运载器排焰口的自动铣切工艺研究.pdf
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1、Journal of Aerospace Science and Technology 国际航空航天科学国际航空航天科学,2023,11(2),39-46 Published Online June 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/jast https:/doi.org/10.12677/jast.2023.112006 文章引用文章引用:张秀艳,王树华,李哲,于炳涛,杨华飞,景迪,王洋.运载器排焰口的自动铣切工艺研究J.国际航空航天科学,2023,11(2):39-46.DOI:10.12677/jast.2023.112006 运载器
2、排焰口的自动铣切工艺研究运载器排焰口的自动铣切工艺研究 张秀艳,张秀艳,王树华王树华,李李 哲哲,于炳涛于炳涛,杨华飞杨华飞,景,景 迪迪,王王 洋洋*中国运载火箭技术研究院,首都航天机械有限公司,北京 收稿日期:2023年4月13日;录用日期:2023年6月8日;发布日期:2023年6月14日 摘摘 要要 针对传统手工制运载器排焰口精度差、效率低、工人劳动强度大等问题,借用自动钻铆设备,提出自动针对传统手工制运载器排焰口精度差、效率低、工人劳动强度大等问题,借用自动钻铆设备,提出自动铣削窗口的方式,突破了基于线激光校准的桁条高精度定位技术、粗铣留余量铣削窗口的方式,突破了基于线激光校准的桁条
3、高精度定位技术、粗铣留余量精铣角度补偿法技术和精铣角度补偿法技术和基于程序嵌套的快速编程技术,实现了排焰口的自动铣切,并与手工铣切进行了对比,自动铣切效率高、基于程序嵌套的快速编程技术,实现了排焰口的自动铣切,并与手工铣切进行了对比,自动铣切效率高、精度高、质量一致性好。精度高、质量一致性好。关键词关键词 排焰口排焰口,自动铣切自动铣切,角度补偿角度补偿 Research on the Automatic Milling Technology of Rocket Flame Outlet Xiuyan Zhang,Shuhua Wang,Zhe Li,Bingtao Yu,Huafei Yan
4、g,Di Jing,Yang Wang*Capital Aerospace Machinery Co.,Ltd.,China Academy of Launch Vehicle Technology,Beijing Received:Apr.13th,2023;accepted:Jun.8th,2023;published:Jun.14th,2023 Abstract In order to solve the problem of poor accuracy,low efficiency and high labor intensity of rocket flame outlet usin
5、g traditional manual milling,the automatic milling is proposed by using the au-tomatic riveting equipment.It breaks through the key technology of high precision positioning of stringer using line laser calibration,leaving a margin when rough milling and angle compensation when precision milling,fast
6、 programming technique based on program nesting,and realizes the automatic milling of flame outlet hatch.Compared with manual milling,automatic milling has high efficiency,high precision and good quality consistency.*通讯作者。张秀艳 等 DOI:10.12677/jast.2023.112006 40 国际航空航天科学 Keywords Flame Outlet Hatch,Au
