林海鵬，謝保光，李輝

沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司技術(shù)檢驗(yàn)中心 遼寧沈陽(yáng) 110031

1 序言

近年來(lái)，隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)航空制造技術(shù)得到飛速發(fā)展，形成了以信息化方式驅(qū)動(dòng)的航空產(chǎn)品制造，實(shí)現(xiàn)了裝備、工藝、管理和服務(wù)的數(shù)字化、自動(dòng)化及智能化，以適應(yīng)飛機(jī)發(fā)展的技術(shù)要求，大幅度提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量[1]。隨著飛機(jī)性能的不斷提升，飛機(jī)零件的復(fù)雜程度以及質(zhì)量控制精度要求也隨之提升，其中鈦合金支臂是飛機(jī)中央翼與主起落架裝配結(jié)構(gòu)中最重要的承力結(jié)構(gòu)件之一，起到支撐和固定主起落架的作用[2]。在進(jìn)行支臂零件型面公差質(zhì)量要素的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，需要進(jìn)行大膽的改進(jìn)和創(chuàng)新，研究工藝流程方法、數(shù)控加工及測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的全數(shù)字化智能制造。

2 支臂零件簡(jiǎn)介

鈦合金支臂（外形酷似鯰魚(yú)頭）是中央翼主起落架最重要的承力結(jié)構(gòu)件之一，結(jié)構(gòu)形式如圖1所示，材料及狀態(tài)：TA15M，外廓尺寸：430mm×230mm×165mm，毛坯結(jié)構(gòu)形式：模鍛件，毛坯質(zhì)量：15kg。零件腹板處一側(cè)為平面，另一側(cè)為5層漸進(jìn)臺(tái)階結(jié)構(gòu)，零件頭部直耳片和斜耳片交叉分布。支臂零件在飛機(jī)裝配時(shí)，腹板底面與二墻相連接，法蘭盤(pán)面與中央翼下壁板連接，直耳片連接進(jìn)氣道加強(qiáng)框的吊掛接頭，斜耳片與鈦合金支柱相連接，支撐和固定主起落架，在飛機(jī)著陸時(shí)承受20多噸載荷。通過(guò)零件數(shù)模及裝配使用要求可知，支臂零件不僅尺寸公差范圍和表面質(zhì)量要求高，還要保證各尺寸要素之間的位置精度和協(xié)調(diào)配合要求，所以支臂零件耳片相對(duì)于基準(zhǔn)孔的型面公差（±0.3mm）質(zhì)量要素最為重要。

圖1 支臂零件結(jié)構(gòu)示意

3 支臂零件原工藝加工方案

零件原工藝加工方案采用常規(guī)銑床，各型面的加工均需經(jīng)過(guò)劃線(xiàn)、銑削和鉗工處理來(lái)完成，工序有110道之多，加工過(guò)程使用銑削夾具左右件共6套、鏜削夾具4套以及劃線(xiàn)樣板6套。零件加工工位多，周轉(zhuǎn)等待及準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工過(guò)程控制需多套工裝、多次裝夾，零件加工基準(zhǔn)不統(tǒng)一，誤差大，質(zhì)量波動(dòng)較大，質(zhì)量一致性差，嚴(yán)重影響裝配使用質(zhì)量要求及生產(chǎn)進(jìn)度需求。

