第五章 飞机结构件的数控加工技术
基于特征的飞机结构件数控加工工艺研究
基于特征的飞机结构件数控加工工艺研究摘要：本文介绍了飞机零件数控加工的背景，分析了飞机零件数控加工的特点和难点，应获取连接特性和尺寸信息，并根据网络信息评估网络的相对强度，根据通用信息对飞机结构件的相对强度进行评估，根据该功能对飞机结构的相对强度进行刚度校核，确定飞机零件切削参数优化模型，分析影响切削参数的因素，考虑对切削参数的影响，数控零件加工实验分析飞机部件编程和加工的典型特性，区分飞机部件的典型特性和组合，分析了不同测试方案的可行性。
关键词：飞机结构件；数控加工；装夹设计；参数优化一．飞机结构件数控加工工艺概述在现代飞机设计制造中，为了提高结构件的可靠性，飞机的结构件以厚壁和薄壁的总框架为基础。
因此，在设计和操作上具有物理精度高的优点。
以前的小零件焊接和激光焊接的处理率为90%或98%，大型五金件一起存放可以大大减少零件的数量和装配过程，减轻机器的重量。
提高飞机零部件的强度和可靠性，提高飞机生产质量。
飞机结构的结构主要取决于飞机的气动外形，其周长轮廓与其他部件的轮廓紧密对齐。
同时，薄壁结构弱化其结构，结构顶部复杂，底板厚度小于1mm。
为了满足精密装配的要求，飞机工业需要各种形状、部件的位置和尺寸等最大精度，都是高于上一代飞机的平均高精度。
飞机结构件复杂，操作困难。
这些部件具有复杂的理论形式，如机身形状、机翼形状和机身面积形状需要多个部件的组合。
这种薄壁结构容易变形。
有大量的薄壁和深壁，典型的组合结构比较薄弱。
由于飞机结构件的结构特征和精度要求，飞机结构件的数值控制加工有以下特点和难点。
首先是加工过程中容易变形。
飞机的结构复杂，特点类型多，结构件的紧固位置，例如开口管、飞边孔等必须考虑这一点。
第二，飞机的构造有丰富的薄壁构造和刚度。
因为加工中的切削参数的调整不恰当，所以会影响加工品质和效率的问题。
由于飞机的结构件加工特性的多样性，切削参数必须考虑特性的特性。
最后，由于飞机的结构件尺寸大，盲目性高，一般工艺只能在试验后加工。
基于MBD和特征的飞机结构件数控加工方法
1） 准确性定义。采用主几何模型和公差定义， 保证飞机 结 构 件 的 位 置、形 状 和 误 差 的 准 确 定 义。 其中，主几何模型由坐标系统、基准面 / 基准线系统、
（ 1 南京航空航天大学 机电学院，南京 210016； 2 成都飞机工业（ 集团） 有限责任公司，成都 610092）
摘 要： 针对当前基于特征的飞机结构件数控加工由于特征信息不完整导致的工艺决策、数控编程
以及在线检测自动化程度不高、质量不稳定、效率低等问题，提出了基于 MBD 和特征的飞机结构件
针对以上问题，提出了基于 MBD 和特征的飞机 结构件数控加工方法。该方法将 MBD 技术和特征 技术相结合，以飞机结构件 MBD 模型为唯一依据， 自动识别模型中的几何特征信息和非几何信息，并 根据该信息进行自动工艺决策、数控编程和在线检 测，提高了工艺决策、数控编程以及在线检测的质量 和自动化程度。
数控加工方法。该方法以飞机结构件 MBD 模型为唯一依据，自动识别模型中的几何特征信息和非
几何信息，并以此为基础进行自动工艺决策、数控编程和在线检测。MBD 模型中非几何信息的自
动获取大大减少了人工交互，避免了由于人员个体输入产生的数据异意性、不完整性和冗余性，提
高了工艺决策、数控编程和在线检测的自动化程度、质量和效率。根据以上研究，在 CATIA V5 平
