（哈尔滨飞机工业集团有限公司，黑龙江 哈尔滨 150060）
摘要：随着航空工业的不断发展，人们对其结构件提出了更高要求，只有结构件的质量有所保证，才能实现各种设备生产要求。因此，在控制航空薄壁结构在数控加工过程中的变形时，应分析实际情况，并在加工过程中和加工后进行变形控制，进一步提高航空薄壁结构件的加工质量。
关键词：航空薄壁；结构件；数控加工；变形控制
前言
随着现代航空器高速、高机动性能要求的不断提高，航空器越来越多地采用整体薄壁结构件，这是现代飞机、航天器领域的一个革新。整体薄壁结构件质量轻，在刚度、抗疲劳强度，以及各种失稳临界值等方面均比铆接结构胜出一筹。然而，在整体结构件的数控加工过程中．常因毛坯初始应力、结构不对称性、加工工艺不完善、装夹不合理、加工过程切削力和切削热等因素的影响．导致整体薄壁结构件产生弯曲、扭曲及弯扭组合等加工变形，薄壁结构还会产生失稳现象，严重影响了整体薄壁结构件的生产效率和最终产品精度。可见．对整体薄壁结构件加工制造技术需要有更高的要求。
1航空薄壁结构件
薄壁结构是由薄板、薄壳和细长杆件组成的结构，能以较小的重量和较少的材料承受较大的荷载。薄壁结构件区别与板金挤压敲击成型零件，现代飞机的设计为了极大程度减轻飞机重量并且保证飞机的结构强度，薄壁结构件应用越来越广泛。
2航空薄壁结构件数控加工变形控制策略
2.1加工过程中的变形控制
加工零件在受到装夹力、切削力作用时，就会发生变形，通过对变形现象分析，得出该种变形属于弹性变形，在装夹力、切削力消失后就会恢复到原来的形状。但是，在加工过程中，刀具的切削位置和切削量会发生改变，导致零件表面出现变形、过切等问题，而在航空薄壁结构件数控加工过程中，弹性变形会导致出现很大的误差。对于加工过程中出现的变形，可以采取以下措施进行控制。
2.1.1优化数控加工切削参数
对于现阶段的数控加工而言，切削参数的选择一直影响着数控零件加工，在这种情况下，如果切削参数不合理，刀具严重磨损，结构件表面残余力会随着切削力的增加而增加，同时加工质量会急速下降，最终增加加工成本。所以，一定要对数控加工切削参数进行合理优化和选择。目前，切削参数的优化包含很多种方法，其中以生物进化理论为主的基因算法，可以实现多种参数的应用，从而完成全局探索及优化，该种算法已经取得了非常好的效果。
2.1.2优化结构件装夹方案
结构件变形控制中最关键的一项举措就是优化装夹方案，对于工艺系统刚性的提供具有重要意义。
2.1.3采取适当的补偿措施
如果仿真加工后的结构件发生变形现象，可以采用数控补偿程序进行补偿，对结构件的变形程度充分考虑，在更加精准的要求下完成结构件加工变形补偿。
2.1.4切削技术的合理应用
切削技术中的高速加工技术已经成为人们重点关注的技术之一，加工系统在特定环境下会发生相应转变，切削力不断减小，为航空薄壁结构件的加工工作提供一定帮助。在上述情况下，结构件表面残余应力、机械和热应力减小，真正促进了航天事业的良好发展。
2.2加工后的变形控制
航空薄壁结构件在数控加工后仍然会发生变形，针对这种现象，可以通过以下手段予以解决。
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2.2.1科学使用预拉伸板材
如果结构件对纤维流向没有特殊要求，可以使用预拉伸板材。实践表明，预拉伸板材内部的残余应力比较小，在切削加工时不会发生严重的变形现象。在采用这种方法加工零件时，如果材料、加工成本都不增加，零件强度也会下降，因此需要按照实际情况采取相应策略，防止航空薄壁结构件数控加工质量受到其他因素的影响。
2.2.2合理设置结构件刚度
