大型航空复杂接头零件的高效复合加工技术

　　在飞机各类主要结构件中，大型复杂接头零件是结构最为复杂，装配协调关系复杂的典型关键零件之一，其中代表性的是飞机主起支撑接头零件，在国内外目前主要客机研制中，此类零件的研制是最为关键的环节之一。

　　飞机主起支撑接头，是连接机翼和主起落架的关键受力件，需满足飞机起降的载荷强度要求，保证起落架与机翼的协调装配、协调起落架的收放（图1）。飞机主起支撑接头毛料一般为大型铝合金锻件，零件呈复杂箱体结构，其工艺结构特点表现为毛料厚、槽腔深、角度大、型面复杂，加工时的定位和装夹困难，尤其是具有精密装配协调关系要求的主起后交点孔和梁基准面的协调加工，是长期困扰该类零件研制的技术瓶颈。由于该零件材料去除余量大，粗加工后需淬火热处理，结构上抗变形能力差，因内应力的重新分布极易造成较大的加工变形，从而影响零件的精度以及后续装配。

　　长期以来，该类零件的加工工艺过程十分复杂，需要复杂的装夹切换、加工方式的变换，从而达到控制加工变形，保证关键部位的尺寸协调精度的目的。过长的工艺过程造成加工不确定性的增大，同时，超长加工周期严重制约飞机总体研制进度，效率问题极为突出，加大了飞机研制的成本。

　　近年来，随着航空产品研制日益快速化的发展需要，飞机主起支撑接头等大型复杂关键结构件的高效加工问题尤为突出，高效复合加工技术的应用得到了广泛的重视，如图2所示。

　　传统工艺技术分析

　　由于飞机主起支撑接头类零件具有十分复杂的结构以及高精度的装配协调要求。因此，传统的加工工艺需要进行多次的装夹定位切换和多种不同工艺类型的变换，研制周期往往达数月，涉及铣、钻、镗、钳、喷丸、测量、热表处理等众多工种，是飞机研制的一大瓶颈。传统的加工工艺主要流程为：

　　检查余量→铣基准→粗加工正面→粗加工反面→热处理→时效→修正基准→半精加工正面→半精加工反面→时效→修正基准→精加工正面→扩铰定位孔→精加工反面→镗孔、锪窝→数控测量→钳工修配→喷丸→表处→装配。

1、工位装夹切换及结构变形分析

　　飞机主起支撑接头属复杂箱体类零件，毛料厚度一般能达到500mm，是关键受力件，因此，通常采用大型铝合金锻料毛坯。由于该类零件材料去除余量大，粗加工后需淬火热处理，结构上抗变形能力差，因内应力的重新分布极易造成较大的加工变形。在总体加工工艺过程中，需要充分考虑变形控制因素，这也大大增加了工艺过程的复杂性，需要进行多次反复的工位装夹切换，控制变形。另一方面，反复的工位装夹切换给各工位加工尺寸的协调性带来很大困难，增加了工艺过程的不稳性。

　　尤其是深U形双耳结构精度及后梁面（图3）变形控制难度大，并会直接导致飞机主起支撑接头后续安装失败。由于毛坯初始残余应力的释放和重新分布，铣削加工引入的残余应力，以及铣削力、切削热和装夹载荷的作用，导致零件加工过程中和加工完后的一段时间内，刚性较弱的部位会产生局部变形。主要体现在：

　　（1）U形双耳结构变形，导致双耳结构的平行度很难保证；

　　（2）后梁端面与两侧缘板断开，导致后梁平面加工后蠕变变形，主起后交点与后梁平面的装配协调尺寸难以保证。

　　传统的加工装夹方法是在零件的两侧缘板外形上设计工艺凸台进行定位装夹，进行反复的正反面槽腔加工切换、镗铣切换（图4）。由于与凸台相连的缘板刚性相对较弱，装夹切换误差积累、应力释放变形造成的精度不确定性就较大。