4 支臂零件原質(zhì)量檢查方案

在航空結(jié)構(gòu)件中，零件檢測(cè)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證零件制造質(zhì)量、改進(jìn)制造方法和提高生產(chǎn)穩(wěn)定性的關(guān)鍵。依托零件圖樣要求及工藝加工方案，設(shè)計(jì)專(zhuān)用檢驗(yàn)夾具和模線(xiàn)樣板，其檢測(cè)采用普通工具（卡尺等）與專(zhuān)用工具（模線(xiàn)樣板、檢驗(yàn)夾具等）相結(jié)合的測(cè)量方式。零件第6肋軸線(xiàn)位置、法蘭盤(pán)位置、斜耳片位置和直耳片位置按檢驗(yàn)夾具加工，法蘭盤(pán)外形及腹板外形按模線(xiàn)樣板加工。零件在檢驗(yàn)夾具上的檢驗(yàn)要求為：零件第6肋軸線(xiàn)面對(duì)準(zhǔn)檢驗(yàn)夾具上第6肋軸線(xiàn)面（按照指令性交接狀態(tài)表要求，允許低0.6mm），同時(shí)插入φ22f9定位銷(xiāo)和φ12f9定位銷(xiāo)，檢查法蘭盤(pán)內(nèi)側(cè)、斜耳片內(nèi)側(cè)及直耳片背面與檢驗(yàn)夾具間隙值，法蘭盤(pán)內(nèi)側(cè)與檢驗(yàn)夾具的間隙值為2.3+0.60mm，斜耳片內(nèi)側(cè)與檢驗(yàn)夾具的間隙值為5+0.30mm，直耳片背面與檢驗(yàn)夾具的間隙值為2.2+0.30mm，并保證兩個(gè)檢驗(yàn)銷(xiāo)棒轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。通過(guò)檢查3件零件不同間隙位置，測(cè)得零件各部位與檢驗(yàn)夾具的間隙值見(jiàn)表1，可知零件間隙個(gè)別位置存在超差且加工質(zhì)量波動(dòng)較大，質(zhì)量一致性差，檢測(cè)過(guò)程繁瑣且技能要求高，驗(yàn)收效率低。

表1 采用檢驗(yàn)夾具檢查的間隙值 （單位：mm）

5 制造控制過(guò)程改進(jìn)及工藝方案優(yōu)化

針對(duì)支臂零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，制定數(shù)字化加工工藝方案，明確工藝準(zhǔn)備要求，分析誤差產(chǎn)生的各方面原因及需要注意的問(wèn)題，并以此為基礎(chǔ)，對(duì)零件加工過(guò)程進(jìn)行合理計(jì)劃。經(jīng)過(guò)測(cè)量模擬對(duì)比分析，當(dāng)零件第6肋軸線(xiàn)面與檢驗(yàn)夾具6肋軸線(xiàn)定位面齊平的狀態(tài)下，兩檢驗(yàn)銷(xiāo)棒方能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)，被測(cè)面與檢驗(yàn)夾具檢查面間隙值較為穩(wěn)定。所以初步工藝方案為：在法蘭盤(pán)內(nèi)側(cè)留1mm余量，外側(cè)留2mm余量，待試切后根據(jù)實(shí)際間隙測(cè)量值調(diào)整數(shù)控程序偏移量，直至滿(mǎn)足檢驗(yàn)夾具要求，從而固化程序偏移量。另外，需將零件第6肋軸線(xiàn)面向下偏移0.2mm，以保證另一側(cè)筋條厚度方便加工。

零件初次試切后，通過(guò)分析零件與檢驗(yàn)夾具測(cè)量間隙值，發(fā)現(xiàn)零件直耳片位置完全符合檢驗(yàn)夾具要求，斜耳片與檢驗(yàn)夾具測(cè)量間隙值比理論值小0.5～0.6mm，則零件二次加工時(shí)斜耳片內(nèi)側(cè)需向外偏0.6mm。二次加工法蘭盤(pán)，在去除留有的余量后，法蘭盤(pán)與檢驗(yàn)夾具的間隙與理論間隙值差0.3mm，三次加工時(shí)將法蘭盤(pán)向外側(cè)偏移原有的1mm余量的同時(shí)，再向外偏0.3mm，從而使法蘭盤(pán)各點(diǎn)滿(mǎn)足檢驗(yàn)夾具公差值要求。因斜耳片厚度公差較?。?8f9），在加工時(shí)內(nèi)、外側(cè)均留0.1～0.2mm的余量，由鉗工研磨保證厚度公差要求。

經(jīng)過(guò)三次試加工調(diào)整后，按最新優(yōu)化工藝方案進(jìn)行加工，經(jīng)檢驗(yàn)夾具測(cè)量，零件完全符合理論間隙值要求。通過(guò)優(yōu)化加工方案，零件從普通銑床轉(zhuǎn)移到數(shù)控銑床上加工，從毛坯投產(chǎn)到產(chǎn)品交付加工工序減少至20個(gè)，大大縮短了工藝流程和生產(chǎn)周期。同時(shí)，零件各耳片上孔的加工使用同一銑削夾具在不同機(jī)床上完成加工，減少了工裝的使用頻次，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

6 數(shù)字化測(cè)量驗(yàn)證

隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)制造已逐步由模擬量傳遞向數(shù)字量傳遞過(guò)渡，大量零件產(chǎn)品都采用數(shù)控加工，既提高了產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性，也減少了檢驗(yàn)樣板、卡板及檢驗(yàn)夾具等量具的設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，其產(chǎn)品的檢驗(yàn)一般由數(shù)控測(cè)量機(jī)來(lái)完成[3]。

