強度、高比（bǐ）剛度的輕量化，是現代飛行器設計和製造的核心目標（biāo）之一（yī）。為了實現這一目標，現代航空（kōng）產品在選擇高比強度材料的同（tóng）時，大（dà）量采用具有較低結構（gòu）重量比的整體結構。但是（shì）整體結構件由單一（yī）毛坯切削加工而成，金屬去除（chú）率大（dà）、材料利用率低，在去除大量材料的同時，也釋放了大量的毛（máo）坯內應力，從而引發了加工變形超差的問題，並將（jiāng）影響產品裝配和使用性能，所以整體（tǐ）結構件的加工，對現（xiàn）代飛機製造業提出了更高的要求。

翼身融合整體（tǐ）框是近年來出現的飛機大型構件的（de）一種（zhǒng）新的結構形式，比（bǐ）較傳統結構具有非常大的優勢，它代表了未來飛行器大型構件設計的發展趨勢。

      1 零件分析

      翼身融合整（zhěng）體框，是將機身整體框與機翼長（zhǎng）梁合為一體的結構形式，其主（zhǔ）要特點是尺寸非常大，金屬去除率（lǜ）非常高，零件結構特殊。另外，由於材料狀態等多（duō）方麵原因，勢必造成加工中產生較大的變形。因此應當認真分（fèn）析零件的特點、材料特性（xìng）、零件工藝性等，尋找新（xīn）的加工思路和加工方法。

      以某機（jī）型（xíng）翼身融合整（zhěng）體框為例（見圖1），對此類結構的零件加工方法進行論述，其主要特點如下（xià）：

      （1）零件結構為中間框與兩側長梁相結合，雙麵（miàn）多（duō）型（xíng）腔（qiāng），筋高壁薄。

      （2）存在“閉角（jiǎo）”和“雙曲外緣（yuán）”等複雜結構，外（wài）形要符合機身理論外形和進氣（qì）道理論外形，精度要求（qiú）非常高。

      （3）金屬（shǔ）去除率高達97.63%。

      2 材料及應力分析

      2.1 殘餘應力（lì）

      材料或毛坯在製造過程中產生的殘餘內應力，是導致變形的主要力量。由於鍛壓（yā）或擠壓的過程，使得材料（liào）內部產生了（le）巨大的應力，經過熱處理和時（shí）效或預拉伸等工藝方法，消除了大部（bù）分的應力，但不可（kě）能完全消除，剩餘（yú）的（de）就（jiù）是（shì）殘餘應力。

      其分布基本是：外層為壓應力，內層為拉（lā）應（yīng）力，力的（de）平衡保持了結構的形狀不變。由於零件（jiàn）加工都是首先（xiān）破壞外層表麵，而且不可能在一瞬間去（qù）除。這樣就出現（xiàn）了應力的重新（xīn）分布並表現出來。因（yīn）首先加工的一側，隨著切削作用應力被去除，內層的拉應力起作（zuò）用，同時另一（yī）側的外層的壓應力也發生作用，共同作用（yòng）的結果，使結（jié）構向被加工一側（cè）產生變形。隨著加工（gōng）的不斷進行，應力（lì）也隨之不（bú）斷地變化（huà），重（chóng）新組合，當加工結束時，變形也（yě）就產生了。

      2.2 材料應力分析

      翼（yì）身融合整（zhěng）體框是采用大型預拉伸厚板做毛坯，軋製和拉伸處理的難度較大。毛坯不同位置所含內應力並不一致，主要體現（xiàn）為兩位置同一厚度上的應力幅值不一致，無論是長度方向還是寬度（dù）方向的主應力，均有15%左右的波動。應力幅值變化劇烈，對（duì）後續工（gōng）藝流程（chéng）設計，必將產生較大影響。所以工藝流程設計，應主要圍繞如何通過加工逐（zhú）漸消除殘餘應力來展開。

      2.3 變形形態分析

      翼身融合整體框是集梁、框於一體，其變形狀態應該（gāi）集梁類零（líng）件和框類零件的變形特點於一體，大（dà）致有以下幾種情況：翹曲、側彎、扭曲、局（jú）部腹板凸（tū）起，同時，由於（yú）零件尺寸非常大，也會（huì）因自重而（ér）引起

