超大型零件數控加工延展變化的補償方法
【專利摘要】本發明公開了一種對超大型零件數控加工延展變化的補償方法，該方法通過監控零件在正反面兩個加工工位過程中的延展變化，采用數控加工雙向比例縮放補償等方法，解決正反面結構尺寸不協調問題，實現超大型結構件的穩定加工。
【專利說明】超大型零件數控加工延展變化的補償方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數控加工【技術領域】，特別是關于超大型零件數控加工延展變化的補償方法。
【背景技術】
[0002]隨著飛機研制的大型化趨勢，飛機的主要結構件也逐漸趨于大型化、整體化，因此出現了大型以及超大型的梁、壁板等典型。這類零件長度一般能達到15米至25米的范圍，成為超大型飛機結構件。
[0003]超大型結構件的出現給數控加工帶來一些新的問題。當零件外廓尺寸過大時，數控加工過程中因環境溫度波動以及材料內應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生的沿一定方向的結構尺寸的伸縮變化，常見的因素如表面噴丸、溫度波動、應力變化等。鋁合金是飛機結構件的主要材料，鋁合金預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]由于超大型結構件外廓尺寸過大，加工周期較長，環境溫度的波動一般很難避免，溫度變化對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，由于超大型結構件數控加工中零件材料去除量非常大,材料去除率為90%以上，由此而產生的內應力變化很大，對尺寸延展變化的影響不能忽略。
[0006]超大型結構件的延展變化會對零件的結構精度和后續裝配造成很大影響。
[0007]對于大型飛機結構件的加工，通常不是一個加工工位(或裝夾狀態)就能全部加工完的，一般都需要進行正反兩面的加工。當第一面加工完成后，隨著工件加工工位(或裝夾狀態)的切換，第二面加工工位下零件結構尺寸會因延展變化的影響造成與第一面結構尺寸不協調問題，形成結構錯位現象。尤其是當結構錯位發生在一些關鍵的裝配結構部位時，會影響后續裝配的進行。傳統的補救措施是在裝配階段進行大量的鉗工修配工作，費時費力。
[0008]以飛機機翼壁板零件為例。機翼壁板是構成飛機機翼的一種典型零件結構，覆蓋在飛機機翼的梁、肋等零件上，構成機翼外形結構。
[0009]機翼壁板材料通常為鋁合金，一般為兩面結構；其蒙皮外表面呈平滑的飛機機翼曲面外形，有局部端頭下陷、側邊下陷以及橢圓形下陷等結構，如圖1所示，通常在第一工位加工完成；內表面一般有T型筋、凸臺、下陷、橢圓形開口等結構，如圖2所示，通常在第二工位加工完成。由于延展變化，第二工位加工的結構會與第一工位加工的結構產生錯位，影響下陷搭接部位、橢圓形開口部位等關鍵部位的裝配。
[0010]本發明的目的旨在克服因延展變化的影響造成的不同工位結構尺寸不協調問題。
【發明內容】
[0011]本發明公開了一種對超大型零件數控加工延展變化的補償方法，該方法通過監控零件在正反面兩個加工工位過程中的延展變化，采用數控加工雙向比例縮放補償的方法，解決正反面結構尺寸不協調問題，實現超大型結構件的穩定加工。本發明由以下內容共同構成:
[0012]超大型結構件的加工分兩個工位加工:
[0013]第一步是正面工位加工。
[0014]將長方形毛料在機床平臺上以一個側邊和端面定位，兩側固定在機床平臺上，先加工出正面基準平面，再修正一個側向基準邊，一個端面基準邊。制一個基準孔(通孔)，孔中心設為加工坐標系原點，其位置處于沿工件長度方向的中心位置，并靠近一個側向基準邊。
