航空結構件的特點及工藝性分析航空結構件幾何結構的復雜性、難加工性導致其加工精度難以保證，為滿足新一代飛機結構件的精度要求。需要對數控加工過程中影響航空結構件加工精度的各種因素進行深入分析。

　　航空結構件的結構特點航空結構件是構成飛機骨架和氣動外形的重要組成部分，隨著飛機結構件設計水平的提高以及數控加工技術的發展。航空結構件呈現出以下的特點：

　　(1)尺寸較大：相對于傳統小型結構件的組裝模式，目前的結構件大量采用整體框、梁等結構，使得零件外形尺寸較大，其中梁類零件長度在通常在1m～12m之間，框類零件輪廓尺寸最大可達4m2.5m。

　　(2)結構復雜：以整體、單件的方式代替傳統的組裝、多件的結構模式，導致零件的結構復雜：零件大量采用雙面薄壁、多加強筋、多轉角、深槽腔以及鼓包、交點孔等結構。

　　(3)精度要求高：為滿足精確裝配需要，零件氣動外形、結合叉耳、鼓包、交點孔以及關鍵部位壁厚、槽寬等特征的精度要求較高，通常公差要求需滿足0.05mm。甚至達到0.02mm。

　　(4)材料多樣性：飛機結構件需滿足高強度、耐疲勞等特性。因此除了常用的鋁合金材料，還會包括一些高強度難加工材料，如鈦合金、不銹鋼等。

　　航空結構零件的復雜結構特點以及較高的精度要求，使零件在加工中體現出了作為飛機零件的工藝特點：

　　(1)易變形：由于航空結構件存在大量薄壁結構，是典型的弱剛性零件，受加工允許的精度范圍。

　　(2)難加工：一方面，航空結構件采用的鈦合金、高溫合金和復合材料本身屬于難加工材料。另一方面，其復雜深腔結構造成刀具長徑比很大，刀具剛性變差，容易產生顫振和變形，影響加工精度，同時由于槽腔狹窄、排屑困難，產生的切屑容易擠壓刀具形成二次切削，影響表面質量。

　　影響航空結構件加工精度的因素制約航空結構件精確加工的因素較多，其中最主要的體現在機床、工藝系統和工藝方法等方面。

　　(1)機床精度：數控機床精度又主要體現在幾何精度、動態精度兩個方面。幾何精度是指機床靜態時主要部件的形狀、位置精度，包括工作臺面的平行度、坐標之間的垂直度、擺角定位精度等；機床幾何精度僅為機床的理論精度，在機床實際使用過程中，受到機床外部環境、內部結構熱變形、加工過程的振動等因素影響，機床動態精度將遠低于靜態精度。

　　(2)工藝系統：工藝系統由刀具系統、工件、夾具等要素組成，刀具系統結構復雜，刀柄夾持方式較多，刀具材料、結構形式多樣。導致刀具系統制造的誤差積累，造成刀具軸線和機床主軸軸線不重合，從而導致零件過切或變形影響零件加工精度：由于航空結構件尺寸大、壁薄。如果加工區域溫度遠高于其他區域。會造成工件變形；大尺寸、剛性的結構件裝夾時須考慮零件各個部位的壓緊狀態，以及夾具與機床工作臺之間采用定位銷連接，這兩個因素同樣會因誤差積累而產生夾具找正誤差。

　　(3)工藝方法：加工過程中的切削參數、走刀軌跡等對零件的加工精度也會構成影響。切削參數包括切削速度、進給量、軸向切深、徑向切寬等，不合理的切削參數往往會使切削力不穩定、加快刀具磨損，影響零件加工精度及表面質量；實際機床運行中拐角處進給停頓、銑刀的切入點和切出點均會產生接刀痕跡，以及不合理的加工順序都會導致零件剛性變差從而進一步影響表面粗糙度和精度。

提高精確制造能力的途徑

　　針對影響航空結構件加工精度的各種因素，需要從機床、工藝系統、工藝方法等方面采取相應措施以提高航空結構件的加工精度。

機床精度控制

　　從提高機床本身結構精度方面．可采用熱對稱結構設計，使機床獲得高剛性、高精度：基于有限元的優化結構，使機床結構剛性均勻分布、振動減小；靜壓導軌和滾動導軌改變導軌的摩擦性質，提高導軌精度。

