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，在国内都是第一次。
    C919后压力框为飞机后机身所有零件中加工难度最大的零件之一，而上半框是后压力框中最大的零件，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最高的零件。
    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，上半框为最难加工的零件之一。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首次尝试，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，最高处为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 刀具的选择
    此零件加工只使用5把刀具（包括1把角度球头刀）, 保证了粗精加工的刀具分开使用，一次刀具装夹尽可能地完成该刀具能完成的工序。
    此零件由于结构特殊，在加工球面闭角时为保证机床刀具、主轴头部不与零件干涉，故使用了加长刀套与刀具。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。刀具下刀深为100mm，刀具与刀套总长度超过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最优化工艺方案。
    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。
    第一面粗铣后留5mm加工余量，自然状态下去除变形量。进行第一次翻面，将第二面加工到零件尺寸，再次去除变形量。再次翻面，将第一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。为减小刀具切削力，刀具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 刀具底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。