探讨五轴高速加工及其仿真技术的应用
本文通过对教练机前襟内侧斜梁零件数控加工的介绍，探讨了五轴高速加工及其仿真技术的应用。
一、概述
某型高教机是我公司研制的新一代教练机，该机气动性能、机动性能要求较高，特别是对飞机结构的设计有了新的要求。因此在结构上大量采用整体框、梁、壁板等机加件。而机翼前襟内、外侧斜梁因结构和装配要求，设计成整体梁，详见（图1）。该梁结构复杂、壁薄，截面近似为z字型，在其长度方向有多组长距离、高精度叉耳孔，加工难度大，是某高教机机加零件的技术关键之一。
图1 前襟内侧斜梁
二、工艺分析
零件材料为铝合金薄壁梁，为保证零件叉耳孔装配的同轴度要求，加工后变形要尽可能小，零件为双面长梁结构，毛胚为板材，整体材料切除率高达95%左右，因此决定采用高速铣加工的工艺方案。适合高速切削的航空零件主要有：壁板、整体框、梁、肋等结构件，其毛坯大多数为铝合金预拉伸板材，加工方法主要是铣削加工。对于一面为平板的单面结构零件，工艺路线比较简单，即：粗加工－精加工。航空产品中，大多数零件都具有双面结构，对这些具有双面结构的零件，有以下两种典型工艺路线：（1）正面粗加工－正面精加工－翻面－反面粗加工－反面精加工；（2）正面粗加工－翻面－反面粗加工－反面精加工－翻面－正面精加工；我们选择第二种工艺路线，可以有效释放应力。零件的装夹方式为内侧斜梁采用中间通孔处留工艺凸台定位（图2）。
图2 内侧斜梁装夹方案
三、程序编制
高速铣加工程序的编制采用ugnx2.0软件，粗加工采用型腔铣，编程时刀具每层都以5度倾角采用螺旋线和圆弧进刀，在所有拐角处加入圆弧保持加工平稳，采用层优先的加工策略，确保留给精加工的余量均匀。精加工采用轮廓铣和顺序铣，通过螺旋或倾斜式进刀，避免在加工表面进、退刀，采用横向进给量与径向进给量相等的切削用量，并用粗糙度值来控制切削步距，采用从中间向四周铣削的走刀路线，切削方向应保持恒定的顺铣切削。根据机床的主轴功率18kw及zui高转速为s=18000r/min，确定合理的切削参数为：
四、程序仿真
五轴高速铣程序编制完成后一定要确保无误后才能交付机床使用，因此事先对加工过程进行校验和仿真是必要的，同时还要考虑与实际加工环境相一致，我们选用了vericut5.4软件来做这项工作。具体过程是首先建立所使用机床的结构（图3）、使用刀柄和刀具的结构（图4）、控制系统文件sinumerik 840d。
图3 机床模型 图4 刀具和刀柄
然后在vericut中建立实际大小的毛胚，按编程原点确定加工坐标系后导入机床所使用的g代码程序进行仿真。因零件闭角大，在摆角加工时为使所选用的刀具尽可能短并确保刀柄在加工时不碰撞，在vericut软件设置的motion菜单中将calculate min cutter选项钩上，让软件自动计算所需zui小刀长（图5）。将零件模型导入vericut与所切削的模型自动比对（图6），确保无过切及过大的残料。仿真结束后可生成零件仿真报告，报告中详细列出了所使用文件路径、刀具信息、切削时间、切削距离、体积去除量，确保其中错误和警告两项值为0，否则要修改程序（图7）。
图5自动计算的zui小刀长切削 图6 自动比对选项
图7 vericut零件仿真报告
五、结论
采用整体构件设计和高速加工已成为近几年飞机结构件设计和数控加工技术的一种发展趋势。本文通过对某教练机前襟内、外斜梁零件数控加工过程的介绍，简单探讨了五轴高速铣工艺、编程及仿真的应用。采用该措施可以有效地减少薄壁零件的加工变形，保证加工质量；明显地提高生产效率，缩短飞机的制造周期。（文章来源：e-works）
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一、概述
