大型航空复杂接头零件的高效复合加工技术

　　飞机主起支撑接头具有精密装配协调关系要求，只有零件缘板理论外形、梁基准平面、双耳片槽及主起后交点孔的尺寸协调，才能确保机翼上、下翼面、前后梁、起落架挂轴、转轴的装配协调。其中，主起后交点相对于ABC基准位置度要求（A基准为孔轴线、B基准为双耳结构槽口平面、C基准为梁平面）、A基准与B基准的垂直度、两耳片孔同轴度以及槽口两面平行度的要求都非常高（图5），必须解决零件定位装夹和消除基准不一致产生的加工误差问题。

　　在传统的加工工艺中，为了保证这些关键尺寸的协调精度，必须进行复杂的工艺过程以及多套专用工装来完成。通常在完成数控铣削加工之后，还要进行精密镗孔、锪窝、测量、钳工修配等大量后续工艺过程，工艺过程复杂，周期长，控制环节多，出现问题难以排查。

飞机主起支撑接头零件高效复合加工方法

　　基于对飞机主起支撑接头类零件的结构特点和传统加工工艺分析，通过工艺方法优化、变形控制、装夹优化设计的复合加工技术，来实现飞机主起支撑接头的高效复合加工，缩短工艺流程，提高零件的装配协调精度，是实现这一类关键结构件技术突破的有效途径。

1、基于五轴联动的五面加工工艺设计

　　在传统的加工工艺中，零件需要在不同的工位装夹下完成双耳结构、后梁平面、理论外形等多个关键部位的加工，不但造成工艺过程冗长，也是造成诸多尺寸不协调的根源。采用五面加工工艺设计，将绝大多数的加工结构特征暴露在机床加工范围之内，尤其是装配关键部位在一个工位下完成加工，是保证关键尺寸协调的关键，这一方案在国外主流飞机制造企业已经引起高度重视。

　　大角度五轴联动五面加工工艺不仅具有传统加工中心的全部加工能力，还具有对工件上任意空间位置的几何结构进行铣、镗、钻、铰的能力，工艺范围更广，是实现大型复杂箱体结构零件高度复合化加工的基础。通过对工艺过程和工序的优化、合并，刀具结构的改进以及采用加工范围各位灵活的数控机床，能够大大提高数控机床的复合加工能力，使得更多的工艺结构都能在一台机床、一次装夹下加工完成。
 
　　随着数控机床技术的不断发展，支持复合加工能力的数控设备也是当前数控技术发展的方向之一，主要体现在机床设备的复合加工能力不断提升，可靠性增强，五轴联动加工角度变化范围更大，满足飞机结构件大型化、精确化的趋势。同时，高性能超长抗震刀具的应用也为实现大角度深腔结构高效加工提供了可能。因此，当前的设备技术发展是支持飞机主起支撑接头这类大型复杂结构件复合化加工的客观条件。

2、大角度五轴联动五面加工的装夹设计

　　在五面加工工艺方法中，装夹设计设计极为关键。主要考虑的因素有两点：

　　一是保证绝大多数的加工结构特征暴露在机床加工范围之内，尤其是关键部位在一个工位下完成加工。由于主起支撑接头结构复杂，角度变化大，许多结构部位接近五轴设备摆角加工的行程极限，因此，调整和精确模拟零件的装夹姿态是保证五面加工装夹设计可行性的关键。

　　二是五面加工装夹设计方案下零件加工的力学稳定性。在五面加工装夹条件下，其装夹约束点少于传统的装夹方式，同时，主起支撑接头主要加工特征位深腔结构，因此，如何保证零件加工状态的力学稳定性，避免装夹不稳定以及剧烈震颤也决定了工艺方案的可行性。

　　基于以上因素，合理的装夹工艺凸台设计是关键环节（图6）。在五面加工装夹设计方案中，主起支撑接头加工时在零件缘板一侧留有工艺凸台，采用支撑铣具和工件一体化装配固定装夹。在这种装夹状态下，装夹力平行于螺钉孔轴线，不会对零件变形产生直接影响。不过，当零件出现变形趋势后，装夹将约束零件的变形，形成额外的扭矩。这部分扭矩可能的影响包括2个方面：导致零件局部变形；导致零件的局部变形是否会产生局部尺寸的超差。为此，需要通过有限元分析评估零件不同变形形态和变形量值情况下，反作用力的实际影响。零件的定位和装夹方案如下：

　　（1）按照零件缘板外形结构，设计不等高的装夹工艺凸台，采用内六方螺栓实现支撑铣具和工件一体化装配固定装夹。

　　（2）零件的装夹工艺凸台上分别以精度孔作为定位基准（图7）。

　　（3）调整零件在装夹时的空间姿态，使两侧缘板角度能够满足机床的摆角加工范围；支撑夹具主体避让摆角加工的主轴结构。

　　（4）在装夹过程中，采用测力仪测量装夹力的幅值，得到数据后，使用有限元软件进行静态力学分析，优化装夹方式，最小化装夹变形。