超大型零件数控加工延展变化的补偿方法
【专利摘要】本发明公开了一种对超大型零件数控加工延展变化的补偿方法，该方法通过监控零件在正反面两个加工工位过程中的延展变化，采用数控加工双向比例缩放补偿等方法，解决正反面结构尺寸不协调问题，实现超大型结构件的稳定加工。
【专利说明】超大型零件数控加工延展变化的补偿方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数控加工【技术领域】，特别是关于超大型零件数控加工延展变化的补偿方法。
【背景技术】
[0002]随着飞机研制的大型化趋势，飞机的主要结构件也逐渐趋于大型化、整体化，因此出现了大型以及超大型的梁、壁板等典型。这类零件长度一般能达到15米至25米的范围，成为超大型飞机结构件。
[0003]超大型结构件的出现给数控加工带来一些新的问题。当零件外廓尺寸过大时，数控加工过程中因环境温度波动以及材料内应力变化造成的零件延展变化就不能被忽视。
[0004]延展变化是指零件在某些外部条件的影响下发生的沿一定方向的结构尺寸的伸缩变化，常见的因素如表面喷丸、温度波动、应力变化等。铝合金是飞机结构件的主要材料，铝合金预拉伸板尺寸受温度变化的影响要比合金钢的等材料高出一倍左右，因此，延展变化更为明显。
[0005]由于超大型结构件外廓尺寸过大，加工周期较长，环境温度的波动一般很难避免，温度变化对零件延展变化的影响随着外廓尺寸的增加而增加；另一方面，由于超大型结构件数控加工中零件材料去除量非常大,材料去除率为90%以上，由此而产生的内应力变化很大，对尺寸延展变化的影响不能忽略。
[0006]超大型结构件的延展变化会对零件的结构精度和后续装配造成很大影响。
[0007]对于大型飞机结构件的加工，通常不是一个加工工位(或装夹状态)就能全部加工完的，一般都需要进行正反两面的加工。当第一面加工完成后，随着工件加工工位(或装夹状态)的切换，第二面加工工位下零件结构尺寸会因延展变化的影响造成与第一面结构尺寸不协调问题，形成结构错位现象。尤其是当结构错位发生在一些关键的装配结构部位时，会影响后续装配的进行。传统的补救措施是在装配阶段进行大量的钳工修配工作，费时费力。
[0008]以飞机机翼壁板零件为例。机翼壁板是构成飞机机翼的一种典型零件结构，覆盖在飞机机翼的梁、肋等零件上，构成机翼外形结构。
[0009]机翼壁板材料通常为铝合金，一般为两面结构；其蒙皮外表面呈平滑的飞机机翼曲面外形，有局部端头下陷、侧边下陷以及椭圆形下陷等结构，如图1所示，通常在第一工位加工完成；内表面一般有T型筋、凸台、下陷、椭圆形开口等结构，如图2所示，通常在第二工位加工完成。由于延展变化，第二工位加工的结构会与第一工位加工的结构产生错位，影响下陷搭接部位、椭圆形开口部位等关键部位的装配。
[0010]本发明的目的旨在克服因延展变化的影响造成的不同工位结构尺寸不协调问题。
【发明内容】
[0011]本发明公开了一种对超大型零件数控加工延展变化的补偿方法，该方法通过监控零件在正反面两个加工工位过程中的延展变化，采用数控加工双向比例缩放补偿的方法，解决正反面结构尺寸不协调问题，实现超大型结构件的稳定加工。本发明由以下内容共同构成:
[0012]超大型结构件的加工分两个工位加工:
[0013]第一步是正面工位加工。
[0014]将长方形毛料在机床平台上以一个侧边和端面定位，两侧固定在机床平台上，先加工出正面基准平面，再修正一个侧向基准边，一个端面基准边。制一个基准孔(通孔)，孔中心设为加工坐标系原点，其位置处于沿工件长度方向的中心位置，并靠近一个侧向基准边。
