机翼的蒙皮

现代飞机的蒙皮广泛使用硬铝、超硬铝、铝锂合金新材料，有些飞行马赫数约为2.5的高超声速飞机使用钛合金；有些飞行马赫数约为3的飞机使用不锈钢蒙皮。夹层蒙皮由上、下两块面板和中间芯材组成，芯材有蜂窝夹芯、泡沫塑料、波纹板等。复合材料蒙皮(或壁板)由于其特殊的优异性能，被广泛地用于第四代战斗机和近些年来设计的飞机的翼面结构上。

Dufieux® 公司蒙皮镜像铣技术是大约15年前与空中客车公司合作开发的一种专用加工中心，可对三维铝蒙皮件进行双面高速减薄铣削、钻孔和修边作业。

它由两台镜像布置的六轴六联动铣床构成，它们同步运动，在夹持零件的同时两侧对称运动。一个配有铣削用电主轴，另一个则支撑一个反向支撑，始终保持工件接触，抑制加工过程中的振动。

零件被固定于灵活的夹持中，由一个带夹具的框架构成，夹具可以适应不同的形状。当在柔性加工生产线布局下，穿梭运输车允许同时管理多个部件，为多台并列主机上下料，优化了工件装载/卸载时间。

蒙皮镜像铣床销售电话：135 0128 2025

五轴加工技术

五轴加工之镜像铣削加工奇异区域刀具路径优化

图1：飞机蒙皮

2、蒙皮工件加工现状

2.1、第一代：传统工艺-化铣

飞机蒙皮工件通过拉伸成形或滚弯成形后，通常采用化铣工艺进行后续加工。化铣虽然可以解决复杂凹腔 / 凹面的加工问题，但存在化学污染、耗电量大、消耗铝材无法回收等问题。

图3：第二代-数铣

2.3、第三代：镜像铣

针对传统蒙皮工件加工存在的问题，一种新技术应用到蒙皮工件的加工中，即蒙皮镜像铣切系统。目前国外法国Dufieux公司和西班牙M.Torres公司研制的装备已在航空制造企业应用。国内大连理工大学、上海交通大学、天津大学、航空工业制造院等单位在双五轴镜像装置、柔性夹具乃至整机进行了研究。

在蒙皮镜像铣切系统中，铣削刀具的位置和姿态与背部协同顶撑装置的位置和姿态时刻成镜像关系，同步协同运动，完成蒙皮加工。蒙皮镜像铣切系统可替代化铣加工步骤及所需设备，一次装夹完成蒙皮所有加工（铣面、铣下陷、铣通窗、切边、钻孔），具有高精度、小污染、能耗小的特点，可实现飞机单曲和双曲蒙皮的先进制造工艺技术。

图5：MTorres公司的蒙皮镜像铣切系统

二、镜像铣概述

1、蒙皮镜像铣切系统组成

蒙皮镜像铣切系统是为替代化铣加工而开发的新一代蒙皮精确制造设备，具备机身蒙皮、机尾翼蒙皮等单曲面和双曲面蒙皮零件壁厚铣薄、蒙皮切边、钻孔等加工能力。

该系统包含1台卧式 TORRESMILL机床、1台卧式TORRESMILL柔性夹具以及 1 个顶撑装置TORRESHOLDER。TORRESHOLDER顶撑装置能够在TORRESMILL机床进行蒙皮下陷铣削时，从背后对蒙皮工件进行顶撑。为了获得高柔性化，TORRESMILL机床必须与TORRESTOOL柔性夹具装置以及TORRESHOLDER蒙皮顶撑装置实现集成化和协同工作。TORRESHOLDER集成了超声波厚度在线控制和补偿系统，该系统可检测最终加工完成后的工件厚度，并可实现蒙皮加工过程厚度实时检测和补偿功能。

图7：蒙皮镜像铣切系统加工原理图

卧式TORRESMILL机床包含X、Y、Z、V、W这5个移动轴和A、C、U这3个旋转轴，其中W轴 可实现100mm的主轴线性移动，V轴为主轴推头的轴向运动轴，可实现沿W方向轴向运动。U轴为防振颤装置绕刀轴旋转运动轴。为了防止蒙皮加工过程颤振，在钻孔和切通窗过程中在切削铣头上安装带有气动压力制动器的推头装置，将蒙皮工件压紧在背部TORRESHOLDER上。下图 为TORRESMILL铣头工作原理。

图9：MTorres公司的蒙皮镜像铣切系统

四、使用SINUMERIK DGEN功能实现镜像铣的双五轴镜像加工

1、镜像铣运动分析和系统配置

1.1、镜像铣削系统运动分析

SINUMERIK DGEN（Dual Generic Transformation）功能（选件及编译循环）是SINUMERIK 840D sl运动学变换的一种，可实现双五轴镜像结构机床的镜像控制，其选件订货号为6FC5800-0AN34-0YB0。下图为C-A和B-A镜像结构耦合运动简图，其运动主要包含铣削运动和顶撑运动，即主动部分和从动部分组成，可通过SINUMERIK DGEN在加工坐标系WCS下进行耦合运动。主动部分和从动部分的Base Coordinate System分别为BCSMaster和BCSSlave，BCSSlave相对于BCSMaster的位置用FMS表示。

图11：双五轴镜像结构机床拓扑结构

1.2、双五轴镜像耦合运动配置

SINUMERIK DGEN中耦合运动转换主要是主动运动和从动运动通道数据设置，如下图所示。耦合运动通过TRAORI (2)激活，通过CC_FRAME实现铣削结构线性运动平移至顶撑结构（主动→从动平移），其配置如下：

（1）耦合双五轴镜像运动配置

DEF FRAME MYFRAME

MYFRAME = $P_ACTFRAME

MYFRAME[YC2,TR] = MYFRAME[Y,TR]

MYFRAME[ZC2,TR] = MYFRAME[Z,TR]

CC_FRAME(MYFRAME)

从动为五轴运动，定义从动轴：MD 62186 $MC_DGEN_SLAVE_ORI_MODE = 5

镜像耦合运动后的代码为：WCS: X, Y, Z, A, C, XA, YA, ZA, AA, BA

（2）基于OEM的运动变换配置

变换定义：MD 24200 $MC_TRAFO_TYPE_2 = 4100

轴的耦合定义在MD 24210 $MC_TRAFO_AXES_IN_2中进行定义。

变换2的轴分配（ MD 24210 $MC_TRAFO_AXES_IN_2 ）；

$MC_TRAFO_AXES_IN_2 [0] = $MC_TRAFO_AXES_IN_1 [0] (主通道)

$MC_TRAFO_AXES_IN_2 [1] = $MC_TRAFO_AXES_IN_1 [1]

$MC_TRAFO_AXES_IN_2 [2] = $MC_TRAFO_AXES_IN_1 [2]

$MC_TRAFO_AXES_IN_2 [3] = $MC_TRAFO_AXES_IN_1 [3]

$MC_TRAFO_AXES_IN_2 [4] = $MC_TRAFO_AXES_IN_1 [4]

$MC_TRAFO_AXES_IN_2 [5] = 0

$MC_TRAFO_AXES_IN_2[6-10] =从运动通道轴数

（3）FMS配置

通道1激活： TRAORI(2)

通道2激活： MD 62185 $MC_DGEN_INVERT_FMS = TRUE

通道2五轴： MD 62186 $MC_DGEN_SLAVE_ORI_MODE = 5

图13：镜像运动控制铣削的蒙皮零件