角度頭在飛機(jī)深腔結(jié)構(gòu)件五軸數(shù)控加工中的運(yùn)用研究

劉翹 王霞

航空工業(yè)沈陽飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司 遼寧沈陽 110850

在工業(yè)產(chǎn)業(yè)運(yùn)行及持續(xù)發(fā)展的背景下，飛機(jī)產(chǎn)業(yè)對(duì)設(shè)備的機(jī)動(dòng)性、隱身性提出了更高要求。但由于飛機(jī)設(shè)計(jì)方案的復(fù)雜性、多樣性、集成性，在實(shí)際的應(yīng)用中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)工件的科學(xué)設(shè)計(jì)是十分重要的，通過主交點(diǎn)孔及框梁一體化的科學(xué)設(shè)計(jì)，可以提高飛機(jī)承載力，展現(xiàn)系統(tǒng)的集成化、空間化特點(diǎn)，提高飛機(jī)各部件的使用效果。對(duì)于角度頭而言，作為飛機(jī)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(shè)定，可以利用主軸帶動(dòng)齒輪組傳動(dòng)進(jìn)行削切方式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)機(jī)床立臥及任意角度的合理設(shè)定，有效解決五軸數(shù)控加工中存在的可達(dá)性問題，提高飛機(jī)深腔構(gòu)件生產(chǎn)的精準(zhǔn)性、高效性。

1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工特點(diǎn)

通過對(duì)飛機(jī)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(jī)構(gòu)大的特點(diǎn)，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(duì)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(dǎo)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(jī)結(jié)構(gòu)件的加工情況，其復(fù)雜性結(jié)構(gòu)體現(xiàn)在以下方面：第一，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的整體框梁類零件孔數(shù)量較多，而且對(duì)精度有一定的要求；第二，零件內(nèi)形具有深腔的特點(diǎn)，這種構(gòu)件的精確度較高閉角殘留大，常規(guī)的機(jī)加方法不能滿足精度及可達(dá)性需求，因此，將角度頭運(yùn)用在飛機(jī)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(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的基本特點(diǎn)，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(xué)的現(xiàn)象出現(xiàn)，以提高數(shù)控加工技術(shù)的實(shí)用效果，達(dá)到飛機(jī)深腔結(jié)構(gòu)件在高效生產(chǎn)中成本控制的目的[1]。

2 角度頭在飛機(jī)深腔結(jié)構(gòu)件五軸數(shù)控加工中的運(yùn)用

2.1 角度頭安裝初始位置的確定

掌握飛機(jī)結(jié)構(gòu)件五軸數(shù)控加工技術(shù)，通過角度頭的運(yùn)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(jī)深腔結(jié)構(gòu)的特征，角度頭限位塊的快速定位的特點(diǎn)，降低加工難度，確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)件復(fù)雜點(diǎn)、隱蔽點(diǎn)的設(shè)計(jì)效果，同時(shí)也可以保證初始位置確定方案的靈活性[2]。

2.2 角度頭加工切削參數(shù)的設(shè)定

在角度頭加工中，通過轉(zhuǎn)速以及切削力的設(shè)定，會(huì)確定刀具的最大負(fù)載，以保障角度頭使用的安全性，增強(qiáng)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(dòng)中，為了保證工具靜態(tài)扭矩確定的科學(xué)性，其計(jì)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(shí)際計(jì)算中，插銑計(jì)算時(shí)一定不能超過角度頭，并鉆給量控制在科學(xué)的范圍內(nèi)，優(yōu)化機(jī)床主軸輸出轉(zhuǎn)速。需要注意的是，在實(shí)際設(shè)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(jī)床設(shè)備加工的整體效果，保證工裝裝夾系統(tǒng)、刀具加工設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)性。

2.3 角度頭加工技術(shù)的使用

通過對(duì)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(jī)床設(shè)備的使用特點(diǎn)，構(gòu)建仿真模型系統(tǒng)，以保證各個(gè)結(jié)構(gòu)件參數(shù)數(shù)據(jù)統(tǒng)一，并增強(qiáng)平臺(tái)通用數(shù)據(jù)的使用效果，為角度頭技術(shù)的使用及飛機(jī)機(jī)構(gòu)件的設(shè)計(jì)提供參數(shù)支持。第一，在角度頭仿真模型設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(diǎn)，并將裝刀點(diǎn)設(shè)置為刀套的頂端，之后利用程序控制原點(diǎn)，以保證刀尖位置確定的精準(zhǔn)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(shè)定，可以針對(duì)不同機(jī)床的形狀、角度頭以自身機(jī)床組坐標(biāo)的矢量方向等確定多個(gè)參數(shù)，以增強(qiáng)參數(shù)仿真模型的精準(zhǔn)性，為角度頭模仿系統(tǒng)的設(shè)定及數(shù)據(jù)使用提供參考。通過角度頭管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及仿真模型的開發(fā)，可以將角度頭、各機(jī)構(gòu)機(jī)床的模型建立作為重點(diǎn)，有效避免仿真離散化問題的出現(xiàn)，提高角度頭在飛機(jī)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(shè)計(jì)中，是五軸數(shù)控加工的重點(diǎn)，在實(shí)際的技術(shù)運(yùn)用中，需要結(jié)合機(jī)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(qiáng)角度空間坐標(biāo)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(shè)計(jì)，提高機(jī)床以及數(shù)控系統(tǒng)的使用效果，滿足系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)深腔結(jié)構(gòu)件的五軸數(shù)控加工的技術(shù)需求，為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持[4]。

3 結(jié)語

本文基于將角度頭運(yùn)用在飛機(jī)深腔結(jié)構(gòu)件的五軸數(shù)控加工中，可以針對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的基本特點(diǎn)，確定有針對(duì)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(jī)結(jié)構(gòu)件的加工質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)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(yùn)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(shè)定以及角度頭加工技術(shù)的使用等，規(guī)范飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)據(jù)加工的方法，以提升角度頭在飛機(jī)深腔結(jié)構(gòu)件五軸數(shù)控加工中的使用效果，對(duì)角度頭在機(jī)加領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用具有借鑒性意義。