【編者按】隨著材料科學(xué)與制造技術(shù)的發(fā)展，在航空整體結(jié)構(gòu)件中越來越廣泛地采用許多新型難加工材料秋孕，如鈦合金卤酬、鎳基合金以及超耐熱合金等材料，對(duì)于開發(fā)適合航空整體結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料特性的數(shù)控加工機(jī)床特性要求也將更高绞胡。

　　隨著航空領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的愈益激烈枕娱，對(duì)飛機(jī)性能提出了更高的要求。就現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是重量輕覆逊、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高治部，降低飛機(jī)的自身結(jié)構(gòu)重量，就意味著提高了飛機(jī)的機(jī)動(dòng)性涵蔓、增強(qiáng)了攜帶負(fù)載的能力沧蛉，并能獲得更遠(yuǎn)的飛行距離；而且滋遗，隨著重量的降低蟀思、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高，還可以延長飛機(jī)的服役壽命溉跃。為此村刨，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造中，一些大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件撰茎，尤其是主承力結(jié)構(gòu)件（如飛機(jī)大梁嵌牺、隔框、壁板等）普遍采用了整體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)龄糊。整體結(jié)構(gòu)不但可以減少零件數(shù)目逆粹，降低結(jié)構(gòu)重量，而且使飛機(jī)的結(jié)構(gòu)效率和可靠性成倍甚至數(shù)十倍地提高炫惩，可以說整體結(jié)構(gòu)件在現(xiàn)代飛機(jī)上的應(yīng)用是制造技術(shù)的一大進(jìn)步僻弹。然而阿浓，在整體結(jié)構(gòu)件的數(shù)控加工過程中，常由于毛坯的初始應(yīng)力蹋绽、結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性及加工工藝的不盡完善等原因?qū)е鹿ぜ澢疟小⑴で约皬澟そM合等加工變形；薄壁結(jié)構(gòu)還會(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象卸耘，嚴(yán)重影響了航空整體結(jié)構(gòu)零件的生產(chǎn)效率和最終產(chǎn)品精度魁跷。

　　同時(shí)，隨著材料科學(xué)與制造技術(shù)的發(fā)展笙铸，在航空整體結(jié)構(gòu)件中越來越廣泛地采用許多新型難加工材料涧智，如鈦合金、鎳基合金以及超耐熱合金等新俗，這些材料具有強(qiáng)度和硬度高誊桅、塑性和韌性好、導(dǎo)熱性差都鸳、存在微觀硬質(zhì)點(diǎn)难踱、化學(xué)性質(zhì)活潑等特性，在切削加工過程中刀具所受的切削力和切削熱明顯升高猪楣，導(dǎo)致了嚴(yán)重的加工矛盾刷络，使其成為典型的難加工材料，嚴(yán)重制約著加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量的提高象掖。航空整體結(jié)構(gòu)零件的加工精度和加工效率是制約現(xiàn)有先進(jìn)機(jī)型批量化生產(chǎn)和新機(jī)型研發(fā)進(jìn)度的瓶頸丽优，特別是大飛機(jī)的研發(fā)，使得這一關(guān)鍵工藝問題顯得尤為突出腾蔼。

　　航空整體結(jié)構(gòu)件的加工制造是一個(gè)系統(tǒng)工程手趣，機(jī)床、刀具肥荔、裝夾和工藝等都是這個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)绿渣。這中間的任何一環(huán)都將影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量。本文以航空整體結(jié)構(gòu)件為研究對(duì)象燕耿，在分析各個(gè)加工關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀中符、存在問題和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，提出了相應(yīng)的解決策略和可行的技術(shù)方法誉帅，力求為實(shí)現(xiàn)航空整體結(jié)構(gòu)件的高效淀散、高精度加工提供理論依據(jù)。