[0015]之后，在工件的两端，分别制出第一检测孔、第二检测孔和第三检测孔(均为通孔)；其中第一检测孔与第二检测孔的连线平行于侧向基准边，并经过基准孔的中心，与加工坐标系的X轴同向；第二检测孔与第三检测孔的连线平行于端面基准边，且与加工坐标系的Y轴同向。
[0016]首次测量第一检测孔与第二检测孔的中心距离为Lal，测量第二检测孔与第三检测孔的中心距离为Lbl。
[0017]然后完成正面的所有结构的加工。
[0018]第二步是反面工位加工。
[0019]首先，将工件绕加工坐标系的X轴翻面，以侧向基准边、端面基准边定位，置于机床平台上压紧固定。仍然以基准孔孔心为加工坐标系的原点。随后进行工件反面工位的粗加工。
[0020]粗加工完成后，第二次测量第一检测孔与第二检测孔的中心距离为La2，测量第二检测孔与第三检测孔的中心距离为Lb2 ；
[0021]计算该工件X方向延展变化补偿系数:Kx = La2/Lal。
[0022]计算该工件Y方向延展变化补偿系数:Ky = Lb2/Lbl。
[0023]将X方向延展变化补偿系数Kx和Y方向延展变化补偿系数Ky分别设置到数控机床控制系统的X向坐标比例缩放系数值和Y向坐标比例缩放系数值中。从而使后续所有精加工数控程序的X坐标、Y坐标发生比例缩放，补偿了因工件延展变化带来的尺寸不协调。
[0024]最后进行零件的精加工。由于前期粗加工已经完成了绝大多数材料的去除，应力得到大量释放，后续精加工时零件的状态趋于稳定。
[0025]通过以上方法，能够有效地解决超大型结构件在长时间的数控加工过程中因环境温度的波动以及材料大量去除后内应力剧烈变化带来零件延展变化，造成零件正反面关键结构尺寸不协调等问题，保证关键结构部位的后续装配。
[0026]以下结合实施例附图对该发明作进一步详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
:
[0027]图1是超大型机翼壁板外表面示意图；
[0028]图2是超大型机翼壁板内表面示意图；
[0029]图3是超大型机翼壁板外表面加工状态示意图；
[0030]图4是超大型机翼壁板内表面加工状态示意图。
[0031]图中编号说明:1壁板零件、2零件正面结构、3零件反面结构、4侧向基准边、5端面基准边、6基准孔、7第一检测孔、8第二检测孔、9第三检测孔、10机床平台、11壁板工件毛料具体实施例
[0032]本实施例以一种超大型机翼壁板的延展变化补偿方法为例，对发明方案进一步说明。壁板零件I的长度20米，壁板工件毛料11为铝合金预拉伸板。该壁板零件I为双面结构，需要正反面加工，零件正面结构2如图1所示,零件反面结构3如图2所示。加工设备为大型三座标数控龙门铣，数控系统为Sinumerik840D，机床具备通用平台。
[0033]第一步是壁板外表面加工，即正面加工。
[0034]如图3所示，将长方形壁板工件毛料11置于机床平台10上，以一个侧边和端面定位，两侧固定。先加工毛料上表面，即基准平面，再修正一个侧向基准边4(与机床X轴平行)，一个端面基准边5(与机床Y轴平行)。在工件上表面制一个基准孔(Φ20通孔)6，其位置处于沿壁板零件I长度方向的中心位置，靠近一个侧向基准边。基准孔中心设为加工坐标系原点。
[0035]之后，在壁板工件的两端，分别制出第一检测孔7、第二检测孔8和第三检测孔9(均为Φ20πιπι通孔)。其中第一检测孔7与第二检测孔8的连线平行于侧向基准边，并经过基准孔6的中心，与加工坐标系的X轴同向；第一检测孔7与第二检测孔8的距离与壁板零件I的最大长度相同。第二检测孔8与第三检测孔9的连线平行于端面基准边，且与加工坐标系的Y轴同向；第二检测孔8与第三检测孔9的距离与壁板零件I的最大宽度相同。
