阅读说明：本技术 一种用于周向无基准的复材零件机械加工的方法 (Method for machining composite part without reference in circumferential direction ) 是由 潘春林 何凯 赵砚 严方超 陈志霞 黎玉钦 郭渊 杨春 华文龙 任慧敏 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于周向无基准的复材零件机械加工的方法,包括以下步骤：步骤一：建立机加坐标系；步骤二：初定位三个辅助基准不合格的情况下验证坐标系,通过逆向反推后的三个辅助基准孔实际值建立坐标系,重新测量零件特征,保证在此坐标系下,测量结果合格,送至五轴机加且三个基准孔实际值作为正式基准孔作为机加坐标系的基准；步骤三：机加；步骤四：最终测量,以四个基准孔建立坐标系。测量所有立筋轴线度,腹板表面立筋的轴线度要求为±1mm,测量腹板和外缘翻边轮廓度,轮廓度要求为0.75mm,测量装配定位孔位置度,定位孔位置度要求为0.3mm,测量工艺孔孔径,孔径大小公差要求参考HB7741标准。(The invention discloses a method for machining a composite part without reference in the circumferential direction, which comprises the following steps: the method comprises the following steps: establishing a machine-to-machine coordinate system; step two: verifying a coordinate system under the condition that the three auxiliary references are unqualified in initial positioning, establishing the coordinate system through the actual values of the three auxiliary reference holes subjected to reverse back-pushing, re-measuring the characteristics of the part, ensuring that the measurement result is qualified in the coordinate system, and sending the measured result to a five-axis machining tool and taking the actual values of the three reference holes as formal reference holes as references of the machining tool coordinate system; step three: machining; step four: and finally, measuring, and establishing a coordinate system by using four reference holes. The axial degree of all studs is measured, the axial degree requirement of studs on the surface of a web is +/-1 mm, the profile degree requirement of flanges on the web and the outer edge is 0.75mm, the position degree of an assembly positioning hole is measured, the position degree of the positioning hole is required to be 0.3mm, the aperture of a process hole is measured, and the requirement of aperture size tolerance is referred to HB7741 standard.)

一种用于周向无基准的复材零件机械加工的方法

技术领域

本发明涉及先进复合材料制造技术领域，尤其涉及航空器、航天器、汽车行业中的高性能碳纤维复合材料结构件机加制造。

背景技术

树脂基碳纤维复合材料具有比强度、比刚度高，结构一体化成都高，可设计性强，抗疲劳断裂性能好，耐腐蚀，尺寸稳定性好等有点，目前已经成为航空、航天、交通等领域中应用十分广泛的高性能结构材料。

随着对复合材料零件强度、刚度要求的日益提高，零件的结构也越来越复杂，其中带有周向圆盘附带立筋结构的圆框是典型结构件之一。此类零件中复材成型过程中无法制作产品的加工和检测基准，在周向复材平板上有立筋或翻边结构，在制造这类零件时，立筋相互间的位置，因装配精度要求，机加的定位孔和其他工艺孔对立筋的相对位置度要求通常比较严格。

传统的金属加工模式是直接在金属体本身上，先加工基准，根据基准和数模编程对金属体进行切削，直接切削成型。所有的特征都是机械加工出来的。而复材件的很多特征都是复材成型，机加部分内容只是切除零件表面净边线和余量线之外的多余部分，不切削零件表面。零件特征不是机加出来的，而是直接成型出来的。所以复材机加和金属机加的工艺是不一样的。

一般情况下的复材机加模式通过在复材成型工装上的钻模孔制作零件产品放置在机加工装上的定位销孔进行定位，将零件产品与机加工装进行叠合。采用机加工装的基准孔进行坐标系建立，进行机加。

周向无基准的复材零件存在79框和80框，是919飞机通用称谓,业内通用称谓，两种重大的关键零件。两种零件的主要结构均属于平面腹板加筋条的类型，且在零件复材铺贴成型时，为保证成型工装气密性均不能在腹板成型工装上加制钻模孔。导致复材成型过程中以及过程后都无法建立基准孔特征。

目前采用筋条加零件表面刻线的方法进行验证坐标系。但是筋条的精度要求是轮廓度±1mm,且限位时是采用其中部分筋条，不能完全反映所有筋条的实际位置，有以偏概全的现象。零件表面的刻线也会随着因零件膨胀系数变化，刻线的位置会发生变化。如此，会导致这样的定位方式重复精度非常差，且定位不准确，在这种情况下，定位所加工出的基准孔，对后期的机加定位和测量结果都会造成很大的误差。