6.1 設(shè)定測(cè)量要素

分析產(chǎn)品數(shù)模數(shù)據(jù)集，按照設(shè)計(jì)基準(zhǔn)建立測(cè)量坐標(biāo)系，也可通過(guò)被測(cè)表面拾取特征點(diǎn)擬合坐標(biāo)系，執(zhí)行測(cè)量程序的參考坐標(biāo)系，測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的提取應(yīng)在測(cè)量坐標(biāo)系下進(jìn)行，測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)的參數(shù)包括理論點(diǎn)坐標(biāo)值及點(diǎn)的矢量方向（方向余弦）。根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及尺寸大小，結(jié)合零件曲面的曲率變化，確定分布數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，具體分布及點(diǎn)數(shù)見(jiàn)圖2。

圖2 支臂零件測(cè)量點(diǎn)分布示意

6.2 固化測(cè)量過(guò)程

該類(lèi)型面的測(cè)量一般采用點(diǎn)位測(cè)量法，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量過(guò)程如圖3所示，測(cè)量步驟如下。

圖3 測(cè)量過(guò)程

1）選擇測(cè)量工具的類(lèi)型、規(guī)格，確定工具的安裝狀態(tài)。

2）向測(cè)量機(jī)的計(jì)算機(jī)輸入曲面名義點(diǎn)位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，如位移矢量坐標(biāo)P（X，Y，Z）和法向矢量N（Nx，Ny，Nz）。

3）測(cè)量機(jī)定位點(diǎn)開(kāi)始沿法向N慢速向工件的被測(cè)點(diǎn)趨近，當(dāng)接觸狀態(tài)達(dá)到要求后發(fā)出零信號(hào)，對(duì)測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，讀數(shù)頭在X軸、Y軸和Z軸上分別測(cè)量數(shù)據(jù)。

4）將數(shù)據(jù)送入計(jì)算機(jī)中處理，進(jìn)行理論值與實(shí)測(cè)值的比較，得到法向誤差值。

5）輸出測(cè)量誤差值。

6.3 輸出測(cè)量結(jié)果

測(cè)量程序編制完成后，通過(guò)使用組合式工裝與坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換關(guān)系，快速設(shè)定檢測(cè)坐標(biāo)系，運(yùn)行測(cè)量程序后即可得出被測(cè)點(diǎn)位的坐標(biāo)值、與理論坐標(biāo)比對(duì)值以及判定結(jié)果值。支臂零件26個(gè)測(cè)量點(diǎn)位的型面公差測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

圖4 支臂零件型面公差測(cè)量結(jié)果

6.4 驗(yàn)證比對(duì)效果

1）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)量精度高，且檢測(cè)質(zhì)量一致性好，避免了量具磨損或人為造成的誤差，更好地保證了零件質(zhì)量要求和裝配使用需求。

2）三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)效率高，基于橋式三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可以建立快速測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)支臂零件加工完成后的快速測(cè)量，從而提高零件的檢測(cè)速度與周轉(zhuǎn)周期。

3）測(cè)量結(jié)果可反映出其質(zhì)量波動(dòng)變化情況，若將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理分析，可有針對(duì)性地規(guī)避或預(yù)防后續(xù)生產(chǎn)或裝配過(guò)程中產(chǎn)生的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，用于生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定性監(jiān)控，為生產(chǎn)過(guò)程的改進(jìn)提供數(shù)據(jù)支撐。

7 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)鈦合金支臂結(jié)構(gòu)及材料特點(diǎn)，研究了零件數(shù)控加工的工藝、編程技術(shù)和組合式快速測(cè)量等關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)原工藝方案進(jìn)行大膽改進(jìn)，尤其是斜耳片厚度、兩耳片交接處等關(guān)鍵部位的加工質(zhì)量控制，優(yōu)化了工藝質(zhì)量控制流程。通過(guò)在飛機(jī)中、小結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)線(xiàn)上的應(yīng)用，證明了加工過(guò)程質(zhì)量控制方案不僅提高了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)件加工效率，而且穩(wěn)定了產(chǎn)品質(zhì)量一致性，提升了表面質(zhì)量，避免了零件變形，保證了零件的關(guān)鍵尺寸，完全滿(mǎn)足裝配要求。