大型航空結構件

1、大型航空結構件數控加數控加工作為一種高效、 精密的數字化切削加工技術， 成為飛機復雜結構件 機械加工的主要手段， 飛機結構件 50%以上的加工工作量由數控加工完成。 而隨 著航空工業(yè)的不斷發(fā)展，飛機性能不斷提升，飛機結構件日趨大型化、復雜化， 對相應的數控加工裝備及數控加工技術提出了更為苛刻的要求。新結構、新材料其結構件呈現出結構大型 組裝模式，采用大型整體結構件可大 并有效減輕飛機整機重量， 提高零件強 如 F -22 戰(zhàn)機后機身整體框毛坯尺寸飛機結構件是構成飛機機體骨架和氣動外形的主要組成部分， 隨著現代飛機 為滿足隱身、超聲速巡航、超常規(guī)機動、高信息感知能力、長壽命、結構輕量化 等方面的

2、性能要求大量地采用新技術、 化的特點： 相對于以往的小型結構件焊接、 量減少結構件零件數量和裝配焊接工序， 度和可靠性， 使飛機的制造質量顯著提高，達到 4000mmX 2000mm。隨著材料技術、 制造技術的發(fā)展以及飛機性能和結構的需要， 在國內外先進 主力戰(zhàn)斗機的結構設計中， 為滿足飛機輕量化、 長壽命、易維護等需求， 機體零 件結構向整體化、 薄壁化、 結構承載與功能綜合化等方向發(fā)展， 因此越來越多地 采用了整體結構設計， 其典型的代表就是整體框結構， 將以前需要數個框段通過 機械連接而成的框改為一個整體結構的大框， 這樣可以大幅減少零件數量， 增加 強度，減輕結構重量。目前，發(fā)達國家設

3、備精良，工藝技術先進，并針對飛機大 型整體結構零件的特點進行了大量的工藝技術研究。 另外，通過對難加工材料的 加工工藝方法進行研究，也大大提高了以鈦合金為代表的難加工材料的加工效 率。但我國大型飛機整體結構件的數控加工仍然處于起步階段， 加工效率及質量 方面都還明顯落后于發(fā)達國家， 這已成為制約整個飛機研制和生產的“瓶頸” 之一。航空結構件的上述發(fā)展趨勢決定了其工藝特點： 結構復雜， 加工難度大 零件外形涉及機身外形、 機翼外形及翼身融合區(qū)外形等復雜理論外形， 且需與多 個零件進行套合；切削加工量大材料去除率達到 90% 以上，部分零件甚至 達到 98%；加工精度高裝配協調面、交點孔等數量多，

4、零件制造精度要求 高；難加工材料比例大以鈦合金、 復合材料為代表的難加工材料比重越來越 大，對航空制造業(yè)提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。大型整體鈦合金框的生產方式由于大型鈦合金結構毛坯鍛造難度極大， 需要超大型專用鍛造設備， 目前我 國還沒有此類鍛造設備， 暫時不能滿足鈦合金框整體毛坯的鍛造， 只能采用分段 鍛件加工后焊接的方式。 目前大型鈦合金框的研制大體有 2 種方案可供選擇： 分 段精加工焊接補充加工焊接接頭部位；分段粗加工焊接整體數控精加 工。俄羅斯Su-27的42框是鈦合金整體框，其基本工藝方法采用了第一種方案， 這樣生產效率高， 但對焊接精度要求高。 第二種方式適合更大更復雜并且焊縫多、 焊接變

5、形情況復雜的框， 整框最終精度由數控加工來保證， 這種方式的弊端就是 造成焊后數控加工只能在一臺機床上進行，加工周期長，質量風險大。大型整體鈦合金框的結構特點及加工工藝性大型整體鈦合金框的投影面積可達 45m2，通常為雙面加筋的加強框，外形為符合蒙皮走向的變斜角， 每面有數十個槽腔結構， 腹板較薄， 有復雜的加強 筋?？虻膬蓚韧ǔ＞哂信c機翼連接的耳片結構。 框中間通常有 2 個較大圓形開口， 其邊緣為變斜角， 符合發(fā)動機的外形。此類框還具有飛機結構件輕質、 薄壁、 深 槽、變斜角外形、高精度等通用特點?？傊?，此類框不但為難切削材料，而且焊 縫多，焊接變形及焊縫收縮量復雜，尺寸大，結構復雜、精度

