超大型零件數(shù)控加工延展變化的補(bǔ)償方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)超大型零件數(shù)控加工延展變化的補(bǔ)償方法，該方法通過(guò)監(jiān)控零件在正反面兩個(gè)加工工位過(guò)程中的延展變化，采用數(shù)控加工雙向比例縮放補(bǔ)償?shù)确椒?，解決正反面結(jié)構(gòu)尺寸不協(xié)調(diào)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)超大型結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定加工。
【專(zhuān)利說(shuō)明】超大型零件數(shù)控加工延展變化的補(bǔ)償方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)控加工【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是關(guān)于超大型零件數(shù)控加工延展變化的補(bǔ)償方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著飛機(jī)研制的大型化趨勢(shì)，飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件也逐漸趨于大型化、整體化，因此出現(xiàn)了大型以及超大型的梁、壁板等典型。這類(lèi)零件長(zhǎng)度一般能達(dá)到15米至25米的范圍，成為超大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。
[0003]超大型結(jié)構(gòu)件的出現(xiàn)給數(shù)控加工帶來(lái)一些新的問(wèn)題。當(dāng)零件外廓尺寸過(guò)大時(shí)，數(shù)控加工過(guò)程中因環(huán)境溫度波動(dòng)以及材料內(nèi)應(yīng)力變化造成的零件延展變化就不能被忽視。
[0004]延展變化是指零件在某些外部條件的影響下發(fā)生的沿一定方向的結(jié)構(gòu)尺寸的伸縮變化，常見(jiàn)的因素如表面噴丸、溫度波動(dòng)、應(yīng)力變化等。鋁合金是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的主要材料，鋁合金預(yù)拉伸板尺寸受溫度變化的影響要比合金鋼的等材料高出一倍左右，因此，延展變化更為明顯。
[0005]由于超大型結(jié)構(gòu)件外廓尺寸過(guò)大，加工周期較長(zhǎng)，環(huán)境溫度的波動(dòng)一般很難避免，溫度變化對(duì)零件延展變化的影響隨著外廓尺寸的增加而增加；另一方面，由于超大型結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工中零件材料去除量非常大,材料去除率為90%以上，由此而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力變化很大，對(duì)尺寸延展變化的影響不能忽略。
[0006]超大型結(jié)構(gòu)件的延展變化會(huì)對(duì)零件的結(jié)構(gòu)精度和后續(xù)裝配造成很大影響。
[0007]對(duì)于大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工，通常不是一個(gè)加工工位(或裝夾狀態(tài))就能全部加工完的，一般都需要進(jìn)行正反兩面的加工。當(dāng)?shù)谝幻婕庸ね瓿珊螅S著工件加工工位(或裝夾狀態(tài))的切換，第二面加工工位下零件結(jié)構(gòu)尺寸會(huì)因延展變化的影響造成與第一面結(jié)構(gòu)尺寸不協(xié)調(diào)問(wèn)題，形成結(jié)構(gòu)錯(cuò)位現(xiàn)象。尤其是當(dāng)結(jié)構(gòu)錯(cuò)位發(fā)生在一些關(guān)鍵的裝配結(jié)構(gòu)部位時(shí)，會(huì)影響后續(xù)裝配的進(jìn)行。傳統(tǒng)的補(bǔ)救措施是在裝配階段進(jìn)行大量的鉗工修配工作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0008]以飛機(jī)機(jī)翼壁板零件為例。機(jī)翼壁板是構(gòu)成飛機(jī)機(jī)翼的一種典型零件結(jié)構(gòu)，覆蓋在飛機(jī)機(jī)翼的梁、肋等零件上，構(gòu)成機(jī)翼外形結(jié)構(gòu)。
