航空結(jié)構(gòu)件柔性線加工零件特點航空結(jié)構(gòu)件柔性線加工零件特點

航空結(jié)構(gòu)件加工面臨的困難和挑戰(zhàn)航空裝備制造產(chǎn)業(yè)學(xué)院

目錄CONTETS1、航空結(jié)構(gòu)件制造概述2、航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)格局與機(jī)遇3、航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)挑戰(zhàn)4、航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)5、成航工藝技術(shù)團(tuán)隊概況1.航空機(jī)構(gòu)件加工概述

航空零部件加工是制造領(lǐng)域的核心技術(shù)，早期主要由國外掌握或技術(shù)封鎖，國內(nèi)擁有航空零部件加工制造核心技術(shù)主要由中航工業(yè)和中國航發(fā)下屬各專業(yè)配套單位。近年來，隨著國家針對航空航天高端裝備制造和軍工領(lǐng)域出臺的一系列鼓勵政策，國內(nèi)一批具備航空零部件承制能力的民營企業(yè)逐步進(jìn)入國內(nèi)軍用及民用市場，技術(shù)研發(fā)能力和裝備水平得到不斷提升。

未來較長時間內(nèi)，隨著國產(chǎn)軍機(jī)、商用飛機(jī)、航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)等領(lǐng)域的高速發(fā)展，以及國家產(chǎn)業(yè)政策的全面實施將為軍民融合企業(yè)帶來更多機(jī)會。航空裝備制造是衡量一個國家制造水平的重要標(biāo)志之一飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工制造領(lǐng)域機(jī)載設(shè)備結(jié)構(gòu)件加工制造領(lǐng)域發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)件加工制造領(lǐng)域1.航空機(jī)構(gòu)件加工概述2.航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)格局與機(jī)遇中航工業(yè)和中國航我國航空零部件制造配套企業(yè)構(gòu)成、分布和國內(nèi)航空工業(yè)的產(chǎn)業(yè)布局相關(guān)。受經(jīng)濟(jì)體制、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等因素影響，軍品領(lǐng)域開放時間較短且行業(yè)準(zhǔn)入要求嚴(yán)格，我國航空零部件和燃?xì)廨啓C(jī)零部件制造以主制造商內(nèi)部配套企業(yè)為主，科研院所、合資企業(yè)和民營企業(yè)有效補充的競爭格局。主制造商內(nèi)部配套企業(yè)具有配套生產(chǎn)能力的航空航天科研院所國際航空零部件制造企業(yè)在華合資企業(yè)民營航空零部件制造企業(yè)航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)格局中航工業(yè)和中國航發(fā)下屬各主制造商。歷史悠久，生產(chǎn)經(jīng)驗和生產(chǎn)能力較強(qiáng)，承接國際轉(zhuǎn)包訂單，是目前國內(nèi)航空制造業(yè)務(wù)的主要參與者。從事航空特種材料、特殊工藝研發(fā)的部分科研院所。具有一定規(guī)模的航空零部件生產(chǎn)能力。主要為自有研發(fā)項目進(jìn)行配套生產(chǎn)。波音、空客、GE航空、羅羅（RR）等航空器或航空發(fā)動機(jī)主制造商，該類企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備先進(jìn)，管理水平和技術(shù)能力較高，主要承接國際轉(zhuǎn)包業(yè)務(wù)。目前民營航空零部件制造企業(yè)以航空裝備制造、航空工程技術(shù)、航空發(fā)動機(jī)等領(lǐng)域。航空工業(yè)的飛速發(fā)展，更多優(yōu)勢民營企業(yè)進(jìn)入航空零部件制造領(lǐng)域，市場競爭將更加充分。2.航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)格局與機(jī)遇中航工業(yè)和中國航國產(chǎn)飛機(jī)和航空發(fā)動機(jī)國產(chǎn)化，國內(nèi)航空零部件制造企業(yè)面臨良好的發(fā)展機(jī)遇航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)機(jī)遇國產(chǎn)軍機(jī)方面：以殲擊機(jī)、轟炸機(jī)、直升機(jī)、運輸機(jī)、預(yù)警機(jī)及特種飛機(jī)為主的一系列軍用飛機(jī)基本實現(xiàn)了國產(chǎn)化，隨著殲20、運20、直20等大國重器接連入役，我國軍用航空裝備已進(jìn)入“20時代”。國產(chǎn)客機(jī)方面：支線客機(jī)ARJ21、干線客機(jī)C919，我國已經(jīng)躋身全球少數(shù)具有大型客機(jī)研制能力的國家。中航工業(yè)和中國航中航工業(yè)、中國航發(fā)打造“小核心、大協(xié)作”生態(tài)圈，行業(yè)效率持續(xù)提升提出建設(shè)“小核心、大協(xié)作、專業(yè)化、開放型”的航空裝備科研生產(chǎn)體系，強(qiáng)化核心專業(yè)能力建設(shè)，推動非核心業(yè)務(wù)向外轉(zhuǎn)移。以核心為龍頭的航空制造產(chǎn)業(yè)集群，有利于航空零部件產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；?、高效化和專業(yè)化，有利于軍民融合企業(yè)發(fā)揮自身高效靈活、專業(yè)化、精細(xì)化的優(yōu)勢。四川成都航空產(chǎn)業(yè)園構(gòu)建起“頭部引領(lǐng)、集群支撐、鏈?zhǔn)交パa”的航空產(chǎn)業(yè)生態(tài)，科學(xué)布局柔性機(jī)加、智能鈑金、數(shù)字化裝配、航空工藝裝備四大制造基地；構(gòu)建四個中心：現(xiàn)代航空制造“熱表處理中心、檢驗檢測中心、產(chǎn)品交付中心、智能物料中心”航空產(chǎn)業(yè)鏈中一般能力社會化配套率達(dá)到70%以上集團(tuán)公司軍民融合產(chǎn)業(yè)收入占總收入的比例達(dá)到70%以上3.航空結(jié)構(gòu)件制造業(yè)挑戰(zhàn)行業(yè)內(nèi)民營企業(yè)普遍規(guī)模較小國內(nèi)航空零部件制造企業(yè)制造基礎(chǔ)薄弱行業(yè)競爭加劇新一代航空材料，復(fù)合材料應(yīng)用加快，技術(shù)要求更高航空工業(yè)核心部件對外依賴，影響國內(nèi)航空零部件制造業(yè)的發(fā)展目前，國內(nèi)主機(jī)廠對零部件供應(yīng)商的管理模式以工序外包為主，軍民融合企業(yè)受自身技術(shù)、資金積累以及工藝能力限制，主要從事航空零部件粗精加工、鈑金成型和工裝模具加工等業(yè)務(wù)，材料供應(yīng)、特種工藝及部組件或單元體裝配等仍需要各主機(jī)廠完成。

