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[摘 要]社会不断发展，科技不断进步，人们的出行方式已经不局限于路上、海上等，已经开始使用飞机座位出行方式了。现代飞机性能的不断提升，许多骨架零件尤其是主承力结构件（如飞机的大梁、隔框、壁板等）已开始普遍采用由大型整块毛坯，直接“挖空”而加工成复杂槽腔、筋条、凸台等整体结构件，材料切除量可达90%—95%。在实际加工中，因材料性质、工件毛坯的初始应力状态、加工工艺及零件几何特征导致加工时容易产生明显的残余应力释放引起变形。
[关键詞]飞机铝合金结构件；数控加工；变形；控制
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0280-01
引言
航空用铝合金虽然具有良好的可切削性，但是航空制造业对零件精度、质量加工效率的高要求，航空件的加工精度及形位误差的要求远高于汽车等制造业。因此对航空铝合金的高效切削加工研究，尤其是高效铣削加工一直受到广泛的关注。
1 飞机结构件的主要技术特点
飞机结构件是飞机的重要组成部分，很大程度上决定着飞机的使用性能。随着科技的不断发展、进步，我国航天制造技术也有了飞速的提升，飞机结构件的性能有了很大的提升，对于零件的薄壁形状、表面质量、深腔以及加工精度等的要求也有了明显的提高。为了确保飞机结构件性能能达到飞机的需求，很多发达国家开始应用数控加工技术，加到了对数控铣削机床等先进设备的利用，飞机结构件正朝着精度高、效率高和柔性高等方向发展。
1.1 复杂
随着科技的发展、进步，飞机结构件不仅形状更为复杂，体积也更为巨大，结构件的生产模式从传统技术中的“小件拼装”逐渐演变为了“大件整装”，这种整装式不仅更符合现代飞机的安全性及耐久性的要求，还可以有效降低飞机整机重量。在“大件整装”技术的要求下，很多飞机结构件的曲面都较为复杂，有非常多的深腔结构和薄壁结构的零件，这就增加了数控加技术对于飞机结构件制造的难度，提出了更高的技术要求。
1.2 精确
飞机结构件是飞机最主要的受力部件，其自身不但有精度、密度、重量等一技术要求，与其他零部件之间还需要进行有机衔接和咬合。在“大件整装”技术的技术发展趋势下，很多结构件已经与周边零部件密切融合在一起，因此对于零件精确度的要求也越来越高。对于数控加工技术来说，飞机结构件的零件精确度要求高，这就使得数控加工技术要有极高精细化的加工，以确保加工出来的飞机结构件的零件能满足飞机稳定性、结构性、耐热性等方面的需求。
1.3 多样
科技的发展、进步，出现了很多制造飞机所使用的新型材料。很多具有极强稳定性、耐热性和抗压性的新型材料，如钛合金等开始被广泛地应用于飞机结构件生产的过程中，以满足飞机制造技术的发展需求。新型材料的应用，增加了飞机结构件生产材料的多样性，同时，这些新型材料具有极强的技术性能、极高的技术水平，能有效提高飞机结构件的技术性能。这给数控加工技术提出了全新的要求。
2 飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制研究内容
2.1 变形分析
高强度铝合金经热处理后强度得到提升，但在此过程中，材料内部会形成很大的残余应力，机械加工后会破坏残余应力的平衡状态，导致变形的产生。飞机结构件变形的主要影响因素有：工件的材料特性；工件的装夹情况；零件的加工过程；零件变形的处理措施。在进行铣削加工时，在切削力的作用下夹紧状态下的工件变形并不明显，但工件内的应力由于切削过程的塑性变形和切削热改变了分布，产生大量变形能储存在零件内。加工完成后取下零件，释放出了变形能，这一能量使工件产生较大的变形回弹。
2.2 变形控制
变形控制研究主要针对加工过程中数字化建模与有限元仿真分析，并利用分析结果通过优化切削参数，装夹布局，增加和改进热处理工艺来减小加工中和加工后的零件变形。影响变形的3个方面：1、计算采用不同的切削速度、切削量、进给量、切削液下的变形情况，从中得到各切削参数对变形的影响，以选择优化切削参数，在达到加工精度的前提下尽量提高加工效率；2、根据工件加工前材料的热处理及弯曲情况，估计工件内的初始残余应力分布情况，模拟切削加工去除材料对残余应力分布的改变情况及引起的变形。从而一方面采取适当的热处理措施，消除或减少工件内初始残余应力。另一方面根据模拟分析的结果，可进一步设计校正工艺和采取其它工艺处理措施，减少变形和消除残余应力；3、改进装夹方案，压板的数目，位置和夹紧力的大小，定位元件的位置，结构，任意因素变化会引起有限元分析模型约束的变化，从而引起工件变形的变化。