[0009]機(jī)翼壁板材料通常為鋁合金，一般為兩面結(jié)構(gòu)；其蒙皮外表面呈平滑的飛機(jī)機(jī)翼曲面外形，有局部端頭下陷、側(cè)邊下陷以及橢圓形下陷等結(jié)構(gòu)，如圖1所示，通常在第一工位加工完成；內(nèi)表面一般有T型筋、凸臺(tái)、下陷、橢圓形開(kāi)口等結(jié)構(gòu)，如圖2所示，通常在第二工位加工完成。由于延展變化，第二工位加工的結(jié)構(gòu)會(huì)與第一工位加工的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生錯(cuò)位，影響下陷搭接部位、橢圓形開(kāi)口部位等關(guān)鍵部位的裝配。
[0010]本發(fā)明的目的旨在克服因延展變化的影響造成的不同工位結(jié)構(gòu)尺寸不協(xié)調(diào)問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)超大型零件數(shù)控加工延展變化的補(bǔ)償方法，該方法通過(guò)監(jiān)控零件在正反面兩個(gè)加工工位過(guò)程中的延展變化，采用數(shù)控加工雙向比例縮放補(bǔ)償?shù)姆椒?，解決正反面結(jié)構(gòu)尺寸不協(xié)調(diào)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)超大型結(jié)構(gòu)件的穩(wěn)定加工。本發(fā)明由以下內(nèi)容共同構(gòu)成:
[0012]超大型結(jié)構(gòu)件的加工分兩個(gè)工位加工:
[0013]第一步是正面工位加工。
[0014]將長(zhǎng)方形毛料在機(jī)床平臺(tái)上以一個(gè)側(cè)邊和端面定位，兩側(cè)固定在機(jī)床平臺(tái)上，先加工出正面基準(zhǔn)平面，再修正一個(gè)側(cè)向基準(zhǔn)邊，一個(gè)端面基準(zhǔn)邊。制一個(gè)基準(zhǔn)孔(通孔)，孔中心設(shè)為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)，其位置處于沿工件長(zhǎng)度方向的中心位置，并靠近一個(gè)側(cè)向基準(zhǔn)邊。
[0015]之后，在工件的兩端，分別制出第一檢測(cè)孔、第二檢測(cè)孔和第三檢測(cè)孔(均為通孔)；其中第一檢測(cè)孔與第二檢測(cè)孔的連線平行于側(cè)向基準(zhǔn)邊，并經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)孔的中心，與加工坐標(biāo)系的X軸同向；第二檢測(cè)孔與第三檢測(cè)孔的連線平行于端面基準(zhǔn)邊，且與加工坐標(biāo)系的Y軸同向。
[0016]首次測(cè)量第一檢測(cè)孔與第二檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)al，測(cè)量第二檢測(cè)孔與第三檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)bl。
[0017]然后完成正面的所有結(jié)構(gòu)的加工。
[0018]第二步是反面工位加工。
[0019]首先，將工件繞加工坐標(biāo)系的X軸翻面，以側(cè)向基準(zhǔn)邊、端面基準(zhǔn)邊定位，置于機(jī)床平臺(tái)上壓緊固定。仍然以基準(zhǔn)孔孔心為加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)。隨后進(jìn)行工件反面工位的粗加工。
[0020]粗加工完成后，第二次測(cè)量第一檢測(cè)孔與第二檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)a2，測(cè)量第二檢測(cè)孔與第三檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)b2 ；
[0021]計(jì)算該工件X方向延展變化補(bǔ)償系數(shù):Kx = La2/Lal。
[0022]計(jì)算該工件Y方向延展變化補(bǔ)償系數(shù):Ky = Lb2/Lbl。
[0023]將X方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)Kx和Y方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)Ky分別設(shè)置到數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的X向坐標(biāo)比例縮放系數(shù)值和Y向坐標(biāo)比例縮放系數(shù)值中。從而使后續(xù)所有精加工數(shù)控程序的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)發(fā)生比例縮放，補(bǔ)償了因工件延展變化帶來(lái)的尺寸不協(xié)調(diào)。
[0024]最后進(jìn)行零件的精加工。由于前期粗加工已經(jīng)完成了絕大多數(shù)材料的去除，應(yīng)力得到大量釋放，后續(xù)精加工時(shí)零件的狀態(tài)趨于穩(wěn)定。