包括通用公差和特定公差，通用公差应用于 公差
所有未标注特定公差的产品结构特征上
注解
对零件特定结构特征进行注解说明
飞机结构件数控加工精度控制关键技术
飞机结构件数控加工精度控制关键技术熊青春; 王家序; 周青华【期刊名称】《《航空科学技术》》【年(卷),期】2019(030)007【总页数】12页(P8-19)【关键词】数控铣床; 飞机结构件; 误差建模; 加工误差预测; 加工精度控制【作者】熊青春; 王家序; 周青华【作者单位】四川大学空天科学与工程学院四川成都 610065; 成都飞机工业(集团)有限责任公司四川成都 610092【正文语种】中文【中图分类】V261.2新一代飞机为满足长寿命、结构轻量化等方面的性能要求，大量采用新技术、新结构、新材料。
在飞机设计中，为提高飞机的强度和可靠性，承力结构件主要采用整体构件，以薄壁整体框架结构为主，这使其在切削过程中材料去除量大，去除率高达90%以上。
如图1所示，相比以往的飞机结构件焊、铆接的组装模式，大型整体结构件减少了零件数量以及装配焊接工序，提高了结构强度和可靠性，同时有效减轻整机重量，使飞机的性能显著提升。
飞机结构件的快速发展在提高了飞机性能的同时，也给制造技术带来了严峻的挑战。
加工精度是评价零件合格与否的重要指标，也是反映数控加工技术水平的首要指标。
分析数控加工的误差影响因素，对加工误差进行预测和补偿控制，实现加工精度的提升对企业增效降成本具有重要意义。
影响数控机床加工精度的因素众多[1，2]，如机床制造误差、热变形误差、振动误差、控制系统误差等。
依据数控机床的结构、控制系统等的不同，多轴数控机床的定位精度由不同的误差源决定。
在某个特定的数控机床上，有多个误差来源，包括几何、静态和动态负载、热误差、伺服系统参数不匹配等，这些误差源以一种复杂的方式影响刀尖的定位精度，最终影响零件的加工精度。
图1 某型飞机中机身加强筋结构Fig.1 The fuselage stiffener structure of an aircraft数控加工精度保障方法可分为两大类[3]：误差防止法和误差补偿法。
数控加工技术在飞机制造中的应用
数控加工技术在飞机制造中的应用摘要：近年来，随着国家经济快速发展，社会的不断进步，人民生活水平的日益提高，使得科学技术在不断进步，其中数控加工技术的出现，进一步的增加了飞机制造中的精确度。
飞机中的零部件均属于金属性的材料，因而就需要就会在数控加工的技术对这些金属材料进行加工，进而提高金属材料的精确度，确保飞机在飞行中的安全性。
因而，数控加工技术在飞机零部件的制造中起着非常重要的作用。
因此，为了进一步的了解数控加工技术在飞机制造中的作用，本文对数控加工的定义，组成，注意事项，数控加工技术在飞机制造中的具体应用以及数控加工技术在飞机制造中的影响进行了分析与研究，进一步的促进了数控加工技术在飞机制造中的应用程度。
关键词：数控加工技术，飞机制造，应用1.数控加工技术1.1数控加工的定义及数控机床组成数控加工，简单来说，指的是在数控机床上对加工零件进行的一种加工工艺方法，数控加工的机床与传统的加工机床的工艺规程是大致相同的，数控加工的工艺方法是借助数字化的信息来控制零件和各种刀具的位移来实现机械加工的加工方法。
数控化的加工能够解决传统机械加工中的问题，例如零件种类繁多，形状多样的零件以及一些精度较高的零件加工的要求。
数控机床主要是由控制介质，数控装置，伺服系统以及机床本体来组成。
数控机床主要是借助记录在媒体上的数字信息经过数控装置来对机床实施控制，使得它自动的执行规定加工过程的机床。