國內(nèi)部分主制造商逐步開始航空零部件采購模式，由航空零部件供應(yīng)商直接提供裝機(jī)產(chǎn)品，該模式將廣泛推廣。具備機(jī)械加工、鈑金成型、特種工藝、組件或單元體裝配等全工序、產(chǎn)品級交付能力的供應(yīng)商，將會迎來更廣闊市場前景。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件分類-按零件結(jié)構(gòu)分類框、梁、壁板、接頭、肋是占比最多的零件。4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件分類-按零件材料分類4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)零件分類的重要意義材料相同結(jié)構(gòu)類似加工特征機(jī)床、工藝方案、工裝、刀具、參數(shù)的共性質(zhì)量效率知識積累成本專業(yè)化、高效化、規(guī)模化，打造成飛+戰(zhàn)略優(yōu)秀供應(yīng)商集群！4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)加工參數(shù)知識庫飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的特點-整體化在現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計制造中，為提高機(jī)體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和可靠性，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件主要采用整體毛坯件和整體薄壁框架結(jié)構(gòu)，加工中材料去除量非常大，大部分結(jié)構(gòu)零件的材料去除率達(dá)95%以上，部分零件甚至達(dá)到98%。與以往的小型結(jié)構(gòu)件的焊、鉚接的組裝模式相比，大型整體結(jié)構(gòu)件可大量減少零件數(shù)量和裝配連接工序，并有效減輕飛機(jī)整機(jī)重量，提高零件強(qiáng)度和可靠性，使飛機(jī)的制造質(zhì)量顯著提高。零件結(jié)構(gòu)鉚合結(jié)構(gòu)件整體結(jié)構(gòu)件零件數(shù)量446刀具數(shù)量535刀具設(shè)計制造工時96530零件制造工時138.6裝配工時505.3重量（磅）9.588.56鉚合結(jié)構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)件的比較整體結(jié)構(gòu)件制造成本下降73%4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件外形與飛機(jī)的氣動外形密切相關(guān)，為保證飛行性能，結(jié)構(gòu)件的加工具有很高的輪廓精度要求。而結(jié)構(gòu)件周邊輪廓與其他零件有復(fù)雜的裝配協(xié)調(diào)關(guān)系，為便于裝配，結(jié)構(gòu)件的加工具有很高的形位和尺寸精度要求，如腹板最高精度達(dá)到±0.1mm。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的特點-精度要求高4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的特點-結(jié)構(gòu)剛性差對飛機(jī)重量有嚴(yán)格要求，故結(jié)構(gòu)件基本為薄壁槽腔類結(jié)構(gòu)，零件的結(jié)構(gòu)剛性差，加工中容易發(fā)生振動、變形等問題。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的特點-高性能材料、新材料大量應(yīng)用玻璃纖維復(fù)合材料、石英纖維復(fù)合材料、碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維增強(qiáng)鋁合金復(fù)合材料等。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工難點——裝夾厚拉伸板材的裝夾：