　　從提高誤差監控能力方面，針對大型航空結構件加工周期較長的特點可采用在線檢測手段以實時監控并補償機床的幾何精度和熱變形誤差；新一代自適應控制系統，通過對機床主軸及刀具監控。采集數據并自動判斷，再進行實時速度調控，實現刀具、機床的過載保護，提高零件的加工精度。

　　從控制外部環境方面，由于熱環境對大型數控機床影響極大。其熱變形控制顯得尤為重要，采用溫控設備保持穩定的環境溫度，能減少機床結構熱變形，保證機床良好的工作狀態。穩定零件的加工精度。提高工藝系統的剛性和精度

　　(1)提高刀具系統的剛性和加工精度。

　　要提高刀具的加工精度和剛性，可采取如下措施：

　　應用高性能刀具材料：硬質合金材料在高溫條件下能保持高的硬度、熱膨脹系數小；陶瓷、金剛石等超硬刀具材料具有更好耐熱性和耐磨性。可以顯著提高刀具的切削精度。

　　采用合理的刀具幾何結構：針對不同的材料選用不同的刀具結構，比如加工硬度低的鋁合金材料可選取較大前角，而對硬度高的材料(如高溫合金)，前角應很小甚至取負值，可有效減少刀具磨損。

　　采用合理的刀柄結構：熱縮刀柄簡化了刀柄結構、減少了刀具系統累積誤差；針對懸長大于200mm的刀具，使用專用減震刀柄，可有效地增大振動衰減比。

　　(2)提高零件的裝夾穩定性

　　針對大型航空結構件，目前普遍采取在周邊用螺釘壓緊工藝凸臺方式裝夾，避免零件整體位移，但對于弱剛性零件，還需增強其內部結構的穩定性，如大型壁板類零件采用真空吸附方式，能有效避免加工時零件振動；如蜂窩類零件采用基于摩擦學的磁力固持方式。能保證每個芯格的穩定性。

　　為適應新一代飛機結構件加工需要，采用數控多點自動調節技術的柔性夾具已逐步投入應用，該技術可實現不同形狀的大型結構件在機床上的柔性、快速定位裝夾，已成為數控工裝設計制造的發展方向，特別在薄壁結構件、大型復合材料結構件生產中體現出了明顯的優勢。優化工藝方法

　　通過改進加工工藝方法，也可以減少零件變形、增加加工區域的剛性。

　　(1)優先采取高速加工方案：鋁合金切速大于1 200m／min、鈦合金切速大于100 m，min的高速方案能顯著減小切削力。減少零件變形，提高零件表面質量。

　　(2)應用物理仿真技術：通過對機床、刀具和工件的穩定域分析。實現銑削過程的力學仿真，是優化切削參數的重要途徑同時物理仿真技術還能模擬加工硬化層的殘余應力，能有效預測并控制零件變形。

　　(3)根據特征制定走刀軌跡：采用分層等高加工。控制切削載荷均勻性；薄壁結構采用階梯對稱銑削的加工方式，充分利用零件未加工部分作為加工時的支撐以增強薄壁件剛性；應用插銑加工方式，去除轉角大余量，能減少轉角處切削力突變，提高加工精度。

國產機床在大型高精度零件加工中的應用

　　在應用國產三軸機床過程中，成飛公司通過深入分析機床變形、加工應力、刀具等方面的因素，采用在線檢測實時監控補償技術、恒溫浸泡冷卻法環境控制技術、余量均勻去除的走刀方式、高精度高剛性小晶粒整體硬質合金刀具等技術實現了中科院大型電子對撞機核心部件大端板的加工，在1米的距離內達到了0.025mm的位置精度，填補了國產大型機床高精度加工技術的空白。

　　國產機床具有相對完善的售后服務，目前國產三坐標機床在航空企業應用已比較成熟，其整體加工精度達到了進口機床水平。但由于航空結構件曲面復雜，國產機床還不能滿足加工中的多軸聯動精度要求，因此其技術還有待進一步提高。