零件（jiàn）變形。

      3 工藝方案的分析與論證

      零件從毛料加工到成品（pǐn）的整個過程中，合（hé）理的工藝流（liú）程設計，是非（fēi）常必要和重要的一個環節。

      3.1 粗加工方案設計

      粗（cū）加工工藝方案是整個零件加工工藝方案的重中之（zhī）重（chóng）。因為絕大部分（fèn）的餘量，都是在粗加工時去除，大部分殘餘應力，也是通（tōng）過粗（cū）加工釋放出來，如何進行粗加工工（gōng）藝方案設計，是需要認真思考的。

      （1）粗銑中間段及過渡段。零件由中間框體過渡到兩端長梁，截麵尺（chǐ）寸（cùn）變化（huà）較大的位（wèi）置，比較容易發生彎曲變形，中間小區域內的變形，將導致零件撓度非線性（xìng）增加，因此中間區域和兩側過渡區域，是加工變（biàn）形控（kòng）製（zhì）的重點。

      為此，在粗加工前對（duì）這3 個區域進行（háng）局部（bù）粗（cū）加工，提（tí）前釋放應力集中區內應力，以減（jiǎn）少對後續工序的影響。具體（tǐ）加工方法：交替反複加工兩麵中間段和過渡（dù）段。

      （2）粗銑其他部位內外形。若按照傳（chuán）統的雙麵框和梁（liáng）的加工思路，可先將一麵粗銑完成後，再翻（fān）麵粗銑另外一麵，當粗銑第（dì）一麵後，失去平衡的內應力（lì）場（chǎng），將導致較大的變形，容易造成零件局部發生塑性（xìng）變形。針對這一情況，不能一次將一側（cè）粗銑餘量全部去除（chú），需要對零件雙麵粗銑的餘量去除方案（àn）進行優化，需要幾次翻麵，反複（fù）進行粗銑，盡量使零件每次翻麵前，去（qù）除的餘（yú）量最大，從而保證加工品質。

      （3）值得注意的3 個問題。

      其一，粗（cū）銑時，為（wéi）了零件反複翻麵時的有效定位，且利於後續加（jiā）工，筋條高和緣條高暫不加工。

      其二，零件（jiàn）腹板上有若幹大圓孔，大圓孔通（tōng）常在零件（jiàn）加工接近尾聲時切斷，由於圓孔處在（zài）腹板上，而腹板在厚度方向的中間位置，切斷圓孔（kǒng）時缺少有（yǒu）力支持，切斷時零件必將會發生震（zhèn）顫。另外，由於零件尺（chǐ）寸大，懸空麵積也非常大，中間缺少支（zhī）撐點，所以在設計（jì）工藝方案時，考慮在圓孔（kǒng）處預留出工藝凸台（tái），工藝（yì）凸（tū）台在（zài）零件的整個加工過程（chéng）中起到很好的輔助支持的（de）作用，在零件最終切（qiē）斷時一並去除。

      其三，為了（le）增（zēng）強零（líng）件在整個加（jiā）工過程中的穩定性，零件進氣（qì）道處的（de）兩個大圓孔中心的圓形毛料及零件外形周圍的毛料，在加工過程中不去除，起到定位及增強穩定性的作用，在最終切（qiē）斷時去除。

      3.2 充（chōng）分自然時效

      粗銑（xǐ）後，在自由狀態（tài）下充分自然時效，自然（rán）時效是一個充分（fèn）釋放內應力的過程。

      自然（rán）時效（xiào）需要在常溫下，將零件擺放在一個光（guāng）潔（jié）平整的平台上，根據鋁合金時效變形試驗（yàn）結果，72 h 後（hòu）撓度變化趨於平穩，所以零（líng）件必（bì）須充分自然時效72 h。

      3.3 銑上（shàng）、下兩平麵→半精銑內（nèi）外形（xíng）→精銑內外形（xíng）並切斷

      4 加工方式及加工設備的選擇

      （1）加工方式選擇（zé）。零件加工方式采用高速加工。高速加（jiā）工（gōng）是現時的一種發展趨勢，其具有高轉速、快進給、輕（qīng）切削的特點，更重要的是，高速加工對控製零件的變形起到了非常重要的作用。