对于航空薄壁中的弧形零件，可以采用增加横杆支撑的方式，有效防止加工过程中突发变形，直接影响数控加工效率。只有充分掌握结构件的装配要求、应力状况，才能对结构件的刚度进行合理选择。
2.2.3有效清理结构件内部的残余应力，真正提高设计水平在结构件设计要求下，应该消除结构件内部的残余应力，这样才能提升设计水平，有效控制因素影响、改变变形情况。例如，正常使用设备时，可以合理增加热处理工序，从而对内应力引发的变形情况进行合理控制。
2.3结构件外形轮廓整体变形控制
航空薄壁整体结构件的特点为，在加工过程中要消除很多材料，通过分析结构件的截面形状，发现其非常复杂，只有在材料加工过程中结构件的宏观应力才能正确释放。在实际工作过程中，如果内应力分配情况不同，那么结构件的变形程度也会发生一定转变。要想对内应力引发的航空薄壁结构件数控加工整体变形情况进行控制，需要采用以下方法。
一是从原材料方面入手，要选择应力分布比较均匀的原材料。导致结构件整体变形的原因为内应力，所以只有选择内应力较为均匀的原材料才能进行合理测量，才能有效避免整体变形情况的发生。二是在原材料的基础上进行毛坯内应力的预释放，可以根据实际情况选择适当的方法。三是研究人员进行仿真机实验，会对航空结构件的安全校正理论进行分析，从而提出一个针对性较强的校正方法，实现航空薄壁结构件数控加工变形控制。
3加工装夹具优化
夹紧力是影响整体薄壁结构件变形的一个重要因素．结构件在机床上的装夹精度对加工精度有重要影响．20％～60％的加工误差是由装夹引起的。装夹具的刚度和稳定性直接影响结构件的加工尺寸和形状误差，尤其是对弱刚度结构件，夹紧力引起的变形更不容忽视。通过调整夹具元件的位置或添加必要的夹具元件，能够达到减小变形的目的。随着对整体薄壁结构件加工精度要求的不断提高。对装夹方案的优选研究逐渐受到重视。对整体薄壁结构件装夹变形作了分析研究，使用有限元仿真作为分析和计算变形的方法，提出了针对整体薄壁结构件装夹方案的设计原则，以及控制装夹变形的方法：采用子问题优化方法。对装夹方案中的装夹位置进行优化，以得到各装夹位置点的最优匹配，从而减小装夹变形；采用符合变夹紧力相关曲线的力来夹持结构件，并求解出典型零件在典型装夹方案下的变夹紧力相关曲线。系统地提出分析与优选夹紧力大小、作用点及夹紧顺序的通用方法，基于由摩擦力引起的接触力依赖性的特点，定量分析了多重夹紧元件及其作用顺序对整体薄壁结构件变形的影响，并建立了装夹方案的数学模型，同时提出基于最小总余能原理的有限元求解方法。此外，针对7075铝合金航空材料整体薄壁结构件，进行基于夹紧方案的结构件变形有限元仿真与模拟，模拟结果显示．夹紧力大小、作用点及夹紧顺序对结构件变形具有重要影响。装夹方案的优选在整体薄壁结构件加工中尤为重要，需要进一步开展对整体薄壁结构件跟踪刀具轨迹智能装夹系统和应力均布装夹系统的研究，这些工作在理论和实践中仍需继续加强。
结束语
航空薄壁件的薄壁加工工艺复杂，要科学设计各加工工序，对工件进行结构分析，并结合企业的加工实际，综合考虑工件材料、尺寸精度、公差要求、工件变形和加工设备的限制，不仅保证了工件的加工质量，还可以有效地降低加工成本。
参考文献
[1]廖玉松，韩江．铝合金薄壁件铣削加工精度控制研究[J]．组合机床与自动化加工技术，2015(2)：113—117．
[2]黎小巨，杨大湛．一种薄壁箱体零件的防变形数控加工[J]．机床与液压，2016，44(20)：24—26，32
论文作者:王洪林
论文发表刊物:《新材料·新装饰》2018年6月上
论文发表时间:2018/11/21
标签：薄壁论文; 结构件论文; 加工论文; 数控论文; 应力论文; 航空论文; 零件论文; 《新材料·新装饰》2018年6月上论文;