飞机机身部件工艺分离面切割装置的研制*

2014-04-06彭玉海侯红玲李志峰张昌明何亚银

制造技术与机床 2014年1期

彭玉海侯红玲李志峰张昌明何亚银

(陕西理工学院机械工程学院，陕西汉中 723001)

工艺分离面是飞机总装的对接面，一般工艺分离面会留有蒙皮余量［1］。为了满足飞机机身部件总装对接的准确度，将飞机机身部件工艺分离面的蒙皮余量去除是飞机机身部件制造必不可少的工序，而且有一定的精度要求。通过对国内飞机制造主机厂的调研，国内飞机机身部件工艺分离面的去除普遍采用手工工艺方法，首先沿着工艺分离面划线，然后用风动剪去除大余量，再通过风动铣刀精修，最后再进行人工打磨。欧美发达国家飞机机身部件工艺分离面的加工采用大型数控龙门铣床，有的甚至采用无余量制造，即飞机机身部件的工艺分离面处没有余量，且满足总装对接要求［2-8］。

针对这一现状，与国内某飞机制造主机厂合作，开展飞机机身部件工艺分离面切割装置的研制工作［9-10］。

1 切割装置功能要求

工艺分离面的切割加工工序安排为机身部件制造的最后一道工序，在架上完成［4-6］;切割材料为厚度2.5 mm(局部搭接处为5 mm)的2A12 蒙皮材料;运行过程不得与型架以及机身部件干涉;切割装置尺寸要小，重量要轻，方便装卸和操作;切割过程不能对蒙皮产生物理、化学性能的改变(如热、腐蚀等)。

切割面的综合误差为±0.3 mm;表面粗糙度值不大于Ra6.3 μm。

2 工艺分析

2.1 工况分析

飞机部件工艺分离面的切割工况较为复杂，主要体现在以下几个方面:

7F IMRT计划：以常规切线野作为起止方向，使用垂直心脏照射野。共面机架角度分别设为：300°，330°，0°，30°，60°，90°，140°；物理优化参数设置与6F计划相同。

(1)蒙皮材料为硬铝合金，切割过程不具备冷却条件。

4.4.1 锯片参数对切割质量的影响

第二种调节机制是α-酮酸(尤其是丙酮酸)对AOX活性的刺激[12,14], 这种作用独立于丙酮酸代谢，直接作用于AOX蛋白，使AOX的构象发生变化而导致活性增加。Carré等[17]用纯化的AOX与丙酮酸反应也证明了这一观点，并指出只有在丙酮酸存在的条件下，AOX的活性才能保持稳定。

(3)机身部件上的蒙皮处于张紧状态，切割后释放应力导致切缝变窄，容易出现“夹锯”现象。

(4)飞机蒙皮为薄壁且切割位置为悬臂状态，切割过程容易产生振颤。

2.2 切割工艺方法

对于薄壁件的锯切，切削深度ap即为蒙片厚度，切削宽度ae即为锯片厚度;切削速度与进给速度分别按照式(2)和式(3)确定。

2.3 切割运动分析

要完成工艺分离面蒙皮余量的切割，除了锯片的旋转运动(主运动)外，至少需要以下3 个运动:

由于市场价格持续低迷，科莫海克斯一期已于2017年12月停运。在停运前，欧安诺已累积大量库存，足以满足2018—2021年的客户需求。未来，欧安诺将一直使用库存来满足客户需求，直至新厂投运和市场条件好转。

航向定位运动是保证机身部件航向尺寸的运动，也可称之为对刀运动。

随着路网成倍增长，节点数量急剧增大，求解时收敛所耗费时间更长。通过改进传统算法，提出模仿最大最小蚁群系统方法，改良为伪随机转移概率，以求解决收敛效率低的问题。具体实现方法见公式（2）。

径向切入运动要保证蒙皮切透，同时要保证切线的长度(锯片至少同时有2～3 个锯齿参与切削)。

最后，施工现场安全管理不到位。部分施工企业心存侥幸，对施工现场的安全管理不到位，对施工人员缺少必要的安全保护措施和安全施工培训，导致施工现场屡次发生意外安全事故，不仅造成经济损失，还会造成人员伤亡。部分施工人员安全意识薄弱，在施工过程中不穿戴必要的安全保护装备，施工过程中行为不规范，不按照技术要求进行施工。部分施工队为追赶工期，增加施工人员工作时间，造成施工人员长时间高负荷劳作从而留下安全隐患。

飞机机身部件是固定在型架上的，所以上述运动均需要由切割装置完成。

航向调节部件2 由底板、拖板、丝杠螺母以及调节手轮组成，安装在径向进给部件3 的矩形滑块上。转动调节手轮，由丝杠螺母机构带动拖板沿着航向运动，实现锯片在航向的对刀。

2.4 驱动方式

切割装置采用气压驱动的方式，车间气源使用方便，便于切割过程吹气冷却，便于切割装置辅助动作的实现。

3 切割装置结构及工作原理

研制的切割装置包括主运动部件、航向调节部件、径向进给部件、周向进给部件等4 部分组成(如图2)。切割装置所有动力由气压驱动，启动后可实现对工艺分离面蒙皮余量的自动切割。

3.1 主运动部件

主运动部件1 由主气动马达、支座、锯片以及防护罩组成，安装在航向调节部件2 的拖板上。气动马达的输出轴带动锯片旋转，实现切削运动。

3.2 航向调节部件

圆周进给运动实现机身部件工艺分离面的环形切割。

3.3 径向进给部件

径向进给部件3 由矩形滑块、滑块座、嵌入矩形滑块的齿条、齿轮以及进给手轮组成，安装在切割装置的底座上。转动进给手轮，通过齿轮齿条机构带动滑块运动，实现锯片的径向切入。