      （2）裝夾方式的選擇。由（yóu）於零件材料為厚板，在選擇裝夾方式的時候，首先考慮到真空吸附，但是由於零件腹板厚度非常薄，雖然真空吸力僅有0.06～0.08 MPa，零件尺寸（cùn）大，輔助支撐又比較少（shǎo），在（zài）真空吸力的作用下，零件極有可能會發生變形，不利於零件品質的保證。最終裝夾時，僅在毛料周邊加壓壓（yā）板，將零件壓緊即（jí）可（kě）。

      （3）定位基準的選擇及坐標原點的確定。由於零件為雙麵加工整（zhěng）體框，定位基準選擇在緣條的高表（biǎo）麵。零件用板材加工，原點選擇（zé）在板材的一個直角邊上。

      5 刀具的選擇（zé）

      高速（sù）切削刀具材料必須耐磨，抗衝擊能力（lì）好，硬（yìng）度高，與工件材（cái）料（liào）親和力小。高速切（qiē）削的刀具材料，必須根據工件材料和加工（gōng）性質來選擇。一般情況下，對於相同的刀具（jù）材料，粗加工可以采用較高的切削速度、較大的每齒進給量（liàng），而刀具的較（jiào）好的（de）切削狀態（tài），不是滿直徑加工（gōng）。一般情況下（xià），對於立銑（xǐ）刀或端銑刀，較好的切削狀態是加工寬度為刀具直徑的（de）66％～83％。粗銑時，可選用大直徑的機夾（jiá）式硬質合金刀具，以提高金屬去除率。

      6 檢查與驗收（shōu）

      在零件的加工過程中,每加工一步，都安排對零件（jiàn）的變形狀態（tài）進行跟蹤及測量，檢測方法是將零件自由狀態下置於平台（tái）上，用塞尺檢查零件與平台間間隙，結果顯示，整個過（guò）程的變形量在0.4～1.7 mm之間。

      加工結束後，采用測量機測量整個零件，測量內容包括零件外（wài）形、筋位、腹板麵及孔位，效果非常理想的，無側彎、翹曲（qǔ）、扭曲等變形。

      7 結束語

      翼身融合整體框（kuàng）的高速加工工藝,在國內當屬（shǔ）業內領先技術，缺乏可以借鑒的經驗。通（tōng）過（guò）前期工作，總結如下：

      （1）裝夾方式盡量不使用真空吸附，最好將（jiāng）零件在自由狀態下（xià）直接夾緊，這樣有（yǒu）利於（yú）應力的均勻釋放，同時也有利（lì）於懸空薄壁腹板尺寸（cùn）的保證。

      （2）由於中間段、過渡段等截麵尺寸劇變處，為應力集（jí）中區域，粗加工前，先將這些區域進行粗加工，預先釋放這些部位的應力，以利於後續加工。

      （3）將（jiāng）粗加工做細做（zuò）好，是（shì）加工此類零件的重點。因為大部分的殘餘應力要在（zài）粗加工時釋放出來，所以（yǐ）將（jiāng）粗加工做細做（zuò）好，使應（yīng）力均（jun1）勻釋放並逐漸消除，後續的（de）半（bàn）精加工、精加工自然是水到渠成（chéng）。

      （4）編製粗銑程序時，注意采用等高降層的方法，使應力逐層均（jun1）勻釋放。

      （5）粗加（jiā）工後，需要充分自然時效（xiào）72 h。

      （6）由於零件尺寸大，懸空麵積非常大，中間缺少有力支撐（chēng），針對這種情況，可以利用（yòng）腹板上的圓孔，在圓孔（kǒng）處預留工藝凸台，在最後切斷（duàn）時一並去除。這樣做有兩點好處：

      一是工藝凸台可以在加工中起到輔助支撐的作用，使零件加工狀態穩定，薄腹板尺寸容易保證；二是避（bì）免圓孔切斷時腹板懸空，造成震顫。