7、tomatic Milling,Angle Compensation Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.引言引言 现有的运载器级间分离通常采用热分离方案,级间段上须开排焰口来满足发动机点火的排焰需求,对于蒙皮桁条铆接部段,排焰口设置在相邻桁条和中间框之间,
8、为矩形结构 1。为保证排焰效果,排焰口数量较多,一个级间段产品上多达上百个排焰口。某产品一二级级间段排焰口位置如图 1 所示,位于级间段靠近下端框处,沿周向进行布置。级间段产品采用壁板方式装配 2,先在壁板自动钻铆设备上完成壁板的自动钻孔和铆接,再在铆接型架上完成壁板的组装。为保证开口位置的准确性,排焰口通常在蒙皮与桁条铆接完成后再制出。Figure 1.Outlet location map 图图 1.排焰口位置图 排焰口的传统制造方法为手工钻孔后再铣磨,但这种方式存在精度差、效率低、工人劳动强度大等问题,同时壁板结构产品无法采用普通的数控加工设备进行装夹。随着自动钻铆技术的应用,在进行壁板
9、自动铆接后可以利用壁板设备的铆接末端拓展铣切功能,直接进行排焰口自动铣削,无需进行装夹,从而提高加工效率和铣切质量。诸多学者对自动钻铆进行了工艺研究,得出钻孔、铆接最优工艺参数 2 3,但尚缺乏对部段状态下铣削窗口的工艺研究,本论文为国内首次利用壁板自动钻铆设备进行在产品壁板状态下进行铣切。目前研究进展为成熟应用阶段,形成了完备的工艺技术。2.手工铣切工艺方法手工铣切工艺方法 排焰口的传统手工铣切方法如图 2 所示,根据图纸或者安装样板划出排焰口位置线,使用风钻沿排焰口轮廓连续钻孔,使用榔头锤掉排焰口蒙皮,使用风铣刀一点点把排焰口修齐,打磨切口直至符合设计尺寸及光洁度要求。该方式存在以下不足:
10、精度差,尺寸难以保证。操作过程完全靠手工保证,定位精度差,且对人员熟练度要求较高。效率低、劳动强度大。需使用风钻将开排焰口部位轮廓密密麻麻地钻出孔,上百个窗口通常需要 4 名操作者连续工作 3 天才能完成。操作过程中需要高强度的重复性劳动,操作人员极易疲劳。存在损伤产品风险。操作过程人工操作,容易出现工具脱手损伤蒙皮的问题。Open AccessOpen Access张秀艳 等 DOI:10.12677/jast.2023.112006 41 国际航空航天科学 Figure 2.Flow chart of traditional production process of drain port
11、 图图 2.排焰口的传统制作工艺流程图 3.自动铣切工艺方法自动铣切工艺方法 3.1.壁板定位壁板定位 级间段壁板在壁板自动钻铆设备上的定位如图 3 所示,在自动钻铆设备上完成壁板的自动制孔和铆接后,产品不下架,更换铣刀进行排焰口的铣切。Figure 3.Positioning of inter stage panel on panel automatic drilling and riveting equipment 图图 3.级间段壁板在壁板自动钻铆设备上的定位 产品长达四米,桁条在这个长度上直线精度非常差,而排焰口均位于各个桁条间,若沿着桁条边直线铣切排焰口边缘会伤到桁条或者排焰口距桁条
12、过远。设计要求窗口铣切精度为1 mm,采用手工铣切时可用样板或人工划线来保证,但自动铣切时,由于桁条定位精度为1 mm,同时考虑设备本身精度、壁板定位精度等,很难保证窗口铣切精度,因此亟需进行技术攻关。3.2.铣切工艺参数研究铣切工艺参数研究 影响铣切质量的因素主要有:主轴转速、进给量和刀具半径。主轴转速是铣切的重要工艺参数之一,合理选择设备主轴转速参数不仅能提高加工效率,同时可以减少毛刺产生,保证铣切质量 4。结合生产经验,初步选择转速 4000 r/min10,000 r/min 作为试验参数。采用试验件进行铣切工艺参数研究。铣切时切削效率与主轴转速、进给量有关。如果进给速度过大,容易产生
13、毛刺等缺陷,造成铣刀烧蚀、折断;但进给速度过小,铣切效率低下,初步选择进给量 0.03 mm/r0.08 mm/r。刀具半径影响铣刀径向跳动,进而影响切削性能、铣切质量。初步选择刀具半径 R10。综上,初步确定的铣切试验工艺参数范围如表1 所示。Table 1.Product inspection refined management process description 表表 1.产品总检查精细化管理流程描述 项目 刀具半径()主轴转速(r/min)进给量(mm/r)参数 R5、R10、R15 400010,000 0.030.08 针对表所列工艺参数范围按照三个参数水平进行细化,3 项参
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