專利名稱：飛機結構件閉角清根方法
技術領域：
本發(fā)明涉及ー種航空零部件的機械加工方法，尤其是一種閉角根部的加工方法，具體地說是ー種飛機結構件閉角清根方法。
背景技術：
隨著航空制造技術的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代飛機設計中，整體數(shù)控加工結構件的應用越來越廣泛，從框、梁、地板到壁板都大量采用整體數(shù)控加工結構件。整體結構件有許多優(yōu)勢，它既可以減輕結構的重量，提高飛機的有效載重，同時也可以增強結構強度，減少連接件數(shù)量，提高飛機的疲勞壽命。為了滿足飛機外形及氣動性能等方面的要求，飛機結構件ー般結構復雜，具有ー些不利于加工的閉角結構，嚴重制約了飛機結構件的加工效率。飛機結構件閉角結構加工后往往有比較大的加工殘留，嚴重影響了飛機設計對飛機重量的要求。 如中國專利文獻刊載的專利號ZL200710048269. 7，授權公告日2009年3月11日，發(fā)明名稱“綜合檢測數(shù)控機床精度的“S，，形檢測試件及其檢測方法”，該專利公布了ー種檢測數(shù)控機床的S形檢測試件，試件中包含了飛機結構件中常用的閉角結構，但未涉及閉角清根過程，在檢測方法中的檢測位置也避開了閉角殘留區(qū)域。采用傳統(tǒng)的圓柱平底銑刀加エ閉角需要不斷地減小刀具直徑來減少加工殘留，考慮到刀具剛性的問題，刀具直徑不可能過小，因此閉角加工殘留始終存在，最后需要通過人工手動去除。該方法使用多把刀具，成本高，工作量大，工作效率低，質(zhì)量不穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的閉角清根方法無法實現(xiàn)完全的機加工，且存在閉角清根加工成本高、效率低的問題，發(fā)明一種不僅能提高飛機結構件閉角清根效率，簡化閉角清根エ藝，而且能大幅度節(jié)約成本的飛機結構件閉角清根方法。本發(fā)明的技術方案是一種飛機結構件閉角清根方法，其特征是它包括以下步驟首先，選擇單刃刀片銑刀作為加工工具，控制刀尖夾角a小于飛機結構件待加工閉角入，使銑刀帶有刀刃的一邊與組成閉角的ー個面平行；其次，建立飛機結構件閉角清根加工局部坐標系，記側壁與腹板的交點為C，C點繞刀軸旋轉(zhuǎn)的虛擬中心點為O1，定義O1點為清根加工局部坐標系原點，刀具沿刀軸離開エ件方向為Z軸正方向，記為Z1 -JAO1點到C點定義為X軸的正方向，記為X1 ;Y_的正方向用右手定律判斷，記為Y1 ;定義主軸旋轉(zhuǎn)運動為W軸，順時針旋轉(zhuǎn)方向為W軸的正方向，記為W1，當?shù)都恻cP過X軸正方向時記W1 = 0度；第三，設定刀具旋轉(zhuǎn)360度時，進給方向即Y1方向刀具進給的距離S ；第四，根據(jù)閉角角度值\、刀具半徑!■及每轉(zhuǎn)進給距離S，計算刀具虛擬中心點O1任ー時點在局部坐標系下的坐標值XpY^Z1 X1=O
Y1=W1 S/360Z1=IT(I-Cos(W1))Ztan(A)并據(jù)此得出刀尖的運動軌跡方程PX1=Ircos(W1)PY^rsin (W1)+W1 S/360PZ1=IT(I-Cos(W1))Ztan(A)式中PX1為刀尖運動軌跡的X坐標值，PY1為刀尖運動軌跡的Y坐標值，PZ1為刀尖運動軌跡的Y坐標值，r為刀具半徑，W1為刀具的轉(zhuǎn)角；第五，通過坐標轉(zhuǎn)換將上述刀具虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值X1. Y1, Z1 轉(zhuǎn)換成全局加工坐標系下的坐標值X、Y、Z，并通過后置處理程序自動生成閉角清根數(shù)控加工程序；第六，使用五軸數(shù)控銑床，根據(jù)所生成的閉角清根數(shù)控加工程序控制單刃銑刀旋轉(zhuǎn)角度W1與刀具在空間運動的規(guī)律，使單刃銑刀主刀刃清除閉角殘留，完成閉角的清根。