数控加工技术在航空液压壳体零件加工中的应用.pdf

2 0 1 2年 9月 第 4 0卷 第 1 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS S e p ． 2 0 1 2 Vo 1 ． 4 0 No ．1 7 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 2 ． 1 7 ． 0 4 0 数控加工技术在航空液压壳体零件加工中的应用 于桂欣 ，郭红海 中航工业西安飞行 自动控制研 究所 ，陕西西安 7 1 0 0 6 5 摘要以某型航空液压壳体零件为例，从数控加工工艺规划 、编程技术 、切削参数选择等方面对该壳体零件数控加工 技术进行了介绍，并提出一些提高壳体零件加工效率的建议。 关键词壳体；数控加工；工艺规划；数控编程 中图分类号U 2 6 0 ． 6 4 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 2 1 71 3 8 3 Ap pl i c a t i o n o f NC M a c hi n i n g Te c h no l o g y i n t he Hyd r a u l i c Sh e l l o f Ai r c r a f t YU Gu i x i n． GU0 Ho n g h a i A V I C x i ’ a n F l i g h t A u t o m a t i c C o n t r o l R e s e a r c h I n s t i t u t e ，X i ’ a n S h a a n x i 7 1 0 0 6 5 ，C h i n a Ab s t r a c t T a k i n g c e r t a i n a i r c r a f t s e n r o s y s t e m s h e l l p a r t a s a n e x a mp l e ， t h e a p p l i c a t i o n o f N C ma c h i n i n g t e c h n o l o g y o n t h e s h e l l ma c h i n i n g wa s d e s c r i b e d f r o m t h r e e a s p e c t s o f t h e NC ma c h i n i n g p r o c e s s p l a n n i n g ．NC p r o g r a mmi n g a n d c u t t i n g p a r am e t e r s s e l e c t i o n ． S o me a d v i c e s o n h o w t o e n h a n c e ma c h i n i n g e f f i c i e n c y w e r e p r e s e n t e d ． Ke y wo r d s S h e l l ；NC ma c h i n i n g；P r o c e s s p l a n n i n g ；C NC p r o g r a mmi n g 随着现代航空制造业的高速发展，数控加工技术 已经成为关键技术之一。数控加工 以高效率 、高精 度 、高度自动化等无可比拟的技术优势 ，弓 l 领着航空 制造业 的潮流 。 航空液压壳体类零件作为液压设备中的关键零件 图 1 ，对产品的总体功能和成本起着至关重要的作 用。舵机壳体 是舵机液压传动 的核 心部分，既是 “ 装配母体”又是多通道油路的集成块，因其形体复 杂，加工难度大 ，加工周期长，加工工作量占整个舵 机产 品工作量 的比例较大 ，故在很 大程度上决定 了产 品的生产周期和成本。将数控加工技术应用于壳体零 件加工，对于降低加工成本、缩短研制周期、提高产 品质量有着重 要意义 。 图 1 某型航空液压舵机壳体 1 数控加工工艺规程 工艺规程是车间组织生产的主要技术文件 ，按照 它组织生产，就能做到各工序科学衔接 ，实现优质、 高产和低耗能。它包括原材料和毛坯的供应，机床的 调整，专用工艺的装备设计和制造，生产工艺的计划 和编制 ，劳动力的组织以及生产成本的核算。 其中装夹方式对加工效率和加工精度的影响很 大，选择合适的装夹方式 ，既可以保证加工质量的稳 定性，又能提高加工效率 ，缩短生产周期。某研究所 在多年的航空零部件加工中摸索出了一套适合于自身 现有数控设备的液压壳体装夹方式，见图2 、3 。 拉钉 图2 采用一面两销定 位方式的工装 图3 零件安装 于定位板 该装夹方式具有以下几个优点 1 零件开敞性好。避免 了使用压板和虎钳装 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 2 5 作者简介于桂欣 1 9 7 7 一 ，男，工程师 ，主要从事航空液压零件的工艺设计和复杂零件数控加工工作。