[0025]通過(guò)以上方法，能夠有效地解決超大型結(jié)構(gòu)件在長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)控加工過(guò)程中因環(huán)境溫度的波動(dòng)以及材料大量去除后內(nèi)應(yīng)力劇烈變化帶來(lái)零件延展變化，造成零件正反面關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸不協(xié)調(diào)等問(wèn)題，保證關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部位的后續(xù)裝配。
[0026]以下結(jié)合實(shí)施例附圖對(duì)該發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
:
[0027]圖1是超大型機(jī)翼壁板外表面示意圖；
[0028]圖2是超大型機(jī)翼壁板內(nèi)表面示意圖；
[0029]圖3是超大型機(jī)翼壁板外表面加工狀態(tài)示意圖；
[0030]圖4是超大型機(jī)翼壁板內(nèi)表面加工狀態(tài)示意圖。
[0031]圖中編號(hào)說(shuō)明:1壁板零件、2零件正面結(jié)構(gòu)、3零件反面結(jié)構(gòu)、4側(cè)向基準(zhǔn)邊、5端面基準(zhǔn)邊、6基準(zhǔn)孔、7第一檢測(cè)孔、8第二檢測(cè)孔、9第三檢測(cè)孔、10機(jī)床平臺(tái)、11壁板工件毛料具體實(shí)施例
[0032]本實(shí)施例以一種超大型機(jī)翼壁板的延展變化補(bǔ)償方法為例，對(duì)發(fā)明方案進(jìn)一步說(shuō)明。壁板零件I的長(zhǎng)度20米，壁板工件毛料11為鋁合金預(yù)拉伸板。該壁板零件I為雙面結(jié)構(gòu)，需要正反面加工，零件正面結(jié)構(gòu)2如圖1所示,零件反面結(jié)構(gòu)3如圖2所示。加工設(shè)備為大型三座標(biāo)數(shù)控龍門(mén)銑，數(shù)控系統(tǒng)為Sinumerik840D，機(jī)床具備通用平臺(tái)。
[0033]第一步是壁板外表面加工，即正面加工。
[0034]如圖3所示，將長(zhǎng)方形壁板工件毛料11置于機(jī)床平臺(tái)10上，以一個(gè)側(cè)邊和端面定位，兩側(cè)固定。先加工毛料上表面，即基準(zhǔn)平面，再修正一個(gè)側(cè)向基準(zhǔn)邊4(與機(jī)床X軸平行)，一個(gè)端面基準(zhǔn)邊5(與機(jī)床Y軸平行)。在工件上表面制一個(gè)基準(zhǔn)孔(Φ20通孔)6，其位置處于沿壁板零件I長(zhǎng)度方向的中心位置，靠近一個(gè)側(cè)向基準(zhǔn)邊?；鶞?zhǔn)孔中心設(shè)為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)。
[0035]之后，在壁板工件的兩端，分別制出第一檢測(cè)孔7、第二檢測(cè)孔8和第三檢測(cè)孔9(均為Φ20πιπι通孔)。其中第一檢測(cè)孔7與第二檢測(cè)孔8的連線平行于側(cè)向基準(zhǔn)邊，并經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)孔6的中心，與加工坐標(biāo)系的X軸同向；第一檢測(cè)孔7與第二檢測(cè)孔8的距離與壁板零件I的最大長(zhǎng)度相同。第二檢測(cè)孔8與第三檢測(cè)孔9的連線平行于端面基準(zhǔn)邊，且與加工坐標(biāo)系的Y軸同向；第二檢測(cè)孔8與第三檢測(cè)孔9的距離與壁板零件I的最大寬度相同。
[0036]首次測(cè)量第一檢測(cè)孔7與第二檢測(cè)孔8的中心距離為L(zhǎng)al,測(cè)量第二檢測(cè)孔8與第三檢測(cè)孔9的中心距離為L(zhǎng)bl。
[0037]然后完成壁板外表面，即零件正面的所有結(jié)構(gòu)加工:橢圓形下陷、側(cè)邊下陷、端頭下陷等的結(jié)構(gòu)加工。
[0038]第二步壁板內(nèi)表面加工，即零件的反面加工。
[0039]首先是加工基準(zhǔn)的建立。如圖4所示，將壁板工件毛料11繞加工坐標(biāo)系的X軸翻面，以側(cè)向基準(zhǔn)邊4、端面基準(zhǔn)邊5定位，置于機(jī)床平臺(tái)10上壓緊固定。仍然以基準(zhǔn)孔6的中心為加工坐標(biāo)系的原點(diǎn)，建立加工坐標(biāo)系G54。
[0040]隨后進(jìn)行壁板內(nèi)表面的粗加工。粗加工完成大部分材料的去除，留大致3mm均勻余量。
[0041]粗加工完成后，第二次測(cè)量第一檢測(cè)孔7與第二檢測(cè)孔8的中心距離為L(zhǎng)a2，測(cè)量第二檢測(cè)孔8與第三檢測(cè)孔9的中心距離為L(zhǎng)b2。
