導語：復雜曲面透明件數(shù)控加工固定方法一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：航空透明件外形越來越趨向于復雜曲面，給透明件的生產制造增加了難度。透明件的邊緣與機身直接接觸，其精度將直接影響透明件裝配。本文根據(jù)透明件的外形和加工要素特點，分析了透明件加工定位的方案，以及復雜曲面透明件各類加工固定方法的優(yōu)缺點。通過計算和驗證方式，確定了透明件加工所使用工裝的重要參數(shù)，提高了透明件數(shù)控加工的效率。

關鍵詞：定位方法；固定方法；固定穩(wěn)定性

1概述

隨著航空產業(yè)的發(fā)展，航空透明件外形越來越趨向于復雜曲面，給透明件的生產制造增加了難度[1]。航空透明件作為飛機的主要零件，其成形完成后的邊緣加工，原來主要采用手動工具切割、人工打磨的方式進行，該方法效率較低，并且加工精度不高。21世紀初，中國加入WTO后，受國外先進制造技術的沖擊，國內開始陸續(xù)興起數(shù)控加工技術的使用[2]?，F(xiàn)階段，數(shù)控機床已經在各行各業(yè)大量應用，其本身可以具有較高的精度。但是制件在機床上的定位和固定方法，會直接影響制件的加工精度和加工效率。本文針對透明件數(shù)控加工過程中的定位和固定方法進行了研究，通過對固定方式，密封圈的選擇和工裝結構參數(shù)優(yōu)化等方面的研究，提高了透明件固定的可靠性和快捷性，提高了加工效率。

2問題描述

透明件在加工過程中需要專門的夾具夾持后，才可方便的加工。加工夾具的結構形式對加工效率和加工質量有較大的影響。飛機透明件主要采用有機玻璃制造，大多具有復雜曲率不規(guī)則外形的特點。有機玻璃材料成型后會存在一定程度的回彈，成形后邊緣會存在與理論外形無規(guī)律的偏差，造成加工過程中透明件的可靠固定具有一定的難度。

3定位和固定方法

加工工裝的作用為托起和固定制件，輔助機床對透明件進行有效加工。加工工裝根據(jù)透明件的成形工藝，可設計為凸?；虬寄?。加工工裝主要是解決制件準確定位和可靠固定的問題。

3.1定位方式

透明件和加工工裝的定位準確性，對透明件的加工質量直接的影響，如定位不準確會造成邊緣臺階厚度不均勻，輪廓邊界偏離理論曲面等問題?，F(xiàn)在常用的定位方式包含銷定位和基準線定位兩種方式。本文對上述兩種定位方式進行了研究。銷定位具有定位準確，實施方便的優(yōu)點。但是由于航空用有機玻璃相對金屬為脆性材料，試驗過程中采用手持電動工具手工打孔時，部分制件出現(xiàn)了孔壁及邊緣產生裂紋、崩邊等損傷（特別是定向有機玻璃，更容易產生上述問題），如裂紋擴展可能造成透明件的報廢?；鶞示€定位的方式，通過在成形和加工工裝的相同位置預留基準線。該方法具有劃線簡單方便，不損傷制件的優(yōu)點，但定位精度受操作人員和劃線工具的影響。