所述的單刃銑刀的刀具半徑!■由清根エ序前一把加工刀具半徑R確定，其值為r彡R+lmm以保證腹板上的殘留可以一次加工完成。所述的單刃刀片銑刀尖夾角a小于閉角角度即側壁與腹板的夾角值入，單刃刀片銑刀刀刃長度要大于側壁殘留的長度。所述的單刃刀片銑刀尖夾角a不大于閉角入的90%。所述的單刃刀片銑刀的進給量S由刀具半徑r及閉角清根允許的最大加工殘留h確定，即K2j2—(r-A)2。所述的單刃刀片銑刀的進給量S的取值范圍為0. 1-0. 5mm。所述的單刃刀片銑刀虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值的確定方法為首先求出刀尖點P到側壁與腹板的交點C在X1方向上的距離A的值，A=CP1H □ cos (W1) =r (1-cos (W1))其次，如果只進行旋轉(zhuǎn)運動，刀軸不進行上下運動，刀尖點P將切削到P1點，此時腹板將產(chǎn)生過切，如果把刀尖點P1點沿\方向移動到P點，刀尖點正好切在腹板上，因此Z1=P1P=CP1/tan (入)=r (1-cos (W1)) /tan (入)；第三，根據(jù)閉角側壁形狀和每轉(zhuǎn)進給距離S來計算X1和Y1，飛機結構件閉角側壁形狀一般與Y1軸平行，此時得出X1=OY1=W1 S/360Z1=IT(I-Cos(W1))Ztan(A)上式中W1為刀尖旋轉(zhuǎn)的角度，通過W1這個變量來求出刀具虛擬中心點在局部坐標系下的坐標值，此時刀尖點P的螺旋進給運動方程為PX1=Ircos (W1)PY^rsin (W1)+W1 S/360PZ1=IT(I-COs(W1))Ztan(A)0本發(fā)明具有如下效果I、本發(fā)明用一把刀具可以完成飛機結構件不同閉角角度的清根，方法通用性強。
2、本發(fā)明簡化了閉角清根エ藝，提高了飛機結構件閉角清根效率，節(jié)約了清根刀具的成本。3、本發(fā)明清根效果好，無需人工去除殘留材料，自動化程度高。


圖I為本發(fā)明的清根方式與傳統(tǒng)加工的對比示意圖，圖中左邊為本發(fā)明清根方式示意圖，圖中右邊為傳統(tǒng)加工方式及殘留材料示意圖。圖2為圖I的A向視圖，進ー步說明局部坐標系的建立過程。圖3為每轉(zhuǎn)進給距離S計算方法示意圖。圖4為計算刀具虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值計算原理圖。
圖5為利用本方法得出的閉角清根的刀具軌跡圖。圖中1為帶閉角結構的飛機結構件，101為閉角側壁，102為閉角腹板，2為單刃刀片銑刀，201為刀桿，202為刀片，203為刀軸，3為傳統(tǒng)加工用圓柱平底銑刀，4為傳統(tǒng)加工殘留材料，401為側壁殘留，402為腹板殘留，5為刀具中心加工軌跡，6為刀尖加工軌跡。
具體實施例方式下面結構附圖和實施例對本發(fā)明作進ー步的說明。如圖1-5所示。一種飛機結構件閉角清根方法，它包括以下步驟步驟101:根據(jù)清根エ序前一把加工刀具半徑R，來確定清根銑刀半徑r。取 R+lmm來保證腹板上的殘留可以一次加工完成。為了完成閉角的清根，清根銑刀選用單