3 飞机铝合金结构件数控加工变形控制策略分析
飞机铝合金结构件数控加工时，对于变形控制，可通过对加工工艺的优化和装夹系统的改进，来主动控制变形。刀具路径的优化，通过未加工工件材料的刚性来避免加工变形过大；在加工中的主要变形方向，选择切削力较小的加工路径和加工参数；科学合理选择刀具几何参数。
3.1 侧壁加工
在加工特征为侧壁加工中，径向切削力对加工变形影响最大，刀具和工件的径向刚度对加工变形影响大，其主要控制策略有：采用分层环切的刀具路径，可以使加工过程中，零件局部保持高刚度；合理选用加工方式。根据加工情况不同，采用逆铣方式可以避免让刀造成的加工误差；采用顺铣方式可以避免由于刀具和工件相互靠近造成的过切。当然，同时需要综合考虑加工方式对加工表而质量和刀具寿命的影响圈；合理选择刀具参数。刀具圆角对切削力的分配具有重要的影响，在侧壁加工过程中，选用带有一定圆角的刀具，可以使加工过程中的径向力向轴向力转换。
3.2 底面加工
在加工特征为底面加工的零件中，主要控制策略有：采用中心环切的刀具路径，可以使加工过程中，零件局部保持高刚度；合理选择刀具参数。尽量选用不带有圆角的刀具，可以使加工过程中的轴向力较小；合理选择夹具。选用真空夹具装夹，可以减小加工过程中的底而变形。而对于大型的薄壁件加工，如飞机蒙皮的铣削加工，则常采用组合式柔性多点支撑装置进行装夹。
4 结语
各航空制造企业应大力开展自主创新研究，通过产学研相结合，借助高校或研究院所在研究条件、技术和人才方而的优势，在引进国外先进高端数控加工设备的基础上进行消化吸收，结合企业自身的条件进行再创新，获得具有自主知识产权的高速切削工艺技术，才能真正实现飞机铝合金结构件的高效精密数控加工。
参考文献
[1] 荚凤雷.飞机结构件的数控加工技术研究[J].科技展望，2015，（24）：136.
[2] 宋智勇，祝晓军.飞机结构件数控加工机床发展方向及国产化[J].航空制造技术，2013，（17）：40-43.
[3] 史静，郑国磊，饶有福，初宏震.飞机结構件数控加工方案快速生成技术研究与开发[J].机械设计与制造，2011，（03）：176-178.
[4] 梅中义，高红，王运巧.飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制[J].北京航空航天大学学报，2009，（02）：146-150.
[关键詞]飞机铝合金结构件；数控加工；变形；控制
中图分类号：TG659 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0280-01
引言
航空用铝合金虽然具有良好的可切削性，但是航空制造业对零件精度、质量加工效率的高要求，航空件的加工精度及形位误差的要求远高于汽车等制造业。因此对航空铝合金的高效切削加工研究，尤其是高效铣削加工一直受到广泛的关注。
1 飞机结构件的主要技术特点
飞机结构件是飞机的重要组成部分，很大程度上决定着飞机的使用性能。随着科技的不断发展、进步，我国航天制造技术也有了飞速的提升，飞机结构件的性能有了很大的提升，对于零件的薄壁形状、表面质量、深腔以及加工精度等的要求也有了明显的提高。为了确保飞机结构件性能能达到飞机的需求，很多发达国家开始应用数控加工技术，加到了对数控铣削机床等先进设备的利用，飞机结构件正朝着精度高、效率高和柔性高等方向发展。
1.1 复杂
随着科技的发展、进步，飞机结构件不仅形状更为复杂，体积也更为巨大，结构件的生产模式从传统技术中的“小件拼装”逐渐演变为了“大件整装”，这种整装式不仅更符合现代飞机的安全性及耐久性的要求，还可以有效降低飞机整机重量。在“大件整装”技术的要求下，很多飞机结构件的曲面都较为复杂，有非常多的深腔结构和薄壁结构的零件，这就增加了数控加技术对于飞机结构件制造的难度，提出了更高的技术要求。
1.2 精确
飞机结构件是飞机最主要的受力部件，其自身不但有精度、密度、重量等一技术要求，与其他零部件之间还需要进行有机衔接和咬合。在“大件整装”技术的技术发展趋势下，很多结构件已经与周边零部件密切融合在一起，因此对于零件精确度的要求也越来越高。对于数控加工技术来说，飞机结构件的零件精确度要求高，这就使得数控加工技术要有极高精细化的加工，以确保加工出来的飞机结构件的零件能满足飞机稳定性、结构性、耐热性等方面的需求。