3.2固定方式

復雜曲率透明件雖然在成形后邊緣會存在與理論外形無規(guī)律的偏差（以下簡稱貼模度偏差），但在小范圍內外形變化不大的特點。針對透明件的外形特點，本文設計了弓形夾夾持、邊緣粘接和真空吸附三種固定方式進行研究。3.2.1弓形夾夾持在工裝周邊設計夾持位置，弓形夾均勻分布在透明件的四周，夾持示意圖如圖1所示。經驗證，弓形夾夾緊后可以基本消除透明件和工裝的貼模偏差，在加工過程中該夾持方式可有效固定透明件。但是弓形夾會占據(jù)部分邊緣位置，造成周邊輪廓不能一次加工完成。3.2.2邊緣粘接在工裝周邊預留粘接區(qū)域，通過邊緣粘接的方式固定透明件，如圖2所示。采用邊緣粘接的方式固定制件，可快速實現(xiàn)透明件的固定，并且透明件的貼模公差對粘接固定無影響，但邊緣粘接的方式不能消除透明件和加工工裝的貼模偏差。本方案中對粘接膠的要求較高，要求粘接膠能夠同時粘接金屬工裝和有機玻璃透明件，并且加工完成后可以很方便的清理粘接膠。由于該方法不能消除透明件和加工工裝制件的貼模間隙，如存在圖2所示的上表面加工區(qū)域，貼模度的公差將直接影響加工精度。因此該方法只適用于加工貼模度較好的透明件，或者曲率變化平緩的透明件邊緣輪廓，因此使用該方法具有較大的局限性。3.2.3真空吸附固定真空吸附的固定方式，現(xiàn)已大量使用平面玻璃的加工過程。該方式具有固定快速，對加工區(qū)域不產生影響，加工完成后清理快速的優(yōu)點，并且真空吸附力更加有利于透明件和工裝的貼合。但該方式對形面的貼合度要求較高，如貼合間隙過大，常常會出現(xiàn)難以固定或吸附不穩(wěn)定的情況。密封圈的選擇是解決貼模偏差的有效補充。本文選用了不同結構的密封圈，研究了密封圈結構，對透明件貼模偏差的補償性能。普通密封圈一般都為“O”型圈，放置到密封槽后凸出的高度基本相同。本文首先采用普通的“O”型圈，對復雜曲率透明件進行吸附穩(wěn)定性試驗。經驗證，制件很難吸附固定在加工工裝上。造成該問題的原因可能為復雜曲率透明件本身剛性不足，吸附過程中只有部分區(qū)域與密封圈貼合。針對普通“O”型圈的問題，經調研本文選用了充氣式的密封圈，此密封圈吸附過程中具有較大的彌補貼模偏差的能力，并且在自然狀態(tài)下可收縮在凹陷的槽內，有利于檢查透明件各個區(qū)域與工裝的貼模偏差。充氣式密封圈的典型結構和參數(shù)表1所示。本文采用厚度在4mm~10mm范圍內的有機玻璃透明件進行吸附試驗。在工裝周邊放入上述4種充氣式密封圈進行試驗，經驗證上述密封圈結構均可實現(xiàn)透明件的吸附固定。但是，1號和2號密封圈吸附較薄厚度的透明件過程中，需要在透明件吸附區(qū)域施加較大的壓力，才能夠吸附固定。對比四種密封圈的結構，1和2號密封圈的寬度較寬，且接觸面區(qū)域較大，其截面構型更適合于外形偏差較大、具有較高剛度的制件。3號和4號密封圈，密封接觸面的面積較小，更有利于接觸制件形成密封區(qū)域，對剛度較低的透明件更有優(yōu)勢。因此選擇合適的密封圈后，采用真空吸附的方式可以有效固定透明件，并且真空吸附的壓力可以有效減小透明件的貼模度偏差。

4固定穩(wěn)定性分析

刀具在切削制件過程中會產生一定的切削力。如制件不能有效克服切削力，會造成加工過程中制件移動，從而影響加工質量。吸附區(qū)域越大，更有利于加工穩(wěn)定。但定位區(qū)域增大后，其貼模度變化相對更大，不利于制件的吸附固定。并且吸附屈原變大也可能引起制件變形的風險。透明件吸附定位后真空度一般可達到10000Pa一下。真空區(qū)域產生的壓力大于0.9個大氣壓產生的摩擦力。研究表明鋁合金材料采用較好的切削參數(shù)，高速切削其切削力約200-400N[3]。參考切削力經驗公式；（1）式中B—銑削寬度，CP—工件材料對切削力影響系數(shù)，K—刀具前角對切削力的影響系數(shù)，K1—切削速度對切削力的影響系數(shù)，fz—每齒進給量，z—刀具齒數(shù)。參考金屬的切削的影響系數(shù)（取值80），經計算其切削力小于100N。根據(jù)壓力和摩擦力的換算。摩擦力大于切削力即可滿足固定制件的要求。F=nP×S1×μ≥100N。（2）其中S1=C×（d1×2）；S2=C×d2；n=S2/S1；F為摩擦力；μ=0.2為摩擦系數(shù)；P為壓力差；S1為密封圈貼合面積；S2真空吸附區(qū)面積；d1為密封圈貼合寬度，d2為真空吸附區(qū)寬度。C為密封圈周長。根據(jù)公式2計算，推薦真空吸附區(qū)域在密封圈接觸面積的3~6倍，一般可滿足透明件吸附固定的可靠性要求。根據(jù)上述結論，設計透明件加工工裝進行驗證，采用表1中的3號密封圈可有效吸附固定透明件。加工過程中制件狀態(tài)穩(wěn)定，加工的要素能夠滿足技術指標要求。

5結論

（1）透明件和工裝的定位，采用基準線定位的方式，更有利于透明件的制造。（2）經過多種固定方式的對比，真空吸附的固定方式，工藝性較高，效率更高。（3）對比多種密封圈結構，選擇出了適宜固定透明件的密封圈結構。（4）提出了推薦的真空吸附區(qū)域參數(shù)。（5）對提升復雜曲面透明件的制造效率，具有一定的指導意義。

參考文獻

[1]多曲率復雜型面航空透明件成型技術萬建平等設計與工藝洪都科技2010。

[2]機床數(shù)控技術的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢伍健倡等中國新技術新產品工業(yè)技術2018NO.8（下）。

[3]鋁鋰合金高速銑削力的試驗研究徐海進等航空制造技術2014年13期。

作者：靳永強 徐飛飛 劉其廣 單位：北京航空材料研究院