提出了更高的要求，按航标规定，结构件长度小于，允许变形，结构件长度大于小于，允许变形，结构件长度大于，允许变形，故我们要控制在这个范围内。大型结构件的加工共振问题，航空航天器大部分结构件都属于薄壁结构大面积腹板支撑筋条外形面缘条，薄壁结构件在切削力的作用下，容易产生震动，影响结构件的尺寸精度，形位精度和表面粗糙度，这类零件的壁厚与他的径向轴向尺寸相比较，相差悬殊，所以薄壁零件的刚性较差，加工易产生共振，装夹就成为了加工质量和提高加工效率的关键。航空航天器常规表面质量要求粗糙度，部分有配合关系的部位或是关键受力部位等表面质量要求粗糙度，所以我们此次研究需要保证最低标准表面质量粗糙度。并且内部要求不允许有缺陷裂纹，这都是需要通过控制加工共振来保证的。图二二〇〇年十月五日星期二第章加工变形影响因素的分析及解决方案第节变形原因的分析大型结构件刚性差，切削力切削热及切削振动等均容易导致零件变形，降低加工精度和加工表面质量。从铝合金材料本身的特性方面来看，为获得理想的强度，铝合金毛坯板材必须经过轧制固溶拉伸时效等系列工艺流程，在这些过程中因存在不均匀的温度场和不均匀的弹塑性变形，板内产生了残余应力，毛坯初始残余应力以及切削加工过程中强热力耦合作用下产生的残余应力，在重新分布后造成整体结构件整体变形。在切削过程中切削力，会让弓箭的侧壁残生让刀变形，其产生的切削热及切削振动等均容易导致结构件变形，在切削过程中，刀具对工件的切削力，会在工件与刀具的接触部分发生弹塑性变形，并且材料不断被刀具切除，板内残余应力发生释放与重分布，原来的应力自平衡状态遭到破坏，工件只有通过变形才能达到新的平衡状态。如图所示，型号航空航天器典型长梁类结构件，端有凸台，面是全框面，面是半框面，具有单边特征。从结构件自身几何结构上看，细长，结构不对称，薄壁部位多，也是产生较大变形的内在因素。弹性模量是工程材料重要的性能参数，从宏观角度来说，弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度，从微观角度来说，则是原子间结合力的强弱的反映。型号航空航天器所采用的铝合金材料的的弹性模量约为，约为钢的。其弹性模量小屈强比大，在切削过程中极易产生回弹。图三二〇〇年十月五日星期二在加工中还存在装夹力的作用下使结构件发生的变形，在结构件内部形成装夹应力场并产生相应的位移。当刀具进行切削加工时，会出现过切或欠切现象，从而造成工件表面几何误差变形，对于刚性较差的薄壁结构件，装夹是引起加工变形的个重要因素。传统装夹方式，采用压板，这种问题尤为严重，并且很少采用力矩扳手，就会造成不同压紧部位，压紧力不同，对加工工件产生相应位移，造成变形。这里主要分析内应力分布几何结构刀具切削及装夹方式对加工变形的影响，般采用高强铝合金预拉伸厚板和数控加工，在实际加工中，因材料性质，毛坯的生产残余应力，加工工艺及零件集合特征导致加工时易产生明显的残余应力释放引起的变形，目前因控制变形而采取的保守的加工方法增加校正工序等，降低了加工效率和提高加工成本。从典型的长梁类结构件加工过程来看，其变形主要有几个直接来源毛坯初始残余应力以及切削加工过程中强热力耦合作用下产生的残余应力结构件自身单边不对称的结构刀具切削力切削热在工件与刀具的接触部分发生弹塑性变形工装和装夹方式对结构件带来的影响其加工中的变形方向如下图所示。图四目前铝合金材料加工中，锻件铸件暂时达不到使用强度要求，故毛坯大部分还是是选取高强铝合金预拉伸板材，整块毛坯直接掏空而加工成型，所以加工时有凸台的面需要去除大余量，所产生的残余应力也会比另外面大，结构件会如图二所示向有凸台面弯曲变形，再有结构件有面是半框面，相当于只有侧有外形面，没有外形面的侧没有刚性支撑，加工中会向这侧弯曲变形。通过文献得知，对于此类结构件，不对称结构导致不对称去除毛坯造成的残余应力不对称释放对变形的影响远大于其他原因的影响，因此我们也主要研究残余腹板方向变形外形方向变形二〇〇年十月五日星期二应力对变形的影响及如何应对。据最原始的加工数据，粗加工去除大余量过后，结构件会按图二所示方向变形超过下图所示，图中塞尺为，只有安排校正工序来满足后续加工，加工出合格结构件。图五第二节变形解决的方案应力方面结构件产生变形的根本原因在于其内部的残余应力，而残余应力的产生根本是由于材料内各部分有不均匀的形状和体积变化。在其材料成型热处理切削过程等，都会形成不均匀的残余应力。残余应力，种是想办法消除，再种就是想办法抵消。此类薄壁结构件去除材料改变了内残余应力释放和重新分布引起的变形。加工的主要集中在粗加工去除大余量的时候，传统的消除的方法是时效，释放应力，再通过校正，恢复原状态。