大型航空复杂接头零件的高效复合加工技术

3、主起接头交点孔及梁基准平面的镗铣复合加工

　　在飞机主起支撑接头的加工过程中，主起接头交点孔及梁基准平面的精度协调问题是零件加工的关键，也是长期以来困扰该类零件研制的核心难题。传统的加工工艺中，这两处关键部位只能在不同的工序过程中完成，自然也无法保证尺寸的协调性，解决的策略一般是留工艺余量，在最终阶段进行修配完成，结果可控性差。采用镗铣复合加工的方法是解决这一难题的有效途径。其实现的方式有设计专用的镗铣复合工装或五轴精密镗铣设备。

　　本方案研究思路如图8所示，即通过低应力切削工艺及关键结构变形控制模拟分析方法研究，结合装夹精度分析、基准转换以及设备五轴联动加工精度分析，通过试验验证及工艺方案优化，建立复合加工工艺方案，满足最终精度要求。其关键结构部位的工艺流程如下：

　　精加工缘板外形→精加工梁基准平面→精加工U形双耳槽口→精镗交点孔及孔端面→数控测量。

　　工件的定位方法及压紧方式直接影响装夹精度，本方案采用圆柱销定位，夹紧采用内六方螺栓夹紧，螺栓的规格和数量可通过铣削力与夹紧力计算，此方案可增加装夹的可靠性并缩短刀具的悬伸长度，提高零件的加工工艺性。本方案采用五面加工方案，关键结构部位在一次装夹下完成5个面的加工，后梁面与主起后交点在同一工位下加工完成，不存在基准的转换，有效的减少了误差的积累。同时，这种加工方案有利于实现在切削过程中材料去除的均匀化和对称性，应力释放均匀，减小加工变形。在这种方案，设备的精度检测也十分关键，机床精度直接影响产品的质量，一般机床X、Y向1米范围内定位精度需要满足0.02mm以内，摆角精度为0.002度以内，以确保主起后交点位置公差精度要求。

4、主起接头复合加工下变形分析

　　在复合加工条件下，零件的整体工艺流程大大缩短，装夹切换次数大大减少，装夹切换带来的尺寸不协调将大大减小，而加工变形控制问题则尤为突出。尽量减小加工变形造成的尺寸精度误差决定了加工的成败。因此，必须对此类零件容易引起加工变形的关键结构进行深入的分析。根据加工试验以及模拟变形分析，造成飞机主起支撑接头变形问题的主要结构有，双耳结构槽口变形、后梁基准面的变形、双耳结构上孔的变形等。

　　基于锻制毛坯内应力分布的特点，通过内应力测试和内应力仿真相结合的方法全面评估毛坯的内应力分布，通过应力仿真获得毛坯应力分布的形态。依据毛坯内应力、表面应力和装夹力情况对不同阶段的零件进行变形分析，包括：利用有限元法分析典型结构大余量材料切除时零件的内应力分布规律、应力集中和变形情况。

　　（1）深U形双耳结构加工变形分析。

　　主起接头上深U形双耳结构加工材料切除量大，内应力释放程度高，槽腔根部的微小变形容易在槽腔顶端形成较大的位置偏离。深U形双耳结构相当于悬臂梁，深度越大，悬臂的刚性越弱。在内应力分析的基础上，借助有限元仿真计算零件变形（图9），以变形最小化为目标，选取深槽腔加工的最佳余量分配方案，同时制定出控制深槽腔变形的加工工序。

　　（2）后梁面非封闭槽腔变形分析。

　　后梁平面容易变形是因为其侧面开有缺口，在零件上形成了非封闭槽腔，不仅降低了其结构刚性，还可能导致应力集中。通过典型结构切削和有限元仿真（图10），分析缺口加工策略对结构刚性、应力集中和加工变形的影响程度，最终给出加工非封闭槽腔的合理工序以及各工序中的材料余量分配。

　　（3）主起后交点孔的蠕变变形分析。

　　主起后交点孔孔的变形控制主要是要控制蠕变。通过分析试样蠕变变形影响因素和规律，获得各种工艺参数切削后的极限变形周期Ti和极限变形量ΔHc。针对主起后交点孔进行变形控制应用研究，利用基础切削试验和蠕变变形研究的结果给出合理切削参数，避免表面和局部应力集中。

 结论

　　大型飞机复杂结构件的加工技术水平是航空制造能力的重要体现，集中反映了设备技术水平和工艺技术水平。数控复合加工技术集多种工艺方法、加工方式于一身，实现高效化、集成化加工，促进了加工效率和加工质量的提升，降低生产成本，是制造技术发展的重要方向之一。当然，根据产品类型的不同，其工艺复合的方式也不同，必须综合考虑工艺可行性及经济性，在专业化和复合化方面把握平衡点，将复合加工技术和我国的航空制造技术紧密结合起来。