1.3 多样
科技的发展、进步，出现了很多制造飞机所使用的新型材料。很多具有极强稳定性、耐热性和抗压性的新型材料，如钛合金等开始被广泛地应用于飞机结构件生产的过程中，以满足飞机制造技术的发展需求。新型材料的应用，增加了飞机结构件生产材料的多样性，同时，这些新型材料具有极强的技术性能、极高的技术水平，能有效提高飞机结构件的技术性能。这给数控加工技术提出了全新的要求。
2 飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制研究内容
2.1 变形分析
高强度铝合金经热处理后强度得到提升，但在此过程中，材料内部会形成很大的残余应力，机械加工后会破坏残余应力的平衡状态，导致变形的产生。飞机结构件变形的主要影响因素有：工件的材料特性；工件的装夹情况；零件的加工过程；零件变形的处理措施。在进行铣削加工时，在切削力的作用下夹紧状态下的工件变形并不明显，但工件内的应力由于切削过程的塑性变形和切削热改变了分布，产生大量变形能储存在零件内。加工完成后取下零件，释放出了变形能，这一能量使工件产生较大的变形回弹。
2.2 变形控制
变形控制研究主要针对加工过程中数字化建模与有限元仿真分析，并利用分析结果通过优化切削参数，装夹布局，增加和改进热处理工艺来减小加工中和加工后的零件变形。影响变形的3个方面：1、计算采用不同的切削速度、切削量、进给量、切削液下的变形情况，从中得到各切削参数对变形的影响，以选择优化切削参数，在达到加工精度的前提下尽量提高加工效率；2、根据工件加工前材料的热处理及弯曲情况，估计工件内的初始残余应力分布情况，模拟切削加工去除材料对残余应力分布的改变情况及引起的变形。从而一方面采取适当的热处理措施，消除或减少工件内初始残余应力。另一方面根据模拟分析的结果，可进一步设计校正工艺和采取其它工艺处理措施，减少变形和消除残余应力；3、改进装夹方案，压板的数目，位置和夹紧力的大小，定位元件的位置，结构，任意因素变化会引起有限元分析模型约束的变化，从而引起工件变形的变化。
3 飞机铝合金结构件数控加工变形控制策略分析
飞机铝合金结构件数控加工时，对于变形控制，可通过对加工工艺的优化和装夹系统的改进，来主动控制变形。刀具路径的优化，通过未加工工件材料的刚性来避免加工变形过大；在加工中的主要变形方向，选择切削力较小的加工路径和加工参数；科学合理选择刀具几何参数。
3.1 侧壁加工
在加工特征为侧壁加工中，径向切削力对加工变形影响最大，刀具和工件的径向刚度对加工变形影响大，其主要控制策略有：采用分层环切的刀具路径，可以使加工过程中，零件局部保持高刚度；合理选用加工方式。根据加工情况不同，采用逆铣方式可以避免让刀造成的加工误差；采用顺铣方式可以避免由于刀具和工件相互靠近造成的过切。当然，同时需要综合考虑加工方式对加工表而质量和刀具寿命的影响圈；合理选择刀具参数。刀具圆角对切削力的分配具有重要的影响，在侧壁加工过程中，选用带有一定圆角的刀具，可以使加工过程中的径向力向轴向力转换。
3.2 底面加工
在加工特征为底面加工的零件中，主要控制策略有：采用中心环切的刀具路径，可以使加工过程中，零件局部保持高刚度；合理选择刀具参数。尽量选用不带有圆角的刀具，可以使加工过程中的轴向力较小；合理选择夹具。选用真空夹具装夹，可以减小加工过程中的底而变形。而对于大型的薄壁件加工，如飞机蒙皮的铣削加工，则常采用组合式柔性多点支撑装置进行装夹。
4 结语
各航空制造企业应大力开展自主创新研究，通过产学研相结合，借助高校或研究院所在研究条件、技术和人才方而的优势，在引进国外先进高端数控加工设备的基础上进行消化吸收，结合企业自身的条件进行再创新，获得具有自主知识产权的高速切削工艺技术，才能真正实现飞机铝合金结构件的高效精密数控加工。
参考文献
[1] 荚凤雷.飞机结构件的数控加工技术研究[J].科技展望，2015，（24）：136.
[2] 宋智勇，祝晓军.飞机结构件数控加工机床发展方向及国产化[J].航空制造技术，2013，（17）：40-43.
[3] 史静，郑国磊，饶有福，初宏震.飞机结構件数控加工方案快速生成技术研究与开发[J].机械设计与制造，2011，（03）：176-178.
[4] 梅中义，高红，王运巧.飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制[J].北京航空航天大学学报，2009，（02）：146-150.