发明内容

本发明的目的是提出一种周向无基准的复材零件逆向确定基准定位机加的的方法，该类周向无基准的复材零件的主要结构均属于平面腹板加筋条的类型，且在零件复材铺贴成型时，为保证成型工装气密性均不能在腹板成型工装上加制钻模孔，导致复材成型过程中以及过程后都无法建立基准孔特征。通过使用三坐标测量或机加在线测量完成基准孔的精确加工，解决产品因零件无基准，或因基准误差导致后续机加误差导致产品报废的难题。

本发明的技术方案为：一种用于周向无基准的复材零件机械加工的方法，包括以下步骤：

步骤一：建立机加坐标系，

详细步骤为：1、采用切钻工装自带的辅助初定位装置对复材零件进行定位，并通过腹板筋条进行初步定位，最终通过零件表面刻线进行初步验证；2、将零件位摆放到切钻工装坐标系下，将零件和机加数模拟合；3、在零件的余量区外进行三个辅助基准孔的机加并赋予在当前数模下的三个辅助基准孔的坐标理论值；4、通过三坐标进行测量，测量基准为三个辅助基准孔，采用迭代法建立坐标系；5、根据测量合格结果，送至五轴机加且三个基准孔的理论值作为正式基准孔作为机加坐标系的基准。

步骤二：初定位三个辅助基准不合格的情况下验证坐标系，通过逆向反推后的三个辅助基准孔实际值建立坐标系，重新测量零件特征，保证在此坐标系下，测量结果合格，送至五轴机加且三个基准孔实际值作为正式基准孔作为机加坐标系的基准。

步骤三：机加，通过验证后的三个辅助基准孔建立坐标系进行正式的四个基准孔机加。后续的机加工序都将以正式的四个基准孔建立坐标系进行加工和测量。

步骤四：最终测量，以四个基准孔建立坐标系：测量所有立筋轴线度，腹板表面立筋的轴线度要求为±1mm,测量腹板和外缘翻边轮廓度,轮廓度要求为0.75mm，测量装配定位孔位置度，定位孔位置度要求为0.3mm,测量工艺孔孔径,孔径大小公差要求参考HB7741标准。

所述步骤一中建立机加坐标系的详细步骤四中需测量立筋轴线度，立筋要求为±1mm,腹板轮廓度或和外缘翻边的轮廓度，轮廓度要求为0.75mm。

所述步骤一中建立机加坐标系的详细步骤五中如测量结果不合格，则根据立筋的偏差和轮廓度的偏差值对坐标系进行旋转和偏置，进行逆向计算。保证测量结果合格，然后在当前坐标系下测量三个辅助基准孔实际值。

本发明的目的是通过使用三坐标测量或机加在线测量完成基准孔的精确加工，并如下优点：

（1）消除原有技术的定位准确性差，重复性不好，加工精度低，产品合格率低的情况。

（2）无需添加检验工装，后期可通过在线测量快速定位，且定位准确，精度高。

（3）在产品余量区增加辅助检验基准孔，不破坏产品的最终结构和外形。

（4）可重复测量验证，且数据化、科学化、合理化。

附图说明

图1 79框采用切钻工装上的辅助工装初定位示意图；

图2 79框余量区的三个辅助基准孔和验证坐标正确后加工出的四个公用基准位置示意图；

图3 79框产品机加后，后航向面立筋与腹板整体数模示意图；

图4 79框产品机加后，前航向面面立筋与腹板整体数模示意图 ；

图5 80框采用切钻工装上的辅助工装初定位示意图；

图6 80框三个辅助基准初孔和验证坐标正确后加工出的终孔基准位置示意图1；

图7 80框三个辅助基准初孔和验证坐标正确后加工出的终孔基准位置示意图2；

图8 80框产品所有机加工序完成后产品数模示意图。

具体实施方式

下面对本发明作出进一步说明，参见附图。一种周向无基准的复材零件逆向确定基准定位机加的的方法，使无法精确建立基准的产品，通过初定位和测量逆向工程，建立准确的基准方式，为机加加工精度打下基础。