3.4 周向进给部件

周向进给部件5 由导向部件和传动部件组成。

3.4.1 导向部件

导向部件采用环形导轨导向方式，由安装在飞机部件装配型架端面平板上的环形导轨、分布在切割装置两侧的前后导轨滚轮以及滚轮夹紧气缸组成。后滚轮固定在切割装置的底座上，前滚轮由滚轮夹紧气缸的活塞杆带动可以在切割装置的底座上沿着径向滑动，实现切割装置在环形导轨上的装卸。

环形导轨的设计至关重要，两组滚轮槽与环形导轨面贴合，如图3 所示，其中环形导轨上的导轨定位面是保证切割精度的关键［14］。

3.4.2 传动部件

周向进给传动部件采用固定链传动［15］，由进给气动马达、滑座、滑座导轨、安装在进给气动马达轴上的链轮、链轮链条啮合控制气缸以及固定在导轨凸台侧面的链条组成。当滚轮夹紧气缸将切割装置夹紧在环形导轨后，链轮链条啮合控制气在通气时链轮与链条将处于啮合状态，启动进给气动马达带动切割装置沿着环形导轨实现周向进给，如图4 所示。

考虑到切割过程中切割机做爬行运动，结构小巧，所以锯片直径不宜过大，选择直径125 mm 的锯片;锯片厚度选择0.8～2.5 mm;锯片材料分别选用高速钢和硬质合金;锯片齿数的选择考虑锯切长度，以图5 为例，假设工艺分离面为近似直径6 000 mm的圆，以切割点法向为参照，11 点钟方位为锯片切割位置，齿间距与锯切长度比应约为1∶2～1∶3，即锯片齿数z 为:

4 工艺试验

4.1 试验模型建立

为了获得能适应上述工况的切割工艺参数，以真实飞机产品工艺分离面的1/3 截型建立试验模型，制造试验型架，进行工艺试验。

4.2 工艺参数初选

4.2.1 锯片参数确定

年轻父母在社会生活中身兼多种角色，他们作为一个“社会人”或者是“职业人”的角色成长比较受关注，但其“父母角色”的成长常常被忽略。年轻父母作为家庭教育的执行者，需要对自己的“家长”这一角色及其成长状况进行认真和长期的检视。

式中:z 为锯片齿数;D 为锯片直径，mm;l 为锯切长度，mm。因此，

1.5 统计学方法采用SPSS 19.0进行统计结果处理，计量资料采用±s)表示结果，选用t检验，计数资料选用χ2检验，P<0.05为差异有统计学意义。

考虑到齿间距太小排屑不畅堵齿，选择锯片齿数为120 齿。

分别以厚度0.8、1.0、1.5、2.0、2.5 mm 的高速钢和硬质合金锯片在试验模型型架上进行切割试验，并分别在600～1 200 m/min 和0.01 -0.02 mm/齿范围内调节Vc和fz的值。

由于被切对象为薄壁硬铝件，且尺寸较大，结合飞机部件工艺分离面的切割要求和车间现场情况，宜采用圆锯片锯切工艺［11-13］。

式中:Vc为切削速度，m/min;D 为锯片直径，mm;n 为锯片转速，r/min;Vf为进给速度，m/min;fz为每齿进给量，mm/齿。

对于薄壁铝件，Vc推荐值为600～1 200 m/min，fz为0.01～0.06 mm/齿。

4.3 工艺试验过程

4.2.2 锯切用量

教育，就其目的来说，就是为人的幸福生活奠基；就其过程来说，本身就应该是幸福的。我在一所普通高中曾教过全年级最调皮的班，在管理上和教学上都有难度。作为一个有良知的教育者，我竭尽所能地帮助他们成长。在高考誓师会上，学生们将周杰伦《听妈妈的话》改编为《听校长的话》，围在我身边唱：听校长的话，never give up！那一年，就是这个平时很难管理的班，95%的同学考上大学，其中全校的高考第一名也在这个班。这些经历，使我深深体会到教师对孩子的教育就两样：爱与责任。爱就是不抛弃、不放弃任何一个学生，责任就是教育良知。

切割试验情况见图6 以及表1～3。

1.实验操作更简单，可以测100 mL任意温度下的空气中氧气的体积分数，气密性好，现象更明显（白磷燃烧时产生大量白烟，注射器内空气膨胀；冷却后气体减少约五分之一，产生白色固体）。

4.4 试验分析

(2)工艺分离面分布在竖直面内，切割机需要做环绕爬行运动，受力状态始终发生变化。

硬质合金锯片虽然切割锋利、硬度高、耐磨性好，但是韧性差，且和铝合金化学亲和力较强，在此试验工况下易出现崩裂和粘刀，而高速钢锯片虽然切割性能不如硬质合金，但是不会出现崩裂和粘刀现象。锯片厚度对切割质量的影响可以通过表1 说明，锯片太薄，刚性变差，切割直线度变差;锯片太厚，切割负载变大，影响切割表面质量;锯片厚度为1.0 mm 和1.5 mm 时切割效果好。

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表1 锯片厚度对切割质量的影响

表2 切削速度对切割质量的影响

表3 进给速度对切割质量的影响

4.4.2 锯切用量对切割质量的影响

由表2 及表3 可以看出，当切削速度在800 m/min以上时切割质量好，但超过1 200 m/min 时，锯片发热较为严重，在800～1 000 m/min 时能够保证稳定的切割质量。而每齿进给量在0.01～0.02 mm/齿(进给速度2.88～5.76 m/min)时能获得较好的表面质量。

4.3.3 切割精度

通过上述工艺试验，确定表4 主要工艺参数，并以此进行5 个样件的切割，切割精度和表面质量如表5和表6 所示。

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