[0042]計(jì)算X方向延展變化補(bǔ)償系數(shù):Kx = La2/Lal。
[0043]計(jì)算Y方向延展變化補(bǔ)償系數(shù):Ky = Lb2/Lbl。
[0044]將X方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)Kx和Y方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)Ky分別設(shè)置到數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)當(dāng)前加工坐標(biāo)系G54的X向坐標(biāo)比例縮放系數(shù)值和Y向坐標(biāo)比例縮放系數(shù)值中。或?qū)⒁韵孪到y(tǒng)指令置于精加工數(shù)控程序開(kāi)始部位:
[0045]$P_UIFR[1, X，SC] = Kx (Kx為X方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算值)；
[0046]$P_UIFR[1, Y, SC] = Ky (Kx為Y方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)計(jì)算值)。
[0047]這樣，使后續(xù)所有精加工數(shù)控程序的X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)發(fā)生比例縮放，補(bǔ)償了因工件延展變化帶來(lái)的尺寸不協(xié)調(diào)。
[0048]最后完成零件的精加工。
【權(quán)利要求】
1.一種對(duì)超大型零件數(shù)控加工延展變化的補(bǔ)償方法，該零件需要兩面加工，其特征在于包含以下內(nèi)容和步驟:1)將長(zhǎng)方形毛料工件在機(jī)床平臺(tái)上以一個(gè)側(cè)邊和端面定位，先加工出工件正面的基準(zhǔn)平面，再修正一個(gè)側(cè)向基準(zhǔn)邊，一個(gè)端面基準(zhǔn)邊；2)沿工件長(zhǎng)度方向的中心位置，靠近一個(gè)側(cè)向基準(zhǔn)邊處制一個(gè)基準(zhǔn)孔，將基準(zhǔn)孔的中心設(shè)為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)；3)在工件的兩端，分別制出第一檢測(cè)孔、第二檢測(cè)孔和第三檢測(cè)孔，其中第一檢測(cè)孔與第二檢測(cè)孔的連線平行于側(cè)向基準(zhǔn)邊，并經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)孔的中心，與加工坐標(biāo)系的X軸同向，第二檢測(cè)孔與第三檢測(cè)孔的連線平行于端面基準(zhǔn)邊，且與加工坐標(biāo)系的Y軸同向；4)首次測(cè)量第一檢測(cè)孔與第二檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)al，測(cè)量第二檢測(cè)孔與第三檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)bl ；5)完成工件正面的所有結(jié)構(gòu)加工；6)將步驟5)所述的工件翻轉(zhuǎn)，同樣以側(cè)向基準(zhǔn)邊和端面基準(zhǔn)邊裝夾，以基準(zhǔn)孔的中心設(shè)為加工坐標(biāo)系原點(diǎn)進(jìn)行工件反面結(jié)構(gòu)的粗加工；7)第二次測(cè)量第一檢測(cè)孔與第二檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)a2，測(cè)量第二檢測(cè)孔與第三檢測(cè)孔的中心距離為L(zhǎng)b2 ；8)計(jì)算加工坐標(biāo)X方向延展變化補(bǔ)償系數(shù):Kx = La2/Lal，Y方向延展變化補(bǔ)償系數(shù):Ky = Lb2/Lbl ；9)將X方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)Kx和Y方向延展變化補(bǔ)償系數(shù)Ky分別設(shè)置到數(shù)控機(jī)床控制系統(tǒng)的X向坐標(biāo)比例縮放系數(shù)值和Y向坐標(biāo)比例縮放系數(shù)值中；10)在得到步驟9)補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上完成對(duì)工件反面的精加工。
【文檔編號(hào)】B23Q23/00GK104354075SQ201410546449
【公開(kāi)日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】田輝, 孫長(zhǎng)友, 張建剛, 劉昊, 王瑛 申請(qǐng)人:中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司