6、要求高，切除率超 過 90%，這些特點決定了此類框必須用大型五坐標數控機床加工， 數控加工難度 和強度均很大。數控加工裝備發(fā)展方向隨著航空工業(yè)的快速發(fā)展， 一方面， 飛機結構件尺寸越來越大， 結構越來越 復雜；加工精度越來越高；另一方面，飛機結構件中難加工材料比例越來越高， 使得加工效率逐步成為制約飛機研制和批量生產的關鍵因素。 為適應航空結構件 的高效、高精度數控加工要求，高速、高精、智能、復合、環(huán)保等特點成為了實 現現代飛機結構件數控加工裝備的主要發(fā)展方向。1高速加工是實現高效加工的主要途徑2航空數控裝備逐步精密化3航空數控裝備的智能化、柔性化加工技術的新發(fā)展大型航空結構件的數控加工， 關

7、鍵在于質量和效率。 而制約數控加工質量和 效率的主要因素， 一方面在于機床硬件條件， 而更為重要的還在于支撐高效數控 加工的相關使能技術，如刀具技術、工裝技術、工藝設計及仿真技術等。1刀具技術的發(fā)展2工裝技術的發(fā)展3工藝設計及仿真技術振動切削是在刀具 （工具） 或工件上附加一個或多個不同方向的低頻、 中頻 或超聲振動， 使傳統(tǒng)封閉切削區(qū)加工變成切削區(qū)周期性打開的間斷、 瞬間、 往復 的斷續(xù)切削過程。 與普通切削相比， 振動切削具有切削力小、 切削熱低、 工件表 面質量顯著提高等優(yōu)點，目前在鉆孔、攻絲、銑削、車削、磨削等領域都有了廣 泛的應用， 是機械加工的一個重要發(fā)展方向。 國外應用較為成功的

8、蜂窩芯超聲切 割，其切割力小，切割精度高，切割邊緣平滑，無破損碎屑，可很好地解決蜂窩 芯薄邊加工技術難題。 另外，綠色制造作為一種綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的 先進制造模式， 已逐步成為制造業(yè)發(fā)展的風向標。 目前， 國內部分航空企業(yè)正努 力通過高速加工技術、 微量潤滑技術、 成組加工技術等各種途徑， 逐步向綠色制 造邁進。數控編程與模擬仿真技術1整體框的數控編程 在鈦合金整體框的數控編程中， 應將工藝規(guī)程所制定的加工方案充分體現在 程序中 ,包括切削部位、方式和參數，刀位軌跡規(guī)劃、刀具選擇、余量設置、加工軸數和程序名稱， 另外還需注意以下事項。（1）最好料外下刀，沒有條件應該先鉆下刀孔，不要螺

9、旋下刀或斜線下刀。（2）嚴格按工藝規(guī)程設置分層，不能某一刀的切除量突然很大。（3）槽腔的加工側面和底面要分開加工。（4）NC程序必須在計算機上進行模擬切削，必須首先確保刀具軌跡的正 確。仿真只是幾何學方面的仿真，物理學方面的問題很難被發(fā)現，所以要注意仿 真不能解決所有問題，加工時還要認真觀察。（5）應劃分粗精加工階段，雙面對稱去余量，分層去余量，控制變形。2.數控程序的模擬仿真驗證大型整體框的數控加工程序通常可達數百條，也無巨大的毛坯可提供試切。在無法試切的情況下，要確保一次加工合格，這對數控程序的要求非常高， 所 以，必須采取有效手段花大量時間在計算機上進行模擬切削，檢驗程序，確保程序正確。

10、（1）程序在CAM環(huán)境中進行單步回放檢查，檢查刀位軌跡的邊界、切削 深度。（2） 在加工仿真軟件中建立毛坯模型，建立加工坐標系，將所有CLS刀位 文件裝載進來，進行模擬仿真加工。（3）檢查加工模型的所有尺寸，如有超差，立即終止程序，修改后再查。（4）將設計模型調入加工仿真軟件，與加工后的模型與理論模型進行比較 檢查，見圖1為比較后得到的未切除的殘留量的模型。圖1比較檢查后得到的殘留量模型（5）進行比較檢查后，得到切傷部位模型，見圖 2，要仔細測量過切尺寸, 檢查切傷是否在公差范圍內。圖2 比較檢查后得到的切傷部位模型（6）利用仿真軟件生成的檢查報告，認真檢查每一個產生誤差的程序段。（7）發(fā)現程序有問題立即修改，修改后輸出刀位文件，重新再進行仿真檢 查， 直到所有問題解決。（ 8）最好能進行 G 代碼程序仿真。結束語大型鈦合金