航空薄壁结构件数控加工变形控制技术探究

◎杨雄飞

（作者单位：陆装驻哈尔滨地区航空军事代表室）

在航空薄壁结构件的数控加工过程中，多重因素的存在都会对其加工质量产生影响，通过对加工变形的有效控制，可收集准确的信息，明确具体的影响因素，进而可显著提升航薄壁结构件的设计能力，使之加工精度得以进一步提升。为此，本文从航空薄壁结构件数控加工变形的原因分析入手，提出了加工变形的控制思路，并对控制航空薄壁结构件数控加工变形的有效控制策略展开了探讨，希望本文的研究可为航空薄壁结构件加工质量的提升提供帮助。

在航空薄壁结构件加工前，应利用计算机技术、运用工程分析法对加工件的变形情况进行分析，以便于加工过程中对影响因素进行有效消除，避免出现加工件变形问题。因此，航空部门应制定科学合理的变形控制措策，不断进行结构件加工质量的优化，进而使飞机的整体性能得到提升。

一、航空薄壁结构件数控加工中出现变形问题的具体原因

航空薄壁结构件加工中的变形问题主要有两种，一是结构件局部变形，二是外形整体变形。

1.结构件局部变形。

在结构件加工及切削过程中多会出现此问题，变形之后结构件会出现局部弯曲或让刀现象，刀具及加工件的接触处是变形的主要区域。航空薄壁结构件不具有较强的刚性特点是引发其出现局部变形的直接原因，同时，如果结构件的局部尺寸不一致，加工后所呈现的外形也各不相同。

2.外形整体变形。

此变形问题主要表现为结构件弯曲或扭曲现象。对材料进行切割之后，材料内部的应力及加工温度均会发生改变，此时如果放置环境有所改变将会使结构件出现外形整体变形现象。同时，热胀冷缩问题也会导致结构件出现外形整体变形。在对加工温度要求较高的情况下，如加工车间、零件运输以及车间后期的温度存在较大差异，将会导致结构件因热胀冷缩而出现变形。因此，应采用有效的措施加强对各环节的温度控制，才可有效避免航空薄壁结构件出现变形问题。

二、航空薄壁结构件数控加工变形控制思路

针对航空薄壁结构件数控加工变形问题，可以在有限元分析技术的基础上对其进行探究，即以商业软件ANSYS为基础，全面评估变形、应力之间的关系。另外，还应该分析结构线性、非线性行为以及瞬间动力学，充分掌握结构与荷载之间的联系。在建设结构件模型时，应该重点强调细节部分，剩余部分可在实际结构件的基础上完成建模。实际上，模型一直处于最好的状态，只有在这种情况下才能保证结构件的安全性。对于弧形件而言，其刚度和平面刚度比较差，在加工过程中如果受到切削力和夹紧力，就会发生变形。从材料力学的变形理论进行分析，材料在受到外力作用时会产生变形，而应力大于材料的屈服强度时，就会出现塑性变形。对于环形件而言，其径向变形一般为椭圆，需要对以下内容进行分析：一是内应力，需要在结构件内应力情况的基础上分析加工变形规律；二是切削力，在数控加工过程及切削参数选择下分析零件所受切削力；三是装夹限制，在所选择的装夹位置下分析零件夹紧力。

三、航空薄壁结构件数控加工变形的有效控制策略

1.加工环节的变形控制措施。

（1）合理调控数控加工切削参数。切削参数会对数控加工零件的精度产生影响，如设置的切削参数缺乏合理性，会加剧刀具的磨损程度，在切削力增加的情况下，结构件表面的残余应力会进一步提升，会影响结构件的加工质量，也会提高加工成本。因此，合理进行数控加工切削参数的设置与调控极为关键。切削参数优化方法较多，应用效果最为理想的是基于生物进化理论的基因算法，此优化方法可实现多种参数的应用，从而完成全局探索及优化。

（2）制定科学的结构件装夹方案。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。

（3）选用合理的补偿措施。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。

（4）合理应用切削技术。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.加工完成后的变形控制措施。

（1）预拉伸板材的有效利用。针对纤维流向要求较低的结构件可应用预拉伸板材进行加工。此种材料的残余应力相对较少，切削加工时的变形量不高，可实现对加工成本的有效控制，但同时，也会使结构件的强度值有所降低。在应用过程中应合理进行应用策略的制定，以免在其它因素的干扰下影响加工件的质量。

（2）提高结构件刚度设置的合理性。加工弧形结构件时，应使用多个横杆对其进行支撑，以免加工时出现严重的变形问题，也可显著提升加工效率。应了解结构件的具体装配要求，结合其应力情况合理进行结构件刚度的设置。

（3）清除结构件内部残余应力。应遵循结构件的设计要求对其内部的残余应力进行有效消除，进而使设计水平得到提升，实现对质量影响因素的有效控制，减少变形问题出现。如设备应用前应先进行热处理，进而达到降低变形量的目的。

3.结构件外形轮廓整体变形的控制措施。

航空薄壁整体结构件加工时其宏观应力会逐步释放，切削过程中的应力分配情况存在差异，所产生的变形量也有所差别。因此，应采取以下方法对因内部应力而导致的结构件变形问题进行有效控制：

（1）合理选择加工材料。1要想减少变形现象，所使用的加工材料内部应力分布必须均匀，并对其进行科学合理的测量与分析后再进行加工，这可有效避免变形问题。

（2）释放原材料的内部应力.应针对原材料的内部应力情况进行分析，结合分析结果采用适合的方法在其毛坯内将之应力进行合理释放。

（3）加强仿真实验.研究人员应利用仿真机对航空薄壁结构件进行分析，通过安全校正理论分析之后得出可行性较高的校正方法，通过合理的校正减少结构件数控加工中出现变形问题的几率。

结语：随着航空事业的不断发展，人们对其结构件提出了较高要求，只有结构件质量有所保障，才能达到各类设备的生产要求。所以，在控制航空薄壁结构件数控加工变形时，要对其实际情况进行分析，从加工中、加工后做好变形控制，进而提高航空薄壁结构件的加工质量。