[0015]之后，在工件的兩端，分別制出第一檢測孔、第二檢測孔和第三檢測孔(均為通孔)；其中第一檢測孔與第二檢測孔的連線平行于側向基準邊，并經過基準孔的中心，與加工坐標系的X軸同向；第二檢測孔與第三檢測孔的連線平行于端面基準邊，且與加工坐標系的Y軸同向。
[0016]首次測量第一檢測孔與第二檢測孔的中心距離為Lal，測量第二檢測孔與第三檢測孔的中心距離為Lbl。
[0017]然后完成正面的所有結構的加工。
[0018]第二步是反面工位加工。
[0019]首先，將工件繞加工坐標系的X軸翻面，以側向基準邊、端面基準邊定位，置于機床平臺上壓緊固定。仍然以基準孔孔心為加工坐標系的原點。隨后進行工件反面工位的粗加工。
[0020]粗加工完成后，第二次測量第一檢測孔與第二檢測孔的中心距離為La2，測量第二檢測孔與第三檢測孔的中心距離為Lb2 ；
[0021]計算該工件X方向延展變化補償系數:Kx = La2/Lal。
[0022]計算該工件Y方向延展變化補償系數:Ky = Lb2/Lbl。
[0023]將X方向延展變化補償系數Kx和Y方向延展變化補償系數Ky分別設置到數控機床控制系統的X向坐標比例縮放系數值和Y向坐標比例縮放系數值中。從而使后續所有精加工數控程序的X坐標、Y坐標發生比例縮放，補償了因工件延展變化帶來的尺寸不協調。
[0024]最后進行零件的精加工。由于前期粗加工已經完成了絕大多數材料的去除，應力得到大量釋放，后續精加工時零件的狀態趨于穩定。
[0025]通過以上方法，能夠有效地解決超大型結構件在長時間的數控加工過程中因環境溫度的波動以及材料大量去除后內應力劇烈變化帶來零件延展變化，造成零件正反面關鍵結構尺寸不協調等問題，保證關鍵結構部位的后續裝配。
[0026]以下結合實施例附圖對該發明作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
:
[0027]圖1是超大型機翼壁板外表面示意圖；
[0028]圖2是超大型機翼壁板內表面示意圖；
[0029]圖3是超大型機翼壁板外表面加工狀態示意圖；
[0030]圖4是超大型機翼壁板內表面加工狀態示意圖。
[0031]圖中編號說明:1壁板零件、2零件正面結構、3零件反面結構、4側向基準邊、5端面基準邊、6基準孔、7第一檢測孔、8第二檢測孔、9第三檢測孔、10機床平臺、11壁板工件毛料具體實施例
[0032]本實施例以一種超大型機翼壁板的延展變化補償方法為例，對發明方案進一步說明。壁板零件I的長度20米，壁板工件毛料11為鋁合金預拉伸板。該壁板零件I為雙面結構，需要正反面加工，零件正面結構2如圖1所示,零件反面結構3如圖2所示。加工設備為大型三座標數控龍門銑，數控系統為Sinumerik840D，機床具備通用平臺。
[0033]第一步是壁板外表面加工，即正面加工。
[0034]如圖3所示，將長方形壁板工件毛料11置于機床平臺10上，以一個側邊和端面定位，兩側固定。先加工毛料上表面，即基準平面，再修正一個側向基準邊4(與機床X軸平行)，一個端面基準邊5(與機床Y軸平行)。在工件上表面制一個基準孔(Φ20通孔)6，其位置處于沿壁板零件I長度方向的中心位置，靠近一個側向基準邊。基準孔中心設為加工坐標系原點。
[0035]之后，在壁板工件的兩端，分別制出第一檢測孔7、第二檢測孔8和第三檢測孔9(均為Φ20πιπι通孔)。其中第一檢測孔7與第二檢測孔8的連線平行于側向基準邊，并經過基準孔6的中心，與加工坐標系的X軸同向；第一檢測孔7與第二檢測孔8的距離與壁板零件I的最大長度相同。第二檢測孔8與第三檢測孔9的連線平行于端面基準邊，且與加工坐標系的Y軸同向；第二檢測孔8與第三檢測孔9的距離與壁板零件I的最大寬度相同。