整體結(jié)構(gòu)件厚度一般≥50mm粗加工時若采用真空吸附方式，夾緊力小，大厚度板材難以與夾具定位面緊密貼合。

壓板裝夾，容易產(chǎn)生加工變形，使零件的后續(xù)定位產(chǎn)生偏差。4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工難點——裝夾4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)雙面結(jié)構(gòu)的定位裝夾：整體結(jié)構(gòu)件：多為雙面結(jié)構(gòu)，每個面上都由數(shù)個槽腔和孔等特征組成，同一面上筋條、緣條的高度不一致，零件加工過程中，加工部位缺少剛性支撐，容易產(chǎn)生局部加工變形，導(dǎo)致零件加工難度增大。零件的定位夾緊無論是采用真空吸附還是機(jī)械夾緊，都存在較大困難。解決措施：柔性夾具：工件在加工過程中的形狀和尺寸有一定變化后，夾具能適應(yīng)這種變化。

3R快換夾具：使用簡單、快捷，重復(fù)定位精度高，一般可達(dá)到0.002mm。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工難點——變形薄壁部位加工變形控制：

整體薄壁結(jié)構(gòu)件的加工：

工藝角度：采用高速加工、小切深，小切寬、層優(yōu)先，對稱加工，抑制加工變形，保證尺寸，輔以合理分配粗、精加工余量，并安排適當(dāng)?shù)臅r效工序，對零件的總體變形控制，有一定的效果，但加工效率較低。

實際加工：存在加工變形而導(dǎo)致零件超差，特別是零件上的緣條結(jié)構(gòu)和槽腔內(nèi)的薄壁部位，往往由于加工過程中難于支撐而產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致零件整體變形較大，效率較低。4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)解決措施：1、工藝方案、刀軌優(yōu)化；

2、優(yōu)化裝夾方案；

3、刀具系統(tǒng)具備高轉(zhuǎn)速，大切深，小切寬的高效加工刀具，可抑制變形，提高加工效率。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工難點——表面質(zhì)量零件表面加工質(zhì)量：航空結(jié)構(gòu)件表面質(zhì)量控制應(yīng)為后續(xù)鉗工工序減少打磨工作量。由于設(shè)計結(jié)構(gòu)的要求，常需要多種刀具進(jìn)行切削加工，各規(guī)格刀具之間的接刀痕使得加工表面質(zhì)量不穩(wěn)定。

如：腹板面接刀痕，不同規(guī)格直徑刀具接轉(zhuǎn)角等。4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)解決措施：1、工藝方案優(yōu)化，明確各加工特征Z向抬刀值；

2、生產(chǎn)現(xiàn)場密切關(guān)注加工狀態(tài)，調(diào)節(jié)Z向（法相）刀具誤差；飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工難點——閉角加工閉斜角部位的加工：

由于空氣動力外形的需要，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中常有一些理論型面和閉斜角結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)特征需要專門的加工刀具才能滿足設(shè)計要求。