控制介质又叫做信息载体，在该介质中包含了加工某一个零件的所有信息，一般常见的介质有穿孔带，磁带以及一些磁盘等等可以大量的储存一些信息的载体。
伺服系统是用于连接机床运动部件和数控系统的主要装置，属于数控加工中的执行部分。
数控装置是数控机床中的关键所在，用于接收控制介质发送的信息，经过一系列的变化和处理来转换成对应的脉冲信号来进一步的控制机床的运动来进行加工。
机床是数控机床的机械部分，包括了一些主动传动装置，进给传动装置，床身，工作台以及其他的辅助等部分，还有一些其他特殊的组成部分。
数控技术在飞机零件加工中的应用
数控技术在飞机零件加工中的应用摘要：随着计算机技术的日益成熟，飞机制造技术也不断的进行革新、改革创新传统技术，此外，飞机制造中新结构、新材料的使用也促使飞机制造技术的不断创新。
目前，飞机先进制造技术数字化制造技术以及集成整体结构组成当前，数控技术在飞机零件加工制造中的应用水平较高，无论是主轴还是数控设备其利用率均非常高，数控技术的应用不但大大提高了劳动生产率和加工效率，而且还能有效缩短加工周期。
基于此，文章对数控技术在飞机零件加工中的应用进行了研究，以供参考。
关键词：数控技术；零件加工；技术措施1数控技术在飞机零件加工中的工艺浅析1.1DNC技术DNC技术即为分布式数字控制技术该技术在20世纪80年代已经广泛的应用于西方国家的飞机零件制造当中去。
经过几十年的发展，该技术在我国发展相对比较成熟，该技术再飞机零件加工中的应用可以有效提高其技术效益和经济效益，促进生产率的提高。
此外，DCN技术的应用使得机械加工车床具备了数字化加工生产线以及加工实体仿真手段，对飞机零件加工制造业的发展有着重要的作用。
1.2CAD/CAM系统计算机信息技术的兴起，CAD/CAM系统的应用使得飞机生产方式产生了巨大的变化。
CAD/CAM是计算机辅助设计与制造系统，其直接关系到数控加工工艺的水平。
计算机信息技术的兴起使得计算机图形处理水平不断提高，促使CAD/CAM系统中的图形交互的自动编程方法应用日益广泛，该编程方法在应用中有着操作简单、易于检查、高精度、高速度的特点，凭借其特点，该方法在CAD/CAM系统中得到了广泛利用。
在应用中借助各种技术资源与工艺知识数据库，最终使得机械制造工艺先进、加工程序优质，在促进成产效率与设备利用率大大提升的同时，能够大大降低工艺零件生产周期。
1.3高速切削技术相比飞机零件制造中的传统切削，高速切削的优点明显，首先在进给速度提高8倍的情况下，降低加工时间一倍以上，材料去除效率相比之前提高300%，而且切削力在降低25%的情况下，提高刀具耐用度80%。
数控加工技术在飞机制造中的应用
框类零件是飞机机身横向结构的主要承力件，是形成和保持机身径向外形的主要结构，其外形以机身外形数模为制造依据，整 个外形曲面均是机身理论外形曲面的等距过度面。框类零件的毛坯形式多为模压件，在国外则用厚预拉伸板较多。加工中，除 精加工外，框大部分采用三坐标
表１ 高强度钢材料的切削速度 ｍ／分
数控铣床即可进行加工，零件装夹均采用局部平面定位和工艺孔定位的分离式夹具。为控制加工变形，通常采用如下工艺方 法：
ａ、为保证上下平面保持平行，采用上下反复加工的方法，每次下刀深度控制在５ｍｍ之内，越接近最终尺寸，下刀量要逐渐 减小，最后一刀控制在１ｍｍ左右。
ｂ、控制舱内外形的收缩变形，采用先粗加工机身理论外形，再加工舱内外形的方法。