通过实际变形的状态，可以预测和采取原材料供应状态，但在材料固定下基于实际变形状态，只考虑残余应力的影响，我们通过加工中尽量对称去除材料包括现在还有种虚拟轴任意角度，主轴转速上又可分为低速转，亚高速转，高速转，结构上又可分为立式，卧式，龙门式，加工方式还可分为数控车，数控铣，车铣复合加工中心等。立式和龙门式是使用最广泛的，这里我们选择定梁式龙门式五坐标高速数控设备图十四，龙门铣自身稳定性好，精度高，设备震动对被加工结构件影响小。五坐标高速切削可以快速次性加工完全部开角部位和闭角部位，缩短加工时间，较少切削应力，提高加工效率。二〇〇年十月五日星期二图十四五刀具工量具的选取加工设备选定后，加工刀具可选的范围就可以确定了，高速设备使用的高速加工刀具硬度热硬性耐磨性及可磨性都很好，当切削温度高达以上时，硬度仍无明显下降，并且锋利，动平衡等都很好，这就使得切削过程中，更小的切削震动，更好的刚性。粗加工选取大直径刀具，切削效率高，满足粗加工时，刚性好，可以大余量快速去除。精加工选取小直径刀具，精度高，更稳定，适合结构件壁厚变薄后刚性变差，易震动的加工时段。刀具的几何参数中的螺旋角过小，在侧壁切削中，冲击力过大，不利于侧壁的切削，因此，刀具的螺旋角般选，前角对振动影响较大，随着前角的增大，振动幅度也会随之下降，但在高速切削中，前角的振动幅度会降低，所以，使用高速设备时对刀具前角要求不高。刀具后角，适当减小后角对振动的抑制具有定的效果。关于刀具底角的选择，值越大，切削越钝，震动大，但刀具寿命长，值越小，切削越锋利，震动越小，但刀具寿命短。粗加工时结构件刚性好，可选择值大的刀具，精加工时刚性差，就需要选择值小的刀具，特别是下断的时候，如果可以，就选的刀具进行切削。有时候为了在效率和成本取得平衡，多数时候都底角值，选择。刀套的选择，般高速加工使用液压刀柄和热胀刀柄，液压式夹持力大，适用与大型刀具重切削，热胀式是通过热膨胀夹松刀具，夹持精度高，主要用在小直径刀具上。液压刀柄内存在有高压油液压力，当刀具被夹紧时，内藏的油腔结构及高压油的存在大大地增加了结构阻尼，可有效防止刀具和机床主轴的振动。还具有免维护功能和抗污能力，而且易于使用和安全地夹紧刀具。所以加工中我们较多选取液压刀柄。定梁五坐标主轴二〇〇年十月五日星期二六工艺装夹的方式装夹在加工中也占据着很重要的位置，合理有效的装夹方式，可以有效的增强刚性，抑制震动。如下图所示图十五我们经过试验件的实验数据总结，设计专用的工装垫板。将此长梁类结构件端头的凸台沉到垫板平面下，这样结构件腹板面可以大面积支撑在工装垫板上，结构件中间部分工艺凸台，在工艺设计时与工件连接在起，最后切断，此时可以充当没有外形面的缘条，支撑结构件，增加加工刚性，再利用没有筋条面的腹板面，采用真空吸附形式，在最后精加工时，壁厚变的很薄的时候，刚性最差的时候，将结构件牢牢吸附在工装垫板上，抑制切削时的振动，可以有效增强刚性，提高加工效率，切削质量。实验件加工状态如下图，证实此工艺方案设计选择有效。凸台下沉垫板支撑部分真空吸附二〇〇年十月五日星期二第三章其他影响因素第节影响变形和刚性的其他可能性材料不同厂家生产的铝合金材料，如进口铝材和国产铝材，其生产过程可能会存在不样，其残余应力也会有所不同，解决变形的方案可能就会出现无效的结果，这样，我们就需要时刻关注加工材料的情况，在加工中随时做好记录，采集数据，以便完善解决变形的方案。不同规格的铝合金材料也同样存在这样的问题，如和，同理也需要作好记录。当毛坯加工前，还需要做内部磁力或射线探伤，查看是否有内部缺陷，如果没有检查，或是没有检查出来，同样会对后面的加工变形和刚性造成影响。需要严格工序流程安排，不可马虎大意。再有粗加工去除大余量过后，没有合理的时效，释放切削应力，会造成加工完后段时间内再次变形，也需要注意。二工具主要集中在刀具上，刀具在加工过程中可能会因为寿命，加工余量不合理，主轴转速和切削进给不协调等问题导致损坏，如果操作人员没有及时发现，损坏的刀具会产生积削瘤，造成更多的切削热，挤压加工区域，还可能损坏刀套，严重损坏加工设备。所以要求操作人员要注意观察刀具加工状态，出现问题及时记录，回馈给工艺人员，工艺人员及时优化改进工艺方案。也可能在刀具装夹时候，导套没有装紧，松动，或是没装正，没有做动平衡测试，都导致刀具切削过程中震动过大，影响加工刚性。所以要求操作人员在加工前定要检查刀具状态，是否可以使用。再有设备故障，粗加工时停机时间过长，精加工时异常震动，冷却液系统失灵，切削堆积未及时排出，也同样会对加工变形和刚性造成影响。所以设备的日常维护和保养也很重要。三环境温度铝合金同样会热胀冷缩，所以室内温度也会对结构件的加工变形造成影响，所以现在很多有条件的加工企业，已经在加工厂房内部安装了中央空调，保持加工状态下的环境温度接近室温，以有效的控制加工变形。二〇〇年十月五日星期二第四章本章小结随着现代航空航天器性能要求的不断提