具体实施例1

（1）采用79框切钻工装自身基准特征建立机加坐标系。

（2）如图1所示，采用79框切钻工装自带的辅助初定位装置对79框零件进行初定位，通过定位筋条进行初步模糊定位，并通过79框表面刻线进行初步验证。将79框定位摆放到79框切钻工装坐标系下，将79框和机加数模拟合。

（3）如图2所示，在79框的余量区外进行三个辅助基准孔的机加并赋予在当前数模下的三个辅助基准孔的坐标理论值。

（4）通过三坐标进行测量。测量基准为三个辅助基准孔，采用迭代法建立坐标系，测量立筋轴线度，要求为±1mm；腹板轮廓度，要求为0.75mm。

（5）根据测量结果进行判定下一步工序。①测量结果合格，送至五轴机加且三个基准孔的理论值作为正式基准孔作为机加坐标系的基准。下一步骤为机加四个公用基准孔工序。②测量结果不合格，根据立筋的偏差和轮廓度的偏差值对坐标系进行旋转和偏置，保证测量结果合格，然后在当前坐标系下测量三个辅助基准孔实际值。

（6）验证坐标系。通过逆向反推后的三个辅助基准孔实际值建立验证坐标系，重新测量零件特征，保证在此坐标系下，测量结果合格。送至五轴机加，且三个基准孔实际值作为正式基准孔作为机加坐标系的基准。

（7）机加四个公用基准孔。通过验证后的三个辅助基准孔建立坐标系进行正式的基准孔机加。79框将通过三个辅助基准孔，在余量区加工四个公用定位基准孔，供后航向面立筋二次固化的定位基准。二次固化内容为后航向面的立筋与腹板的固化。固化后，同样以四个公用定位基准孔作为基准建立机加坐标系，加工工艺孔、装配定位孔以及净边加工。

（8）经过最终三坐标检验，测量所有特征项：立筋轴线度，要求为±1mm；测量腹板轮廓度，要求为0.75mm；测量装配定位孔位置度，要求为0.3mm；测量工艺孔孔径，根据孔径大小公差要求参考HB7741，全部满足要求。得到的产品如图3、4所示，产品合格，且经过三个正常架次和PPV的生产验证，本操作方案操作稳定，数据良好。

具体实施例2

（1）采用80框切钻工装自身基准特征建立机加坐标系。

（2）如图5所示，采用80框切钻工装自带的辅助初定位装置对零件进行初定位，通过定位筋条进行初步模糊定位。将产品定位摆放到切钻工装坐标系下，将产品和机加数模拟合。

（3）如图6、7所示，在80框的大直径工艺孔余量区外进行三个小直径的辅助基准孔的机加并赋予在当前数模下的三个辅助基准孔的坐标理论值。

（4）通过三坐标进行测量，测量基准为三个小直径的辅助基准孔，采用迭代法建立坐标系，测量立筋轴线度，要求为±1mm；腹板轮廓度和外缘翻边的轮廓度，要求为0.75mm。

（5）根据测量结果进行判定下一步工序。①测量结果合格，送至五轴机加且三个基准孔的理论值作为正式基准孔作为机加坐标系的基准。下一步骤为机加工序。②测量结果不合格，根据立筋的偏差和轮廓度的偏差值对坐标系进行旋转和偏置，保证测量结果合格，然后在当前坐标系下测量三个辅助基准孔实际值。

（6）验证坐标系。通过逆向反推后的三个辅助基准孔实际值建立坐标系，重新测量80框特征，保证在此坐标系下，测量结果合格。送至五轴机加且三个基准孔实际值作为正式基准孔作为机加坐标系的基准。

（7）机加。通过验证后的三个小直径辅助基准孔建立坐标系进行正式的基准孔机加。后续的机加都将以正式的基准孔建立坐标系进行加工。80框在三个小直径辅助基准建立坐标系后，将三个小直径辅助基准孔扩孔至理论形状，并进行工艺孔、装配定位孔和外缘翻边的加工。

（8）经过最终三坐标检验，测量所有特征项：立筋轴线度，要求为±1mm,测量腹板和外缘翻边轮廓度，要求为0.75mm；测量装配定位孔位置度，要求为0.3mm；测量工艺孔孔径，根据孔径大小公差要求参考HB7741，全部满足要求。得到的产品如图8所示，产品合格，且经过三个正常架次和PPV的生产验证，本操作方案操作稳定，数据良好。