ｃ、为控制扭曲度，采用多次分层，双面尽量对称加工方法。一方面可使先加工部分的变形在后加工工序中回弹，另一方面使 变形也被铣掉一部分，从而达到较理想的几何形状。 ｄ、为减小零件加工的热变形，主要控制切削深度ａｐ值和切削宽度ａｅ值，ａｐ≤ｒ（刀具底角半径），ａｅ≤Ｒ（刀具半 径）；在主轴转速ｎ≥３０００转／分，切削速度Ｖｆ≥２０００ｍ／ｍｉｍ又减小加工热变形，提高切削质量是明显的。 １．４ 接头
二、数控技术应用的影响
数控技术的应用对飞机制造中常规加工所产生的影响是深远的，其影响主要表现在以下几个方面：
１、对标准工装的影响：传统的标准如样件、量规，用于协调飞机部件之间的安装关系。
２、对模线样板的影响：传统的以模线样板作唯一原始依据的制造方法将逐步被
数据所代替并逐渐消亡。
３、对零件和工装的加工影响：数控加工取代了按样件、样板、靠模加工的方法。
接头是飞机上的重要受力件，它要传递和连接飞机的各部位，因此其结构特点是几何形状复杂，空间角度多，加工精度和协调 性要求高，要求材料的强度和刚性好，抗疲劳也要好。此类零件毛坯一般为效率低、产品合格率低。为了解决变形问题，零件 加工分粗、中精及精阶段，并且每次加工时加工整个零件实体，使得应力得以充分释放。为了提高加工效率，在深层加工时采 用不同加工深度的刀具联合使用，充分发挥短刀加工效率高的加工优势，减少长刀的加工量，从而提高加工效率和产品的合格 率。
模型飞机设计及其数控加工
模型飞机设计及其数控加工模型飞机设计及其数控加工的背景和意义模型飞机设计是指通过一系列工程技术方法和原理，为了模拟真实飞机的外形和功能，设计出小型的模型飞机。
这些模型飞机不仅可以作为玩具，还可以用于航空教育、研究和训练。
随着科技的发展和人们对飞机的兴趣增加，模型飞机设计及其数控加工成为一个热门的领域。
数控加工是一种利用计算机控制机床进行加工的方法。
模型飞机设计与数控加工的结合，可以实现对模型飞机的精确、高效加工，提高生产效率和产品质量。
同时，通过数控加工可以实现一些复杂的机构和细节设计，使得模型飞机更加细致而真实。
本文将探讨模型飞机设计及其数控加工的背景和意义，并介绍相关的技术和方法。
通过了解模型飞机设计及其数控加工的基本原理和应用，读者可以更好地理解这一领域的重要性，从而为模型飞机设计和加工提供指导和启示。
二、模型飞机设计的基本原理该部分将讲解模型飞机设计所涉及的基本原理和概念。
模型飞机设计的基本原理包括以下几个方面：空气动力学：模型飞机设计的基础是空气动力学原理。
了解气流、升力、阻力、升降舵、翼型等概念对于设计一个稳定飞行的模型飞机非常重要。
结构力学：模型飞机的结构必须能够承受各种载荷，如重力、气动载荷等。
了解材料力学、应变、强度等概念对于设计一个强度合理的模型飞机至关重要。
控制原理：模型飞机的飞行需要进行控制，而控制原理研究的是飞机的操纵系统。
掌握飞机的操纵面、传动系统等相关知识，能够设计出合理的控制机构。
数字设计技术：在现代模型飞机设计中，数控加工已经成为重要的工艺。
通过数字设计软件，可以进行三维建模、分析和优化，有效地提高设计效率和准确性。
以上是模型飞机设计的基本原理的简要介绍，对于进一步深入研究和具体应用模型飞机设计具有重要指导意义。
三、数控加工技术在模型飞机制造中的应用本部分将探讨数控加工技术在模型飞机制造过程中的优势和应用方法。
数控加工技术是一种利用计算机控制机床进行加工的方法，它具有高精度、高效率、灵活性强等特点，被广泛应用于各种工业领域，包括模型飞机的制造。
