C919上半框零件的数控加工
c919大型客机是由中国商飞上海飞机研究所设计的中国首架大型客机，承载了国家大飞机战略的光荣使命，凝聚了全国人民的希望和航空人的心血。c919大型客机后压力框部段采用了全新的材料和结构形式，结构复杂、制造难度大，无论是设计还是制造，在国内都是*次。
c919后压力框为飞机后机身所有零件中加工难度zui大的零件之一，而上半框是后压力框中zui大的零件，以多槽、大闭角、高筋为特点，被认为是c919飞机后机身中加工难度zui高的零件。
零件结构特点
c919后压力框由上半框、下半框、左半框、右半框共同组成。在后机身所有机加零件中，上半框为zui难加工的零件之一。由于上半框直接连接飞机垂尾，所以无论是对质量还是对强度，要求都很高。特别是角度为37.36°的大角度球面闭角，使用数控机床加工如此大角度的闭角已经是国内尝试，内表面的球形结构更是对数控加工提出了新的挑战。
加工方案的确定
工艺方案的确定对零件整个的加工过程起着至关重要的作用，一个好的工艺方案直接关系到零件的质量，关系到零件是否能够成功交付[1]，此次零件加工采用无工装两面加工。
1零件特点
经过对零件的结构分析，影响零件加工的主要因素如下：
(1)零件需两面加工，且两面结构差距很大；
(2)大角度球面闭角，角度为37.36°，闭角缘条高75mm，缘条无连接、无支撑，闭角内有2个高度为18mm的立筋，伸入闭角底部；
(3)零件侧壁厚3mm，zui高处为70mm，属于薄壁高筋；
(4)腹板厚度为3mm，且多下陷。
2机床的选择
该零件尺寸较大，结构复杂，闭角众多且角度较大，因此选择机床时必须选择操作平台长度大于4m的五坐标、a角行程超过±60°、c角行程超过±180°的机床。为保证加工可以顺利进行，选择德国fz37五坐标龙门高速加工中心加工此零件。
3*的选择
此零件加工只使用5把*(包括1把角度球头刀),保证了粗精加工的*分开使用，一次*装夹尽可能地完成该*能完成的工序。
此零件由于结构特殊，在加工球面闭角时为保证机床*、主轴头部不与零件干涉，故使用了加长刀套与*。未用加长刀套时，主轴头部与零件毛料发生干涉。加长刀套刀柄长度为150mm，刀套总长度为200mm。*下刀深为100mm，*与刀套总长度超过250mm。
4机加方案的确定
机加方案的确定直接关系到零件的质量能否保证，针对零件本身特点采用*化工艺方案。
4.1变形控制
零件毛料尺寸为2900mm×1100mm×155mm，机加去除率高达90%以上。多次翻面加工虽然可以很好地控制零件变形，但对工人劳动强度与技术水平的要求都过高。此零件采用应力抵消的方法，仅翻面2次，就达到了控制变形的目的。
*面粗铣后留5mm加工余量，自然状态下去除变形量。进行*次翻面，将第二面加工到零件尺寸，再次去除变形量。再次翻面，将*面精加工到零件尺寸，切断取下零件。
切削效果表明，当零件单面加工时，由于应力不对称，零件变形量较大；当第二面加工完成时，由于零件两面都有去除量，应力相对对称，零件变形量较小，翻面后真空吸附良好。
4.2腹板厚度的保证
此零件的加工不使用任何工装，腹板厚度仅有3mm，下无支撑工装，处于悬空状态，加工强度与振动是影响腹板尺寸的主要因素。针对上述情况，腹板尺寸只能通过工艺方法与加工策略来保证。
4.2.1切削量的控制
腹板薄，而且不使用工装，下无支撑，腹板强度差，为保证加工过程中有较高的强度，粗加工后留余量5mm。采用轴向不分层加工，从中心向外加工，一次性去除5mm余量。这样在过程中，始终可以保持未加工部位厚度在8mm以上，可以保证强度要求。为减小*切削力，*选择时以小直径为好，径向切削量要减小。如图1所示。
4.2.2*底r对加工腹板的影响
影响腹板厚度的主要因素之一是加工过程中腹板的轴向振动。对切削过程中腹板的受力分析可得到以下结论，切削力分布如图2所示。
当r>0时，腹板受径向力与轴向力，而轴向力就是腹板产生振动的主要因素；当r=0时，腹板只受到径向力的影响，腹板振动明显降低。
上述结论还表明，随着*底r的增大，腹板所受到轴向切削力影响以随之增大，振动也相对明显。
在较薄的腹板加工过程中，在无工装支撑，也无真空吸附时，*很容易与腹板产生共振，通常我们认为是腹板强度不够，其实不然，*的选择在切削腹板时也起着至关重要的作用。
4.3球面闭角区定角度加工
球面闭角区角度为37.36°，筋条厚度zui薄处为2.6mm，高度为75mm，闭角内部两立筋高度18mm。闭角区内侧为球面。如图3所示。
4.3.1*的选择
闭角加工共使用*2把，分别为φ20r4、φ8r4(锥度球头)，下刀深均为100mm[2]。时，2把*均使用加长刀套。
4.3.2加工参数的确定
*参数的确定是高速加工中的重要环节，程序的编制也是围绕这一环节展开的[3]。在此零件中，球面闭角区的参数确定更是整个加工过程中的重点，一个合理参数的设置在保证零件尺寸与表面质量的同时也是保护*耐用度与机床寿命的必要条件。
闭角定角度行切时，由于使用加长刀套，*过长(下刀深l=100mm)，*与刀套的总长度大于250mm。刀套本身和*与刀套的同心度都要降低，同时机床a角摆角过大(a=60°)，行切过程中c角变化量在180°以上，机床主轴功率增加，故*转速与加工速度都要进行相应调整。
因此，主轴转速的确定在此零件闭角区加工中起着至关重要的作用，随着主轴转速的增加*振动会增加，主轴转速增加时，*振动角度γ增大；主轴转速减小时，*振动角度γ减小。