Em a i l y g x 30 28 1 63 ．c o rn 。 第 1 7期 于桂欣 等 数控加工技术在航空液压壳体零件加工中的应用 1 3 9 夹带来 的干 涉 ，加工 部位 敞 开 ，一次 装 夹 就 能够 完 成5个面的加工 ，避免因重复装夹带来的精度损失和 时间上 的浪费 。 2 夹紧变形 小 。拉钉 穿 过定 位板 底 部直 接拉 紧壳体零件的实体部位，使零件底面与定位板表面 紧密贴合，减少零件的预变形 ，保证零件的加工精 度 。 3 装 卸方 便 ，辅 助 时 间短 。定 位 板通 过 螺栓 或压板固定在机床工作台上，更换零件时，仅拆卸定 位板与零件的拉钉而不拆卸定位板与工作台的固定。 零件与定位板的相对位置通过2处定位销钉保证 ，使 更 换的零件与机床工作台相对 位置不变 ，因此不需 要 重新找正零件 ，也不需 要定义新的加工坐标 系 ，大大 缩 短零件的装调时间 ，提高了机床运行效率 。 在设计壳体零 件定 位板 时 ，应注 意尽量 避免对零 件的干涉，同时还应根据具体机床的实际情况设计定 位板的高度，防止在卧加时机床主轴与工作台发生碰 撞 。 工艺员在编制工艺文件之前还必须了解数控加 工 的适应性 ，了解各 数控 机 床 的加工 特性 及加 工 范 围，针对加工对象合理选择数控机床及数控 系统。 对于数控加工工艺 ，它要求工艺内容十分具体。在 传统加工中，许多具体 的工艺 问题 ，如 工步的划 分 ，走刀路线 的确 定 ，刀具 、切削 用 量 的选择 等 在 很大程度上都是由操作者根据 自己的经验和习惯决 定的，无需在工艺中作过多的规定。但在数控加工 中，这些问题工艺员必须事先设计和安排，做 出正 确的选择，编人工艺文件中。另外，由于数控机床 自适应性 差 ，所 以在 工艺 设计 中要考 虑全 面 ，注 意 加工中每一个细节。因此 ，一定要有一套严谨的工 艺文件 编制思路 。 2 数控编程技术 数控 加工实际上是执行数控编程结果的过程 ，因 此编程结果直接决定了零件的加工质量和加工效率。 2 ． 1 修 改模 型 编程前需要对零件 的设计模型和图纸进行校对 ， 以确定三维模 型的有效 性 ，并 根据需要对模 型进行 修 改 。一般来说 ，模型在设计过程 中所形成 的三维 实体 尺寸都是基本尺寸，而图纸中的标注尺寸都带有公差 要求。其中对称公差 如 i 0 ． 1 、i -4 - 0 ． 2 对加工的 影响不大 ，如果 是单 向公 差 如 。 、 “ ，就需 要编程人员根据尺寸公差的中间值对模型的建模尺寸 进行修改 ，否则极易造成零件超差。 2 ． 2划分加 工 区域 加强对壳体零件各部分功能的理解也对数控编程 有很大的帮助作用。壳体零件的外形分密封面 安 装面和非密封面两种。非密封面对尺寸和表面质 量均没有严格的要求 ，其 目的多为减轻质量或提高强 度 。编程时可将这些 区域在二次开粗阶段就一次加工 到图纸要求 的尺寸 ，而不需要过多的关注刀纹 、接 刀 痕等 问题 。密封面通常对外形尺寸和表面质量有严 格 的技术要求 ，它直接关系到舵机产品的工作质量 ，因 此需要单独加工。编程时可将这些区域在二次开粗后 留出均匀的0 ． 1～ 0 ． 2 m m余量，在后续工序中使用 精度较高的刀具进行精加工。这种根据使用功能确定 加工方法 的编程思想 可以大 幅缩 短零件 的加 工周期 ， 加快新品研制进程 。 2 ． 3 创 建数控 加 工模 型 数控加 工模型 包 含零件 模 型 、毛坯 模 型 、工 装 模型等几个部分。其中零件模型和毛坯模型是完成 壳体数控编程必备 的两个模 型文件 ，在使用 U G ／ C A M软件中的型腔铣操作生成开粗和二次开粗刀轨 时需要用 到这两个模型。为保证生成刀轨 的安全 性，还需要创建工装模型 定位板 。引入工装模 型，并将该模型设为型腔铣操作 中的检查几何体 ， 生成的刀轨就会主动避让夹紧零件的定位板 ，避免 损伤定位板和刀具。在建立刀具模型时 ，建议结合 生产现场 的刀柄配 备情 况创 建 三维 刀柄 ，这样 在设 计 刀 轨 时 就 能 够 检 查 刀 柄 与零 件 的 干 涉 图 4 ， 从 而对刀轨 进行早 期修正 。 图4 在 U G仿真中观察刀柄与零件的干涉 2 ． 4 掌握编程技巧 提 高加 工效率 熟练使用 U G ／ C A M软件，对编制出高质、高效 的刀轨有着至关重要的作用。以文中的壳体外形铣为 例，在使用型腔铣操作生成前端面开粗刀轨时，得到 如 图 5 a 中的刀具路 径 。这些 刀轨覆 盖 的部 分 区域 在之前的工步 已进行 过开 粗操作 ，但 由于走 刀方 式 、 步距或切深等原因使这部分的余量并不十分均匀，因 此在生成该工步刀轨 时对这些 区域再 次进行 了切 削。 这些已加工过 的区域的余量一般 比较小且分布范围 广 ，因此在 刀轨 中出现 了大 量 的进 刀 、退 刀和 空走 刀。