某型高教机是我公司研制的新一代教练机，该机气动性能、机动性能要求较高，特别是对飞机结构的设计有了新的要求。因此在结构上大量采用整体框、梁、壁板等机加件。而机翼前襟内、外侧斜梁因结构和装配要求，设计成整体梁，详见（图1）。该梁结构复杂、壁薄，截面近似为z字型，在其长度方向有多组长距离、高精度叉耳孔，加工难度大，是某高教机机加零件的技术关键之一。
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二、工艺分析
零件材料为铝合金薄壁梁，为保证零件叉耳孔装配的同轴度要求，加工后变形要尽可能小，零件为双面长梁结构，毛胚为板材，整体材料切除率高达95%左右，因此决定采用高速铣加工的工艺方案。适合高速切削的航空零件主要有：壁板、整体框、梁、肋等结构件，其毛坯大多数为铝合金预拉伸板材，加工方法主要是铣削加工。对于一面为平板的单面结构零件，工艺路线比较简单，即：粗加工－精加工。航空产品中，大多数零件都具有双面结构，对这些具有双面结构的零件，有以下两种典型工艺路线：（1）正面粗加工－正面精加工－翻面－反面粗加工－反面精加工；（2）正面粗加工－翻面－反面粗加工－反面精加工－翻面－正面精加工；我们选择第二种工艺路线，可以有效释放应力。零件的装夹方式为内侧斜梁采用中间通孔处留工艺凸台定位（图2）。
图2 内侧斜梁装夹方案
三、程序编制
高速铣加工程序的编制采用ugnx2.0软件，粗加工采用型腔铣，编程时刀具每层都以5度倾角采用螺旋线和圆弧进刀，在所有拐角处加入圆弧保持加工平稳，采用层优先的加工策略，确保留给精加工的余量均匀。精加工采用轮廓铣和顺序铣，通过螺旋或倾斜式进刀，避免在加工表面进、退刀，采用横向进给量与径向进给量相等的切削用量，并用粗糙度值来控制切削步距，采用从中间向四周铣削的走刀路线，切削方向应保持恒定的顺铣切削。根据机床的主轴功率18kw及zui高转速为s=18000r/min，确定合理的切削参数为：
四、程序仿真
五轴高速铣程序编制完成后一定要确保无误后才能交付机床使用，因此事先对加工过程进行校验和仿真是必要的，同时还要考虑与实际加工环境相一致，我们选用了vericut5.4软件来做这项工作。具体过程是首先建立所使用机床的结构（图3）、使用刀柄和刀具的结构（图4）、控制系统文件sinumerik 840d。
图3 机床模型 图4 刀具和刀柄
然后在vericut中建立实际大小的毛胚，按编程原点确定加工坐标系后导入机床所使用的g代码程序进行仿真。因零件闭角大，在摆角加工时为使所选用的刀具尽可能短并确保刀柄在加工时不碰撞，在vericut软件设置的motion菜单中将calculate min cutter选项钩上，让软件自动计算所需zui小刀长（图5）。将零件模型导入vericut与所切削的模型自动比对（图6），确保无过切及过大的残料。仿真结束后可生成零件仿真报告，报告中详细列出了所使用文件路径、刀具信息、切削时间、切削距离、体积去除量，确保其中错误和警告两项值为0，否则要修改程序（图7）。
图5自动计算的zui小刀长切削 图6 自动比对选项
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五、结论
采用整体构件设计和高速加工已成为近几年飞机结构件设计和数控加工技术的一种发展趋势。本文通过对某教练机前襟内、外斜梁零件数控加工过程的介绍，简单探讨了五轴高速铣工艺、编程及仿真的应用。采用该措施可以有效地减少薄壁零件的加工变形，保证加工质量；明显地提高生产效率，缩短飞机的制造周期。（文章来源：e-works）
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