经过上述一系列的分析、计算，确定*参数如表1所示。
5数控程序的编制
在现代化制造领域中，数控编程的软件众多，优势各有不同。怎样发挥一个软件的优势是考验一个编程人的基本素质。此零件使用catiav5编制数控程序，使用了许多catiav5的编程优势和技巧[4]。
5.1编程方法
在保证编程速度的同时，高速切削编程需要注意的方面还有很多。首先，保证程序的准确性和安全性是关键。其次，五坐标高速编程中避免对*的磨损、机床的损害也是不可忽视的[5]。
针对上述问题，此零件加工过程中采用了下述编程方法：
(1)闭角区定角度加工；
(2)轴向分层铣削；
(3)小切深、大进给量；
(4)转角处降速或圆滑过度；
(5)进退刀使用圆弧进退刀；
(6)半精加工保证余量均匀；
(7)保证*轨迹的平稳，避免机床功率的突变；
(8)外形加工，径向分层大于25%*直径，防止因排削困难而粘刀。
5.2闭角区定角度加工程序的编制
闭角区加工一直以来都是数控加工的难点，按照以前的编程方法，*在加工闭角时，刀轴由垂直方向到摆动角度过程中，五轴联动，*底刃切削量瞬间增大，机床功率瞬间增加，从而影响了零件质量和*、机床的使用寿命[6]。
此次采用定角度加工，*在加工闭角前以定角度进刀，加工过程中始终保持不变的角度，对于c/a角机床只有c角有小角度变化。闭角加工刀路如图4所示。
6数控程序的检验
随着vericut演示功能的不断强大，零件被切伤的几率很小。但我们编制程序的宗旨不只要确保程序完好无损，同时还要考虑*路径及机加顺序的合理性。
6.1vericut演示及注意事项
vericut演示可以对程序进行切伤及残余检验，根据一些参数的设定，切伤及残余量可以用不同颜色来显示。vericut演示可以用前置也可以用后置，检验时用后置程序演示，因为zui终到达工段的程序是后置程序，这样可以避免中间环节出现错误导致的报废。
6.2原程序的检验
单靠vericut演示来检验程序是不够的，在vericut演示的同时也要认真对原程序编制的合理性进行检验，很多时候vericut演示没有任何漏洞，但实际加工时还会出现各种各样的问题，如扎刀、打刀、带刀、颤刀、零件表面光度差等。
结束语
c919上半框零件经数控加工取得成功，证明了工艺方案的正确性及合理性，是切实可行的方案。
在航空事业飞速发展的今天，我们要加快步伐，大胆尝试，不断完善和优化加工方式，任何技术问题都不应停滞在某一点上固步自封，而要大胆创新，加快步伐，不断进取，加强合作与交流，提高企业的经济效益和生产水平，使祖国的航空机械制造业赶上甚至超越*水平，再上一个新的台阶。
参考文献
[1]杨叔子.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2010.
[2]刘占斌，黄东.常用金属切削*的选用.北京：化学工业出版社，2010.
[3]*红.数控技术.北京：清华大学出版社，2009.
[4]刘雄伟.数控加工理论及编程技术.北京：机械工业出版社，2003.
[5]詹才浩.catiav5数控加工教程.北京：清华大学出版社,2009.
[6]*.现代金属切削*实用技术.北京：化学工业出版社，2008.
(作者：沈阳飞机工业集 王玉石)
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4.2腹板厚度的保证
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因此，主轴转速的确定在此零件闭角区加工中起着至关重要的作用，随着主轴转速的增加*振动会增加，主轴转速增加时，*振动角度γ增大；主轴转速减小时，*振动角度γ减小。
经过上述一系列的分析、计算，确定*参数如表1所示。
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5.2闭角区定角度加工程序的编制
闭角区加工一直以来都是数控加工的难点，按照以前的编程方法，*在加工闭角时，刀轴由垂直方向到摆动角度过程中，五轴联动，*底刃切削量瞬间增大，机床功率瞬间增加，从而影响了零件质量和*、机床的使用寿命[6]。
此次采用定角度加工，*在加工闭角前以定角度进刀，加工过程中始终保持不变的角度，对于c/a角机床只有c角有小角度变化。闭角加工刀路如图4所示。
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结束语
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参考文献
[1]杨叔子.机械加工工艺师手册.北京：机械工业出版社，2010.
[2]刘占斌，黄东.常用金属切削*的选用.北京：化学工业出版社，2010.
[3]*红.数控技术.北京：清华大学出版社，2009.
[4]刘雄伟.数控加工理论及编程技术.北京：机械工业出版社，2003.
[5]詹才浩.catiav5数控加工教程.北京：清华大学出版社,2009.
[6]*.现代金属切削*实用技术.北京：化学工业出版社，2008.
(作者：沈阳飞机工业集 王玉石)
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