刃刀片銑刀，單刃刀片銑刀刀尖夾角a要小于閉角角度即側壁與腹板的夾角值入(一般不超過90%)，飛機結構件閉角角度入正常情況下滿足70 <入〈90，因此a的最佳取值范圍為50-60度，單刃刀片銑刀刀刃長度要大于側壁殘留的長度。步驟102:建立飛機結構件閉角清根加工局部坐標系。記側壁與腹板的交點為C，C點繞刀軸旋轉(zhuǎn)的虛擬中心點為O1，定義O1點為清根加工局部坐標系原點，刀具沿刀軸離開エ件方向為Z軸正方向，記為Z1 JAO1點到C點定義為X軸的正方向，記為X1 ;Y_的正方向用右手定律判斷，記為Y1 ;定義主軸旋轉(zhuǎn)運動為W軸，順時針旋轉(zhuǎn)方向為W軸的正方向，記為W1，當?shù)都恻cP過X軸正方向時記W1 = 0度。步驟103:確定刀具旋轉(zhuǎn)360度時，進給方向即Y1方向刀具進給量S，進給量S的取值可以根據(jù)經(jīng)驗取0. 1-0. 5_。進給量S也可通過刀具半徑r及閉角清根允許的最大加工殘留h來計算允許的最大距離S1，清根過程刀具刀尖P是運動在腹板平面上的一條連續(xù)的螺旋線，要計算刀具旋轉(zhuǎn)360度時的最大距離S1比較因難，可以簡化成W1 = 0和W1 = 360度
時刀具分別做旋轉(zhuǎn)運動刀尖P所作2個距離為S2,半徑為!■的2個圓，得& = 2^1 r2-(r-Jtf。
很明顯簡化后的S3小于S1,因此取S彡S^S1, BP5< 2」r2 -(r - /Z)2時加工殘留小于h，滿足
加工的要求。步驟104:根據(jù)閉角角度值入、刀具半徑r及每轉(zhuǎn)進給距離S，計算刀具虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值。計算的核心是歸納出刀具旋轉(zhuǎn)角度W1與\的參數(shù)關系，X1根據(jù)閉角側壁形狀來定義，Y1根據(jù)每轉(zhuǎn)進給距離S來確定。計算的方法如下步驟步驟10401 :首先求出刀尖點P到側壁與腹板的交點C在X1方向上的距離A的值，A=CP1H □ cos (W1) =r (1-cos (W1))步驟10402 :如果只進行旋轉(zhuǎn)運動，刀軸不進行上下運動，刀尖點P將切削到P1點，此時腹板將產(chǎn)生過切。如果把刀尖點P1點沿\方向移動到P點，刀尖點正好切在腹板上。因此 ^=P1P=CP1/tan ( A ) =r (1-cos (W1)) /tan (入)。步驟10403 :根據(jù)閉角側壁形狀和每轉(zhuǎn)進給距離S來計算X1和Y1,飛機結構件閉角側壁形狀一般與Y1軸平行，此時得出X1=O Y1=W1 S/360Z1=IT(I-Cos(W1))Ztan(A)上式中W1為刀尖旋轉(zhuǎn)的角度，通過W1這個變量來求出刀具虛擬中心點在局部坐標系下的坐標值。此時刀尖點P的運動方程為PX1=Ircos(W1)PY^rsin (W1)+W1 S/360PZ1=IT(I-Cos(W1))Ztan(A)根據(jù)上式分析可知刀尖點是在與側壁成\度的腹板平面上做螺旋進給運動。步驟105:通過坐標轉(zhuǎn)換將刀具虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值X1. Y1, Z1轉(zhuǎn)換成全局加工坐標系下的坐標值X、Y、Z，通過后置處理程序生成閉角清根數(shù)控加工程序。步驟106:使用5軸數(shù)控銑床，運用單刃銑刀通過數(shù)控加工程序控制單刃銑刀旋轉(zhuǎn)角度W1與刀具在空間運動的規(guī)律，使單刃銑刀主刀刃清除側壁殘留，刀尖與エ件切削接觸點P在腹板平面上做切削運動，即清除腹板殘留，最終完成閉角的清根。下面以某飛機結構件閉角清根為例對本發(fā)明作更進一歩的具體說明，本實施例以具體的數(shù)值計算加以說明，具體實施時可根據(jù)本發(fā)明的原理修改相應的參數(shù)，但這種修改仍屬于本發(fā)明的保護范圍中。