数控技术大型航空结构件精确制造研究及应用

　　航空结构件的特点及工艺性分析航空结构件几何结构的复杂性、难加工性导致其加工精度难以保证，为满足新一代飞机结构件的精度要求。需要对数控加工过程中影响航空结构件加工精度的各种因素进行深入分析。

　　航空结构件的结构特点航空结构件是构成飞机骨架和气动外形的重要组成部分，随着飞机结构件设计水平的提高以及数控加工技术的发展。航空结构件呈现出以下的特点：

　　(1)尺寸较大：相对于传统小型结构件的组装模式，目前的结构件大量采用整体框、梁等结构，使得零件外形尺寸较大，其中梁类零件长度在通常在1m～12m之间，框类零件轮廓尺寸最大可达4m×2.5m。

　　(2)结构复杂：以整体、单件的方式代替传统的组装、多件的结构模式，导致零件的结构复杂：零件大量采用双面薄壁、多加强筋、多转角、深槽腔以及鼓包、交点孔等结构。如图1所示。

　　(3)精度要求高：为满足精确装配需要，零件气动外形、结合叉耳、鼓包、交点孔以及关键部位壁厚、槽宽等特征的精度要求较高，通常公差要求需满足±0.05mm。甚至达到±0.02mm。

　　(4)材料多样性：飞机结构件需满足高强度、耐疲劳等特性。因此除了常用的铝合金材料，还会包括一些高强度难加工材料，如钛合金、不锈钢等。

航空结构件的工艺性分析

图1复杂航空结构件示意图

　　航空结构零件的复杂结构特点以及较高的精度要求，使零件在加工中体现出了作为飞机零件的工艺特点：

　　(1)易变形：由于航空结构件存在大量薄壁结构，是典型的弱刚性零件，受加工允许的精度范围。

　　(2)难加工：一方面，航空结构件采用的钛合金、高温合金和复合材料本身属于难加工材料。另一方面，其复杂深腔结构造成刀具长径比很大，刀具刚性变差，容易产生颤振和变形，影响加工精度，同时由于槽腔狭窄、排屑困难，产生的切屑容易挤压刀具形成二次切削，影响表面质量。

　　影响航空结构件加工精度的因素制约航空结构件精确加工的因素较多，其中最主要的体现在机床、工艺系统和工艺方法等方面。

　　(1)机床精度：数控机床精度又主要体现在几何精度、动态精度两个方面。几何精度是指机床静态时主要部件的形状、位置精度，包括工作台面的平行度、坐标之间的垂直度、摆角定位精度等；机床几何精度仅为机床的理论精度，在机床实际使用过程中，受到机床外部环境、内部结构热变形、加工过程的振动等因素影响，机床动态精度将远低于静态精度。

　　(2)工艺系统：工艺系统由刀具系统、工件、夹具等要素组成，刀具系统结构复杂，刀柄夹持方式较多，刀具材料、结构形式多样。导致刀具系统制造的误差积累，造成刀具轴线和机床主轴轴线不重合，从而导致零件过切或变形影响零件加工精度：由于航空结构件尺寸大、壁薄。如果加工区域温度远高于其他区域。会造成工件变形；大尺寸、刚性的结构件装夹时须考虑零件各个部位的压紧状态，以及夹具与机床工作台之间采用定位销连接，这两个因素同样会因误差积累而产生夹具找正误差。

　　(3)工艺方法：加工过程中的切削参数、走刀轨迹等对零件的加工精度也会构成影响。切削参数包括切削速度、进给量、轴向切深、径向切宽等，不合理的切削参数往往会使切削力不稳定、加快刀具磨损，影响零件加工精度及表面质量；实际机床运行中拐角处进给停顿、铣刀的切入点和切出点均会产生接刀痕迹，以及不合理的加工顺序都会导致零件刚性变差从而进一步影响表面粗糙度和精度。

图2薄壁航空结构件示意图