[0036]首次測量第一檢測孔7與第二檢測孔8的中心距離為Lal,測量第二檢測孔8與第三檢測孔9的中心距離為Lbl。
[0037]然后完成壁板外表面，即零件正面的所有結構加工:橢圓形下陷、側邊下陷、端頭下陷等的結構加工。
[0038]第二步壁板內表面加工，即零件的反面加工。
[0039]首先是加工基準的建立。如圖4所示，將壁板工件毛料11繞加工坐標系的X軸翻面，以側向基準邊4、端面基準邊5定位，置于機床平臺10上壓緊固定。仍然以基準孔6的中心為加工坐標系的原點，建立加工坐標系G54。
[0040]隨后進行壁板內表面的粗加工。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，第二次測量第一檢測孔7與第二檢測孔8的中心距離為La2，測量第二檢測孔8與第三檢測孔9的中心距離為Lb2。
[0042]計算X方向延展變化補償系數:Kx = La2/Lal。
[0043]計算Y方向延展變化補償系數:Ky = Lb2/Lbl。
[0044]將X方向延展變化補償系數Kx和Y方向延展變化補償系數Ky分別設置到數控機床控制系統當前加工坐標系G54的X向坐標比例縮放系數值和Y向坐標比例縮放系數值中。或將以下系統指令置于精加工數控程序開始部位:
[0045]$P_UIFR[1, X，SC] = Kx (Kx為X方向延展變化補償系數計算值)；
[0046]$P_UIFR[1, Y, SC] = Ky (Kx為Y方向延展變化補償系數計算值)。
[0047]這樣，使后續所有精加工數控程序的X坐標、Y坐標發生比例縮放，補償了因工件延展變化帶來的尺寸不協調。
[0048]最后完成零件的精加工。
【權利要求】
1.一種對超大型零件數控加工延展變化的補償方法，該零件需要兩面加工，其特征在于包含以下內容和步驟:1)將長方形毛料工件在機床平臺上以一個側邊和端面定位，先加工出工件正面的基準平面，再修正一個側向基準邊，一個端面基準邊；2)沿工件長度方向的中心位置，靠近一個側向基準邊處制一個基準孔，將基準孔的中心設為加工坐標系原點；3)在工件的兩端，分別制出第一檢測孔、第二檢測孔和第三檢測孔，其中第一檢測孔與第二檢測孔的連線平行于側向基準邊，并經過基準孔的中心，與加工坐標系的X軸同向，第二檢測孔與第三檢測孔的連線平行于端面基準邊，且與加工坐標系的Y軸同向；4)首次測量第一檢測孔與第二檢測孔的中心距離為Lal，測量第二檢測孔與第三檢測孔的中心距離為Lbl ；5)完成工件正面的所有結構加工；6)將步驟5)所述的工件翻轉，同樣以側向基準邊和端面基準邊裝夾，以基準孔的中心設為加工坐標系原點進行工件反面結構的粗加工；7)第二次測量第一檢測孔與第二檢測孔的中心距離為La2，測量第二檢測孔與第三檢測孔的中心距離為Lb2 ；8)計算加工坐標X方向延展變化補償系數:Kx = La2/Lal，Y方向延展變化補償系數:Ky = Lb2/Lbl ；9)將X方向延展變化補償系數Kx和Y方向延展變化補償系數Ky分別設置到數控機床控制系統的X向坐標比例縮放系數值和Y向坐標比例縮放系數值中；10)在得到步驟9)補償的基礎上完成對工件反面的精加工。
【文檔編號】B23Q23/00GK104354075SQ201410546449
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月15日 優先權日:2014年10月15日
【發明者】田輝, 孫長友, 張建剛, 劉昊, 王瑛 申請人:中航飛機股份有限公司西安飛機分公司