　　大型結(jié)構(gòu)件加工對(duì)機(jī)床功能的需求

　　航空鈦合金等難加工材料加工過程中切削力大蚜锨、切削溫度高档插，容易產(chǎn)生振動(dòng)，因此在航空整體結(jié)構(gòu)件加工制造中，要求機(jī)床具備高剛度阀捅、大功率和大扭矩的特性，同時(shí)具備更好的抗振能力针余。機(jī)床的主軸在加工過程中直接支持工件或刀具的運(yùn)動(dòng)芳倒，主軸的性能對(duì)工件的加工質(zhì)量和機(jī)床生產(chǎn)效率均有重要影響，提高主軸剛度將是保證機(jī)床加工航空整體結(jié)構(gòu)件精度的重要環(huán)節(jié)之一标宪。機(jī)床的導(dǎo)軌和支撐件的聯(lián)接部件姓赂，對(duì)工件加工質(zhì)量和機(jī)床加工特性影響也很大，聯(lián)接部件往往是局部剛度最弱的部分励普，聯(lián)接方式對(duì)其剛度影響很大痢腋，如果導(dǎo)軌的尺寸較寬時(shí)，應(yīng)用雙壁聯(lián)接型式铜氛，導(dǎo)軌較窄時(shí)二场，可用單壁或加厚的單壁聯(lián)接，或者在單壁上增加垂直筋條以提高局部剛度蟀委。

　　目前高剛度缤棍、大功率和大扭矩特性的機(jī)床設(shè)計(jì)和開發(fā)，主要采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和有限元仿真分析方法猜艇。優(yōu)化設(shè)計(jì)是優(yōu)化理論在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的移植和應(yīng)用衅快，其基本思想是根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的理論、方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等建立一個(gè)反映工程設(shè)計(jì)問題和符合數(shù)學(xué)規(guī)劃要求的數(shù)學(xué)模型跳昼， 然后利用數(shù)學(xué)規(guī)劃方法和計(jì)算機(jī)計(jì)算技術(shù)自動(dòng)找出設(shè)計(jì)問題的最優(yōu)方案般甲。基于物理仿真的有限元方法是近幾年來研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的有效手段鹅颊，通過機(jī)床加工動(dòng)態(tài)過程有限元分析能夠預(yù)先觀察機(jī)床的承力性能以及主軸部位載荷和應(yīng)力的變化情況敷存，從而可以利用有限元分析結(jié)果對(duì)機(jī)床動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　在有限元分析中可用“粘合”方式來模擬機(jī)床零部件之間的固接關(guān)系堪伍，動(dòng)平臺(tái)與擋板之間的接觸是滑動(dòng)接觸历帚，并用油進(jìn)行潤滑，其滑動(dòng)摩擦系數(shù)相對(duì)較小杠娱，可近似視為無摩擦滑動(dòng)挽牢，在分析中可用“無摩擦接觸”方式來模擬這種連接關(guān)系。對(duì)于主軸承載情況摊求，可通過對(duì)主軸禽拔、刀具、工件施加位移室叉、速度等邊界條件睹栖，構(gòu)建真實(shí)的主軸、刀具、工件作用過程宜切。通過對(duì)機(jī)床不同部位的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行有限元仿真分析察贵，對(duì)機(jī)床各個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最終開發(fā)出能夠高效加工航空整體結(jié)構(gòu)件的的機(jī)床系統(tǒng)孤咏。

　　隨著許多新型航空材料的應(yīng)用和航空整體結(jié)構(gòu)件的幾何形狀及結(jié)構(gòu)不斷改進(jìn)更新旋喊，對(duì)加工此類零件的機(jī)床特性要求更高，除剛度山刨、功率和扭矩等特性外哲陷，還需要對(duì)機(jī)床的機(jī)械部分、冷卻系統(tǒng)随港、工作空間以及機(jī)床聯(lián)動(dòng)性等進(jìn)一步設(shè)計(jì)墙议，開發(fā)適合航空整體結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和材料特性的數(shù)控加工機(jī)床，實(shí)現(xiàn)航空整體結(jié)構(gòu)件的高效高精度加工溃登。

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