航空难加工材料的数字化应用

1.薄壁复杂铝合金回转体零件加工某型飞机铝合金支架（见图1），材料为7075，对其进行合理的加工方法及参数选择分析。图1某型铝合金支架（1）结构分析：该支架最大直径906mm，内径856mm，16爪处底径886mm，筋部最小壁厚3mm，零件结构属于典型的薄壁复杂型面结构，毛坯采用自由锻件，加工余量比较大，考虑粗、半精及精加工分开，合理安排加工余量；根据其结构，使用CATIA测量功能，各侧壁为曲面，因此编程时不能按直线轮廓编程，选择合理的加工方法与编程技巧就显得尤为重要。（2）毛坯加工：零件为薄壁铝合金，因此加工过程中不能压紧零件，只能压紧毛坯，而在加工中靠6个改制的压紧螺钉将简易工装与毛坯体联接，零件最终加工完成后，钳工把工艺基准去掉（见图2）。图2毛坯装夹对零件进行粗车加工，分两次装夹进行，分别对零件的内腔和外形进行粗加工，两方向留量各约0.5mm。通过CAXA二维软件作图画出加工时刀具切削路线图，并提取加工路线点位，在端面数控车床上运用中心编程方法对零件先进行去量加工，然后分别对内腔和外形圆弧面进行仿形粗车加工（见图3）。车削加工完成后零件如图4所示。图3车削仿真路线示意图4粗车完成后零件（3）半精加工：由于加工到最后需要将图2线外的部分去除，为使精加工前零件残余应力释放到最大，防止精车后零件变形严重，采用铣削加工，先将零件铣成镂空形，由16根筋连接，方便精车加工。同时为减小铣槽时切削受力，选用直径φ6mm键槽铣刀，并事先在落刀处钻好32个落刀孔，以防扎刀、断刀（见图5）。图5铣槽示意（4）精加工：为消除铣削应力，精加工前进行人工时效处理，时效处理后需要对零件进行基准面的修复。选用五轴加工中心对零件进行最后的精铣加工，螺纹底孔加工时，将机床C轴摆角完成加工。精铣加工前进行仿真，以避免打刀、磕碰零件（见图6）。图6精铣仿真选择合适的加工策略，定义加工几何参数、选择合适的走刀路径、进退刀方式、刀具参数和进给速度等，生成加工路径（见图7）。图7精铣加工2.薄壁复杂不锈钢板筋零件加工某型飞机不锈钢板筋件（见图8），材料为1Cr17Ni9Ti，具体分析如下。图8不锈钢板筋件（1）结构分析：该零件属于难加工不锈钢材料，最小壁厚1.2mm。毛坯采用锻件，中间腹板厚度为1.2mm，侧壁为2mm，零件结构属于典型的壁角结构，使用CATIA测量功能，各侧壁为曲面，因此编程时不能按直线轮廓编程。（2）零件毛坯：毛坯为自由锻件（见图9），加工余量比较大，考虑粗、精加工分开，合理安排加工余量；根据侧壁与侧壁之间的拐角以及侧壁与腹板的过渡值选择合理的精加工刀具。图9毛坯零件为薄壁不锈钢，因此加工过程中不能压紧零件，只能压紧毛坯，而在加工中零件与毛坯靠检查体联接，零件最终完成后，去掉工艺基准（见图10）。

创建轮廓边界用于定义刀具的轨迹位置，避免空走刀（见图11）。图10创建的工艺基准图11轮廓边界（3）粗加工：先用φ20R3mm刀去除大部分加工余量，定义加工的几何参数（特征轮廓、加工余量等）、刀具参数（刀具类型、公称直径、圆角半径和长度等）和进给率（进给速度、切削速度、退刀速度和主轴转速等），对该加工操作进行刀具路径参数（切削类型、方向和刀具补偿等）定义和进刀、退刀路径定义，生成粗加工路径（见图12）。图12粗加工路径（4）精加工：型腔为典型的壁角结构且侧壁为曲面，采用三轴加工，壁角处残留大，效率低。为此，在刀具轴选项里设置CombinTanto向导，选用五轴加工中心高速切削，在进、退刀宏程序的设置采用圆弧进退刀，这样可以在进、退刀处避免出现一条接刀痕迹。另外为了满足侧壁表面粗糙度要求，外侧壁分半精加工与精加工两刀，即形成的刀具路径为双层（见图13）。图13内腔精加工路径零件型腔外侧壁也属于壁角结构且外侧壁也属于曲面，形成的精加工刀具路径为双层（见图14）。图14精加工路径在精加工中，由于运用了高速切削，注意转角处需降速，并设置合理工艺参数，以避免过切或出现振颤（见图15）。图15高速加工参数设置3.薄壁复杂钛合金壳体类零件加工某型飞机钛合金壳体（见图16），材料为TA15，对其进行合理的加工方法及参数选择分析。图16钛合金壳体（1）结构工艺性分析。该零件属于薄壁曲面构型，最小壁厚5mm，强度高、化学活性大及弹性模量低，加工采用五轴加工中心。刀具选用硬质合金刀具，大走刀量、慢速，充分冷却。该零件粗加工、半精加工采用固定轴等高线铣削技术，精加工及光整加工采用可变轴轮廓铣削技术。（2）分区及刀轨的生成。壳体表面为不规则曲面，多个连接曲面的曲率不同，分区间设置过渡加工区域进行接刀（见图17）。图17分区及刀轨（3）工艺参数的选择：壳体表面精加工切削深度在0.03～0.05mm之间，切削步距在2～3mm之间，铣削速度50～100m/min，使用较低的线速度进行表面精加工可获