圖I所示為ー種典型飛機結構件閉角結構，是經(jīng)過前ーエ序加工后的狀態(tài)圖，圖I中右角的黑板為待清根的部分，圖I中左邊的待清根部分與右邊對稱相同，圖I中的閉角結構I包括閉角側壁101和閉角腹板102，閉角角度入=70度，使用單刃刀片銑刀2在五軸數(shù)控機床上對閉角進行清根。具體的清根步驟如下步驟101:如圖I所示，根據(jù)清根エ序前一把加工刀具半徑R = 5，來確定清根銑刀半徑r。根據(jù)R+lmm，取r = 6mm來保證腹板上的殘留可以一次加工完成。為了完成閉角的清根，清根銑刀選用單刃刀片銑刀，銑刀刀尖夾角a要小于閉角角度即側壁與腹板的夾角70度，取a =60度。驗證刀片銑刀刀刃長度大于側壁殘留401的長度，因此r =6mm, a = 60度單刃刀片銑刀2滿足清根的要求。步驟102:建立飛機結構件閉角清根加工局部坐標系，如圖I和圖2所示。記側壁與腹板的交點為C，C點繞刀軸旋轉(zhuǎn)的虛擬中心點為O1，定義O1點為清根加工局部坐標系原點，刀具沿刀軸離開エ件方向為z軸正方向，記為Z1 JAO1點到c點定義為X軸的正方向，記為X1 ;Y_的正方向用右手定律判斷，記為Y1 ;定義主軸旋轉(zhuǎn)運動為W軸，順時針旋轉(zhuǎn)方向為W軸的正方向，記為W1,當?shù)都恻cP過X軸正方向吋，記W1 = 0度，當?shù)都恻cP過X軸負方向時，記W1=Iso度。步驟103:確定刀具旋轉(zhuǎn)360度時，進給方向即Y1方向刀具進給的距離S，根據(jù)經(jīng)驗取S = O. 5mm,驗算S是否滿足允許的最大加工殘留h = 0. Imm的要求。因為.S' = 0.5 < S1 = 2^61 - (6-0.1):: =2.187 ,所以滿足加工的要求。步驟104:根據(jù)閉角角度值入、刀具半徑r及每轉(zhuǎn)進給距離S，計算刀具虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值。坐標值是一個隨變量W1的變化的函數(shù)，取W1 = 0，1，2 359，刀具旋轉(zhuǎn)每轉(zhuǎn)取360個角度值離散求得360個坐標值，運用公式X1=OY1=W1 S/360I1-T (1-cos (W1)) /tan (入)求得坐標值(単位mm)如下旋轉(zhuǎn)角度X1 Y1 Z權利要求
1.一種飛機結構件閉角清根方法，其特征是它包括以下步驟 首先，選擇單刃刀片銑刀作為加工工具，控制刀尖夾角a小于飛機結構件待加工閉角入，使銑刀帶有刀刃的一邊與組成閉角的ー個面平行； 其次，建立飛機結構件閉角清根加工局部坐標系，記側壁與腹板的交點為C，C點繞刀軸旋轉(zhuǎn)的虛擬中心點為O1，定義O1點為清根加工局部坐標系原點，刀具沿刀軸離開エ件方向為Z軸正方向，記為Z1 ^AO1點到C點定義為X軸的正方向，記為X1 ;Y_的正方向用右手定律判斷，記為Y1 ;定義主軸旋轉(zhuǎn)運動為W軸，順時針旋轉(zhuǎn)方向為W軸的正方向，記為W1,當?shù)都恻cP過X軸正方向時記W1 = 0度； 第三，設定刀具旋轉(zhuǎn)360度時，進給方向即Y1方向刀具進給的距離S ； 第四，根據(jù)閉角角度值入、刀具半徑r及每轉(zhuǎn)進給距離S，計算刀具虛擬中心點O1任一時點在局部坐標系下的坐標值XpYpZ1 X1=OY1=W1 S/360 rLl-T (1-cos (W1)) /tan (入) 并據(jù)此得出刀尖的運動軌跡方程 PX1=Ircos (W1)PY^rsin (W1)+W1 S/360PZ^r (1-cos (W1)) /tan (入) 式中PX1為刀尖運動軌跡的X坐標值，PY1為刀尖運動軌跡的Y坐標值，PZ1為刀尖運動軌跡的Y坐標值，r為刀具半徑，W1為刀具的轉(zhuǎn)角； 第五，通過坐標轉(zhuǎn)換將上述刀具虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值XpY1^1轉(zhuǎn)換成全局加工坐標系下的坐標值X、Y、Z，并通過后置處理程序自動生成閉角清根數(shù)控加工程序; 第六，使用五軸數(shù)控銑床，根據(jù)所生成的閉角清根數(shù)控加工程序控制單刃銑刀旋轉(zhuǎn)角度W1與刀具在空間運動的規(guī)律，使單刃銑刀主刀刃清除閉角殘留，完成閉角的清根。
2.根據(jù)權利要求I所述的飛機結構件閉角清根方法，其特征是所述的單刃銑刀的刀具半徑r由清根エ序前一把加工刀具半徑R確定，其值為r ^ R+lmm以保證腹板上的殘留可以一次加工完成。
3.根據(jù)權利要求I所述的飛機結構件閉角清根方法，其特征是所述的單刃刀片銑刀尖夾角a小于閉角角度即側壁與腹板的夾角值入，單刃刀片銑刀刀刃長度要大于側壁殘留的長度。
4.根據(jù)權利要求I或3所述的飛機結構件閉角清根方法，其特征是所述的單刃刀片銑刀尖夾角a不大于閉角 ' 的90%。
5.根據(jù)權利要求I所述的飛機結構件閉角清根方法，其特征是所述的單刃刀片銑刀的進給量S由刀具半徑r及閉角清根允許的最大加工殘留h確定，即
6.根據(jù)權利要求I所述的飛機結構件閉角清根方法，其特征是所述的單刃刀片銑刀的進給量S的取值范圍為0. 1-0. 5mm。
7.根據(jù)權利要求I所述的飛機結構件閉角清根方法，其特征是所述的單刃刀片銑刀虛擬中心點O1在局部坐標系下的坐標值的確定方法為 首先求出刀尖點P到側壁與腹板的交點C在X1方向上的距離A的值，A=CP1H □ cos (W1) =r (1-cos (W1)) 其次，如果只進行旋轉(zhuǎn)運動，刀軸不進行上下運動，刀尖點P將切削到P1點，此時腹板將產(chǎn)生過切，如果把刀尖點P1點沿\方向移動到P點，刀尖點正好切在腹板上，因此Z1=P1P=CP1/tan (入)=r (1-cos (W1)) /tan (入)； 第三，根據(jù)閉角側壁形狀和每轉(zhuǎn)進給距離S來計算X1和Y1,飛機結構件閉角側壁形狀一般與Y1軸平行，此時得出X1=OY1=W1 S/360 Z:=r (1-cos (W1)) /tan (入) 上式中W1為刀尖旋轉(zhuǎn)的角度，通過W1這個變量來求出刀具虛擬中心點在局部坐標系下的坐標值，此時刀尖點P的螺旋進給運動方程為 PX1=Ircos (W1)PY^rsin (W1)+W1 S/360PZ^r (1-cos (W1)) /tan (入)。
全文摘要
一種飛機結構件閉角清根方法，屬于航空制造工程領域。該方法通過控制單刃銑刀旋轉(zhuǎn)角度與刀具空間運動的規(guī)律，使單刃銑刀切削接觸點在與刀具軸向成一定夾角的平面上運動，從而完成飛機結構件閉角殘留的清根。本發(fā)明克服了數(shù)控加工刀具切削接觸點只能在與刀具軸向垂直平面內(nèi)運動的局限，顯著提高了飛機結構件閉角清根效率，簡化了閉角清根工藝，節(jié)約了清根刀具的成本。
文檔編號B23C3/00GK102825308SQ201210298508
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月21日 優(yōu)先權日2012年8月21日
發(fā)明者李迎光, 郝小忠, 劉長青, 劉旭, 王偉, 李海 申請人:南京航空航天大學