[0036]首次测量第一检测孔7与第二检测孔8的中心距离为Lal,测量第二检测孔8与第三检测孔9的中心距离为Lbl。
[0037]然后完成壁板外表面，即零件正面的所有结构加工:椭圆形下陷、侧边下陷、端头下陷等的结构加工。
[0038]第二步壁板内表面加工，即零件的反面加工。
[0039]首先是加工基准的建立。如图4所示，将壁板工件毛料11绕加工坐标系的X轴翻面，以侧向基准边4、端面基准边5定位，置于机床平台10上压紧固定。仍然以基准孔6的中心为加工坐标系的原点，建立加工坐标系G54。
[0040]随后进行壁板内表面的粗加工。粗加工完成大部分材料的去除，留大致3mm均匀余量。
[0041]粗加工完成后，第二次测量第一检测孔7与第二检测孔8的中心距离为La2，测量第二检测孔8与第三检测孔9的中心距离为Lb2。
[0042]计算X方向延展变化补偿系数:Kx = La2/Lal。
[0043]计算Y方向延展变化补偿系数:Ky = Lb2/Lbl。
[0044]将X方向延展变化补偿系数Kx和Y方向延展变化补偿系数Ky分别设置到数控机床控制系统当前加工坐标系G54的X向坐标比例缩放系数值和Y向坐标比例缩放系数值中。或将以下系统指令置于精加工数控程序开始部位:
[0045]$P_UIFR[1, X，SC] = Kx (Kx为X方向延展变化补偿系数计算值)；
[0046]$P_UIFR[1, Y, SC] = Ky (Kx为Y方向延展变化补偿系数计算值)。
[0047]这样，使后续所有精加工数控程序的X坐标、Y坐标发生比例缩放，补偿了因工件延展变化带来的尺寸不协调。
[0048]最后完成零件的精加工。
【权利要求】
1.一种对超大型零件数控加工延展变化的补偿方法，该零件需要两面加工，其特征在于包含以下内容和步骤:1)将长方形毛料工件在机床平台上以一个侧边和端面定位，先加工出工件正面的基准平面，再修正一个侧向基准边，一个端面基准边；2)沿工件长度方向的中心位置，靠近一个侧向基准边处制一个基准孔，将基准孔的中心设为加工坐标系原点；3)在工件的两端，分别制出第一检测孔、第二检测孔和第三检测孔，其中第一检测孔与第二检测孔的连线平行于侧向基准边，并经过基准孔的中心，与加工坐标系的X轴同向，第二检测孔与第三检测孔的连线平行于端面基准边，且与加工坐标系的Y轴同向；4)首次测量第一检测孔与第二检测孔的中心距离为Lal，测量第二检测孔与第三检测孔的中心距离为Lbl ；5)完成工件正面的所有结构加工；6)将步骤5)所述的工件翻转，同样以侧向基准边和端面基准边装夹，以基准孔的中心设为加工坐标系原点进行工件反面结构的粗加工；7)第二次测量第一检测孔与第二检测孔的中心距离为La2，测量第二检测孔与第三检测孔的中心距离为Lb2 ；8)计算加工坐标X方向延展变化补偿系数:Kx = La2/Lal，Y方向延展变化补偿系数:Ky = Lb2/Lbl ；9)将X方向延展变化补偿系数Kx和Y方向延展变化补偿系数Ky分别设置到数控机床控制系统的X向坐标比例缩放系数值和Y向坐标比例缩放系数值中；10)在得到步骤9)补偿的基础上完成对工件反面的精加工。
【文档编号】B23Q23/00GK104354075SQ201410546449
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年10月15日 优先权日:2014年10月15日
【发明者】田辉, 孙长友, 张建刚, 刘昊, 王瑛 申请人:中航飞机股份有限公司西安飞机分公司