為了避免過多的刀具種類，目前一般采用通用刀具修磨后進(jìn)行加工，鉗工修磨工作量大，相關(guān)部位壁厚一般都較小，剛性較弱，加工過程中殘留去除不到位。4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)解決措施：1、工藝策略上增加行切范圍，盡量去除閉角殘留，逼近理論模型；

2、定制錐形銑刀，行切閉角殘留，大幅提高加工效率和閉角質(zhì)量；零件外輪廓的連續(xù)加工：

帶有理論外形要求的薄壁結(jié)構(gòu)件，最好能一次完成型面加工。

目前外輪廓及側(cè)壁采用高速加工、小切深、小切寬、層優(yōu)先加工，易產(chǎn)生接刀痕，高速加工容易發(fā)生顫振,導(dǎo)致側(cè)壁振刀，表面粗糙度差，效率較低。4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工難點——外輪廓連續(xù)加工解決措施：1、優(yōu)化工藝方案，優(yōu)化刀軌策略；

2、使用大切深（一刀到位），小切寬的高效側(cè)壁精加工刀具，一次完成型面加工；4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)小結(jié)航空結(jié)構(gòu)件加工面臨的困難和挑戰(zhàn)，我們應(yīng)從各工藝設(shè)計環(huán)節(jié)、刀具系統(tǒng)、機(jī)床、裝夾等找出最優(yōu)解決策略，為實現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)零件高效、綠色、高精度加工提供堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，并輔以科學(xué)的實驗手段，測量加工過程中切削力的變化，獲得真實切削環(huán)境下工藝參數(shù)、刀具、機(jī)床的匹配狀態(tài)，為實現(xiàn)航空結(jié)構(gòu)件智能制提供有效的數(shù)據(jù)支撐。立銑刀常用刀具，規(guī)格Φ4~Φ32加工特征：筋條、緣條、凸臺、凹槽等結(jié)構(gòu)銑平頂筋銑斜頂筋銑腹板4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)銑內(nèi)形接轉(zhuǎn)角銑孔航空結(jié)構(gòu)件加工常用刀具類型球頭銑刀球頭刀常用于各種曲面、圓弧溝槽的加工錐度球頭銑刀可用于清閉角殘留銑筋頂過度R清閉角殘留加工干涉4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)航空結(jié)構(gòu)件加工常用刀具類型槽銑刀一般為專用訂制成型銑刀常用于加工密封槽、耳片槽、鍵槽等開槽公差＞±0.2mm，槽寬尺寸依靠工人調(diào)整①粗開槽，上下表面留余量②精銑槽到位4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)航空結(jié)構(gòu)件加工常用刀具類型槽銑刀密封槽加工①粗開槽，立銑刀②精銑左上側(cè)壁，立銑刀③精銑右上側(cè)壁，立銑刀④精銑右下側(cè)槽，槽銑刀⑤精銑左下側(cè)槽，槽銑刀4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)航空結(jié)構(gòu)件加工常用刀具類型單刃鏜刀采用單刃模塊化鏜刀，實現(xiàn)精度孔的加工加工孔的精度能達(dá)到IT7級表面粗糙度能達(dá)到Ra0.8(難加工材料)~1.6μm（鋁合金）加工方式：進(jìn)給固定鏜進(jìn)鏜出鏜刀柄鏜刀片側(cè)固式連接桿硬質(zhì)合金鏜桿4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)航空結(jié)構(gòu)件加工常用刀具類型刀柄常用的刀柄：熱套刀柄和強(qiáng)力刀柄熱套一般用于高速及亞高速銑削，抗振能力弱，主要型號為HSK63、HSK100系列強(qiáng)力刀柄用于低速加工，適用于強(qiáng)力切削，外觀尺寸大，抗振能力強(qiáng)，主要型號為BT50、BBT50系列直柄熱套強(qiáng)力刀柄錐柄熱套4.航空結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)困難和挑戰(zhàn)航空結(jié)構(gòu)件加工常用刀柄類型5.成航工藝團(tuán)隊概況成航工藝團(tuán)隊——服務(wù)航空工業(yè)成飛成飛-數(shù)字化制造中心/數(shù)控加工廠成飛-成航C