角度头在飞机深腔结构件五轴数控加工中的运用研究

刘翘 王霞

航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁沈阳 110850

在工业产业运行及持续发展的背景下，飞机产业对设备的机动性、隐身性提出了更高要求。但由于飞机设计方案的复杂性、多样性、集成性，在实际的应用中，飞机结构工件的科学设计是十分重要的，通过主交点孔及框梁一体化的科学设计，可以提高飞机承载力，展现系统的集成化、空间化特点，提高飞机各部件的使用效果。对于角度头而言，作为飞机结构件加工中的创新型工具，通过参数以及系统结构的设定，可以利用主轴带动齿轮组传动进行削切方式的转变，实现机床立卧及任意角度的合理设定，有效解决五轴数控加工中存在的可达性问题，提高飞机深腔构件生产的精准性、高效性。

1 飞机结构件加工特点

通过对飞机普通结构件的工艺性分析，其存在着开敞性良好、空间机构大的特点，在以往的数控加工技术使用中，可以提高结构件生产的效率及精度，但是，对于零件局部的深腔部位，由于结构空间处于半封闭状态，受到生产空间、生产尺寸的限制，导致普通数控刀具无法使用，增加了数控加工技术的难度。结合飞机结构件的加工情况，其复杂性结构体现在以下方面：第一，飞机结构件的整体框梁类零件孔数量较多，而且对精度有一定的要求；第二，零件内形具有深腔的特点，这种构件的精确度较高闭角残留大，常规的机加方法不能满足精度及可达性需求，因此，将角度头运用在飞机深腔结构件的五轴数控加工中无疑是最具有挑战性的，可以针对飞机结构件的基本特点，摆脱传统工装及工具的束缚，确定可操作的系统性加工技术方案，避免加工精度无法到位、效率无法提升等工艺方案不科学的现象出现，以提高数控加工技术的实用效果，达到飞机深腔结构件在高效生产中成本控制的目的[1]。

2 角度头在飞机深腔结构件五轴数控加工中的运用

2.1 角度头安装初始位置的确定

掌握飞机结构件五轴数控加工技术，通过角度头的运用，其作为一种具有创新性的典型加工方案，可以结合飞机深腔结构的特征，角度头限位块的快速定位的特点，降低加工难度，确保飞机结构件复杂点、隐蔽点的设计效果，同时也可以保证初始位置确定方案的灵活性[2]。

2.2 角度头加工切削参数的设定

在角度头加工中，通过转速以及切削力的设定，会确定刀具的最大负载，以保障角度头使用的安全性，增强刀具使用的安全性、有效性。深腔结构中，大部分余量基本去除完成，为保证加工过程中的稳定性，可以采取插铣及行切的方式。而且，插铣刀具转动中，为了保证工具静态扭矩确定的科学性，其计算方法如（1）。公式（1）中的M（N·m）是刀具端扭矩、Kc（N/mm2）是单位面积上的切削力、D（mm）是刀具直径、fn（mm）是钻给量（每次）、Ae（mm）是切宽[3]。

M=Kc·D·fn·（D-Ae）/2000 （1）

在实际计算中，插铣计算时一定不能超过角度头，并钻给量控制在科学的范围内，优化机床主轴输出转速。需要注意的是，在实际设备加工中，角度头的最大输出转速、扭矩为上限阈值，通过这种参数的确定，辅助VERICUT 仿真软件模拟角度头切削过程中的碰撞检查可以提高数控机床设备加工的整体效果，保证工装装夹系统、刀具加工设置的标准性。

2.3 角度头加工技术的使用

通过对角度头加工技术的分析，在该技术使用中，需要结合机床设备的使用特点，构建仿真模型系统，以保证各个结构件参数数据统一，并增强平台通用数据的使用效果，为角度头技术的使用及飞机机构件的设计提供参数支持。第一，在角度头仿真模型设计中，系统设计人员在普通仿真数据模型建立中，需要考虑刀套尺寸、程序加工原点，并将装刀点设置为刀套的顶端，之后利用程序控制原点，以保证刀尖位置确定的精准性。需要注意的是，在角度头与普通刀使用中，通过仿真系统模型的设定，可以针对不同机床的形状、角度头以自身机床组坐标的矢量方向等确定多个参数，以增强参数仿真模型的精准性，为角度头模仿系统的设定及数据使用提供参考。通过角度头管理系统的设计以及仿真模型的开发，可以将角度头、各机构机床的模型建立作为重点，有效避免仿真离散化问题的出现，提高角度头在飞机深腔结构件五轴数控加工中使用效果。第二，在角度头后置系统设计中，是五轴数控加工的重点，在实际的技术运用中，需要结合机床构型、带入仿真模型，建立五轴数控加工系统，以增强角度空间坐标的转换效果，确定最优化的后置配置方案，保证五轴数控加工技术使用的规范性。通过SIEMENS、FIDIA 和HEIDENHAIN 等数控系统的设计，提高机床以及数控系统的使用效果，满足系统对飞机深腔结构件的五轴数控加工的技术需求，为飞机结构件系统的设计提供技术支持[4]。

3 结语

本文基于将角度头运用在飞机深腔结构件的五轴数控加工中，可以针对飞机结构件的基本特点，确定有针对性的加工技术方案，以完善数控加工技术的使用效果，提高飞机结构件的加工质量，实现飞机结构件在生产中成本控制的目的。在角度头的技术运用过程中，需要通过角度头安装初始位置的确定、角度头加工切削参数的设定以及角度头加工技术的使用等，规范飞机结构件数据加工的方法，以提升角度头在飞机深腔结构件五轴数控加工中的使用效果，对角度头在机加领域的实际应用具有借鉴性意义。