型

4.2 CAM 算法策率

當(dāng)前對航空零件進(jìn)行數(shù)控編程通常利用主機(jī)廠給定數(shù)模（或者工藝用圖紙建模），使用UG、CATIA 等三維工程軟件從它的CAD 系統(tǒng)獲取產(chǎn)品幾何模型，通過交互工藝參數(shù)輸入模塊、刀具軌跡生成模塊、刀具軌跡編輯模塊、三維加工動態(tài)仿真模塊和后置處理模塊，計(jì)算產(chǎn)生曲面輪廓上所有機(jī)床步進(jìn)點(diǎn)（或刀具銑削點(diǎn)）相對于坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)，產(chǎn)生加工刀路進(jìn)行加工。

在UG、CATIA 等三維工程軟件中，進(jìn)行數(shù)控編程流程和主要操作流程為：讀取產(chǎn)品數(shù)模→進(jìn)入加工應(yīng)用模塊選擇加工環(huán)境→分析數(shù)模→確定加工特征→平面/外型加工、粗/精加工→創(chuàng)建加工操作組→創(chuàng)建刀具→配置加工算法→生成刀軌→輸出NC 文件→導(dǎo)入Vericut 進(jìn)行切削仿真優(yōu)化。由前文所述，扭力臂主要由孔、型腔、側(cè)壁、型面、圓弧面、螺紋、回轉(zhuǎn)曲面、斜面、加強(qiáng)筋、槽、倒角、凸臺等非回轉(zhuǎn)特征組成，需要用到工程軟件的等高加工、固定軸加工、鉆孔、鏜孔、平面銑、型腔銑、清根銑等操作算法模塊生成加工刀軌。

4.3 NC 刀軌及切削參數(shù)優(yōu)化主要工藝原則

1）粗加工。刀具總是以5°～9°傾角，以螺旋或斜向方式進(jìn)行工件表面加工，要避免突然改變走刀方向，即使在減少進(jìn)給量或刀具停止時(shí)也要避免，因操作工很難反應(yīng)采取應(yīng)急措施。為了平穩(wěn)地加工硬化了的材料，刀具切深最大不超過1.5 mm，考慮到刀片壽命以及起落架零件材質(zhì)，切深一般設(shè)為1 mm。

2）半精加工。避免急劇的銑切運(yùn)動，為了避免過切，刀具直接進(jìn)刀到下一個(gè)切削層（由于層間距較小1 mm，刀具不可能采用螺旋或斜向進(jìn)刀，即使設(shè)定也無法完成）。

3）精加工。避免急劇的銑切運(yùn)動，避免在工件外形或輪廓上進(jìn)刀或退刀，輪廓分層銑削時(shí)，層間進(jìn)刀方式應(yīng)當(dāng)采用螺旋或斜向進(jìn)刀，刀具每齒橫向走刀量fz要與徑向進(jìn)刀量相當(dāng)，采用真實(shí)的粗糙度銑切，用刀具的粗糙度值計(jì)算步距。

5 結(jié) 語

航空工業(yè)的快速發(fā)展一直引領(lǐng)著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，和其它行業(yè)相比，飛機(jī)起落架零部件的數(shù)控編程有其顯著的特點(diǎn)和難點(diǎn)，正確、全面、合理的數(shù)控加工工藝是產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量、高效率、高效益的有效保證，并已經(jīng)成為行業(yè)共識。伴隨著大飛機(jī)研制的重大歷史機(jī)遇，怎樣運(yùn)用現(xiàn)有的寶貴實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，解決數(shù)控應(yīng)用中存在的問題已成為當(dāng)務(wù)之急。

［1］ 酈雪云.數(shù)控加工工藝知識管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)［D］.南京：南京航空航天大學(xué)，2008.