一、引言

　　隨著制造加工技術、檢測技術的不斷進步和三維C A D/C A M軟件功能的日 益完善，零件的加工制造可以通過多 種途徑得以實現。由于機床Z 軸行程的 限制，某型號柱段上12個支座的儀器 安裝面無法在裝配狀態下進行傳統組 合加工。本文采用逆向的設計思路， 基于支座儀器安裝面首次裝配狀態下 的原始精測數據，應用U G C A M軟件模 擬真實裝配狀態進行三維建模，在計 入柱段基體變形的前提下，對零件的非裝配狀態進行二次加工，從而使支 座零件在二次裝配后實現儀器安裝面 的形位精度滿足圖紙設計要求。

　　二、傳統組合加工難點分析

　　1.零件裝配狀態及加工特征

　　根據設計要求，某型號柱段壁板 殼體上要安裝12個支座零件，在這些支 座上要進行相應儀器的后續安裝，因 此要求12個支座裝配后保證儀器安裝面(以下定義為C 面)與整艙Ⅱ～Ⅳ象限 平面距離為1000～2000mm不等，尺寸公 差均為±1m m，C 面相對于Ⅱ～Ⅳ象限 平面的平行度為0.1m m，自身平面度為0.05m m。十二個支座在柱段艙體上的分 布如圖1所示，除12號支座在I象限外， 其余各支座均在Ⅲ象限一側。圖2為6號支座位置的俯視示意圖，設計要求C 面距Ⅱ～Ⅳ象限平面距離為R±1m m，平 面度小于0.05m m，與Ⅱ～Ⅳ象限平面的 平行度在0.1mm以內。

圖1 支座分布示意圖(Ⅲ象限)

圖2 支座6在俯視圖中的位置

　　2.組合加工方案瓶頸

　　由設計裝配狀態可知，零件安裝 在 柱 段艙體外壁上。由于裝配誤差， 當支座零件聯接到柱段艙體上時，由于 基體變形的影響，一定無法滿足C 面的 形狀位置精度。無論采用柱段艙體直立而機床主軸臥式加工的方式，還是柱段 艙體橫臥而機床主軸立式加工的方式， 都要滿足以下條件才能加工：(1)機 床各軸的行程足夠大，以使刀具可達到 任一支座零件的加工位置;(2)工作 臺的面積足夠大，以保證整星柱段艙體 的定位及裝卡;(3)機床結構足夠合 理，以避免裝卡及加工過程中的干涉。由于整艙尺寸過大，在現有的條件下， 沒有滿足上述三個條件的設備支持整星 傳統組合加工的進行。

　　此外，對于類似大型裝配結構件 而言，組合加工是個系統工程，需要進行復雜甚至是高度危險的運輸過程，需 要復雜的卡具甚至是設計專用卡具進行 裝卡，找正定位過程復雜且不易操作。 因此，對于12個支座零件而言，傳統的 組合加工方案在實施過程中存在瓶頸。

　　三、新方法的理論基礎及 實施過程

圖3 安裝基體變形后支座的位置變化

圖4 零件單體加工狀態下的加工位置

圖5 理論平面與加工前C面位置關系

圖6 理論平面與加工后C面位置關系

圖7 組合加工新方法操作流程圖

　　1.新方法理論基礎

　　新方法以零件第一次裝配時組合加工面的精密測量數據為基礎，在零件 狀態下對其進行預加工，使得零件在二 次裝配后滿足設計圖紙的形狀位置精度要求。通過精測數據逆向工程，建立整 艙模型和理論模型，如圖3所示。理論 狀態無變形的柱段艙體及其上安裝的支座簡化為實線的形式，而實際狀態變形后的艙體和支座表示為虛線的形式。 依圖紙設計的要求，理論儀器安裝面始終為垂直于紙面并與Ⅱ～Ⅳ象限平面平 行，用該平面去切安裝在變形基體上的 支座，得到紙面內的切點A 和B ，則將 支座拆下后放在機床工作臺上時，切點 A 、B 和儀器安裝理論平面的位置關系，如圖4所示。采用機械加工去除陰影部分材料，即完成支座體C 面的二次加 工，二次裝配后C 面便落在儀器安裝理 論平面內，從而滿足了設計要求。

　　2.新方法的實施流程

　　以12個支座其中之一為例，介紹 新方法的具體實施步驟。首先，在支座首次裝配到柱段基體 上時，由精測儀器安裝面(C面)，得到 組合加工面初次裝配時的準確邊界和法 向矢量。得到支座零件裝配后C面的真實 位置。然后，以C面為基準按設計裝配圖 紙構建零件的實體模型，真實模擬柱段 艙體變形狀態下支座首次裝配時的空間 狀態。最后，根據實體模型和理論的儀 器安裝面位置關系(如圖5所示)確定去除材料，建立基于支座的零件坐標系，生成數控刀軌并進行零件狀態下的加 工，使其在二次裝配后，C面剛好落在儀 器安裝理論平面之內(如圖6所示)，從 而達到傳統組合加工的效果。基于檢測數據的組合加工新方法 主要包含首次裝配精密測量、二次加工 模型的建立、數控程序生成、數控加工 以及二次裝配復驗等主要步驟，完成了 柱段艙體變形的“預補償”，操作流程如圖7所示。

　　四、結論

　　本文提出的組合加工新方法，以精確測量初次裝配時組合加工面的邊界 及法向矢量為基礎，在結構件單體加工 狀態下對裝配基體的變形進行預先“補償”，從而使結構件二次裝配后的組合 加工面剛好落在理論要求平面內，達到 組合加工的目的。新方法有效地解決了 大型裝配體結構件由于硬件條件、工藝 方案等諸多限制帶來的傳統組合加工瓶頸問題。新方法將現代化精密檢測技術 與多軸數控加工技術相結合，對今后類 似的數控加工具有一定的借鑒意義。