考虑到这些不均匀的余量不会对后面精加工产生 影 响，因此应尽量避免对这些 区域 的重复切削。根据 1 4 0 机床与液压 第4 0卷 这种情况 ，设计 了裁 减 边 界 图 5 b ，用 以去 掉 边界 以外重复切 削 的刀轨 ，得 到 了图 5 e 中 的刀具 轨迹 。该工 步的加 工时 间也 由之 前 的 1 5 ra i n缩减 为 1 0 mi n。 通过修 剪边 界、在切 削参 数 中设 置 I P W I n P r o c e s s Wo r k p i e c e 为 3 D模式以及选用更加合理的 操作方法。经某型壳体零件加工验证，在不改变切 削参数 、不改变刀具和机床 的情况下 ，机床实际加 工时间由之前的 1 1 h缩减到 6 h以内，效果十分显 著 。 a 初始生成的刀轨 b 设定裁减边界 c 优化后的刀轨 3 数控加工参数的选择4 结束语 和传统的机械加工一样，数控加工依然离不开合 随着新材料 、新技术 、新工艺的不断涌现，壳体 理、优化的数控工艺，离不开精准科学的装夹 ，离不 零件的数控加工技术也将随之快速发展。这需要广大 开合理选用刀具以及切削参数等等这些必备的数控技 技术人员不断地总结和提高，使数控加工技术在航空 术基础。其中加工参数的选择关系到加工系统的生产 液压壳体零件的加工中发挥更大的作用。 率、生产成本以及产品的加工质量。加工中重要的切 参考文献 削参数有主轴转速、进给速度 、加工步距、加工深度 【 1 】 刘雄伟， 张定华， 王增强， 等． 数控加工理论与编程技术 和加工余量等，一般在选择这些参数时既要考虑零件 [ M] ． 2 版． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 ． 的加工精度又要考虑机床的加工效率。 【 2 】吴宝海， 张莹， 罗明， 等． 高效加工技术在航空发动机制 壳 体类零 件 多为单 件 小批 量混 线 生 产 ，在 排 产 造领域的发展和应用 [ J ] ． 航空制造技术， 2 0 1 0 2 1 时会根据设备的占用情况 临时调整加工设备 ，这就 厶 需 要编 程人员要 按 照不 同机床 的特 点 合理 选 择切 削 【 3 】 盛永华 基于 I P W 的模具模块数控加工工艺研究[ J ] 量 ， I I P ,。 外 机 电 一 体 宜 采 用 小 切 深 、 快 进 给 的 切 参 数 ， 主 轴 转 速 为 妄 ；| 4 。 _ ’ 0 o 0 ～ 1 8 0 00 r ／ m ⋯ i n ． 率 定 o 二 ． [ 5 1 浅 谈 铣 加 工 的 装 夹 方 式 [ J ] ． 装 备 制 造 技 5 0 0 0 m m ／ mi n 。普通的立卧加工 中心一般采用大切 术 ， 1 0 1 1 7 17 2。 7 4． 深、中速进 给 的切 削方式 ，主轴 转速 为 4 0 0 0～ 【 6 】高亮 ．数控加工参数优化的研究现状于进展[ J ] ． 航空 6 0 0 0 r ／ mi n ，进给率 为 1 5 0 0～2 0 0 0 m m ／ m i n 。在精 制造技术 ，2 0 1 0 2 2 4 8 5 1 ． 加工高精度密封面时 ，还应适当降低进给速度和切 【 7 】 戈和伟． 航空液压壳体类零件数字化高效加工[ J ] ． 航 削步距 。 空制造技， 2 0 0 9 1 4 1 0 0 1 0 1 ． 上接 第 1 3 7页 的响应速度要尽量快于位移传感器的响应速度。若采 用加速度控制，快速、准确地得到负载加速度也是值 得考 虑的 。 参考文献 【 1 】阮健 ， 李胜， 孟彬． 2 D数字伺服阀[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 0 9 7 78 1 ． 【 2 】 刘长年． 液压伺服系统优化设计理论[ M] ． 北京 冶金工 业 出版社 ， 1 9 8 9 ． 【 3 】朱发明， 阮健 ， 李胜， 等． 电液数字伺服双缸同步控制系 统[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 8 ， 3 6 1 0 4 9 5 1 ． 【 4 】王勇亮， 卢颖 ， 潘春萍， 等． 基于 M A T L A B的电液位置伺 服系统仿真分析[ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 5 6 1 5 01 5 2 ． 【 5 】 龚跃明． 电液数字伺服阀同步系统的研究[ D ] ． 杭州 浙 江工业大学， 2 0 0 7 ． 【 6 】 王涛， 廖振强 ， 吴佳林． 机载悬挂发射倾角控制系统的建 模与仿真[ J ] ． 南京理工大学学报， 2 0 0 7 ， 3 1 3 2 8 8 2 91 ． 【 7 】张志涌． 精通 M A T L A B [ M] ． 北京 北京航空航天大学出 版社 ， 2 0 0 0 ．