飞机制造过程中的数控加工技术应用
飞机制造过程中的数控加工技术应用飞机制造是一个需要高精度、高性能加工技术的行业，而数控加工技术是现代制造业中不可或缺的一部分。
数控加工技术已经被广泛应用于飞机制造的每个环节，从飞机零部件的设计、加工到组装，都有数控加工技术的影子。
本文将从飞机制造中数控加工技术的应用入手，深入探究数控加工技术在飞机制造中的作用，包括其发展历程、应用范围及未来的发展趋势。
一、数控加工技术在飞机制造中的发展历程数控加工技术最初的应用是在20世纪60年代，当时的主要目的是提高加工效率和精度。
经过几十年的发展，随着工业自动化程度的提高，数控加工技术的应用范围越来越广泛，并且不断改善和升级。
而在飞机制造行业中，数控加工技术的应用也经过了一定的发展历程。
早期的飞机制造过程主要采用人工操作和传统的机械加工方式，色差、误差大、效率低下，难以满足飞机质量和生产效率的要求。
1970年代末，随着航空工业的发展和自动化水平的提高，数控加工技术被引入飞机制造中。
在数控机床上，只要将设计好的CAD图形转化为NC程序，数控机床就可以自动完成对工件的加工。
二、数控加工技术在飞机制造中的应用范围数控加工技术在飞机制造中的应用范围非常广泛，包括飞机零部件的制造、试验、组装等多个环节。
在飞机零部件的制造中，数控加工技术主要用于机翼、发动机舱壁、底盘等零部件的加工。
相比传统的机械加工方式，数控加工技术可以提高加工的精度和效率，缩短制造时间。
此外，在试验环节中，数控加工技术也可以用于飞机模型的制作和测试，为飞机设计提供更为准确的数据和参考。
在组装环节中，数控加工技术也有非常重要的应用。
为了确保飞机的结构安全和飞行性能，飞机的组装需要非常高的精度和可靠性。
数控加工技术可以实现高精度零部件的精确组装，大幅提高组装精度和效率，确保飞机的安全飞行。
三、数控加工技术在飞机制造中的未来发展趋势随着科技的进步和需求的不断变化，数控加工技术在飞机制造中的应用也在不断地发展和改进。
数控加工技术在飞机制造中的应用
数控加工技术在飞机制造中的应用
数控加工技术是指使用数控设备进行加工制造的一种先进制造技术。
随着飞机制造技术的不断发展，数控加工技术在飞机制造中的应用也日益广泛，对飞机制造的质量、效率和精度提升起到了重要的推动作用。
数控加工技术在飞机结构件加工中的应用非常广泛。
传统的手工或半自动加工方式在加工飞机结构件时容易产生工艺误差，导致零件的精度不高，同时也会增加加工难度和成本。
而数控加工技术可以通过预先编写加工程序，通过数控设备的精确控制来实现对飞机结构件的高精度加工。
数控铣床可以实现对飞机结构件的复杂形状加工，数控车床可以实现对飞机零件的旋转面加工，数控切割机可以实现对飞机板材的切割等。
这些数控加工设备可以提高飞机结构件的加工精度和一致性，减少加工成本和时间，同时也减少了人为因素对加工质量的影响。
数控技术在飞机零件加工中的应用
12科技资讯科技资讯SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 2007 NO.28SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION 工业技术计算机技术的不断发展,使得飞机先进制造技术处于不断变革之中,传统技术不断精化, 新材料、新结构加工、成形技术不断创新,集成的整体结构和数字化制造技术构筑了新一代飞机先进制造技术的主体框架。
目前的飞机制造公司数控技术应用水平高,不仅数控设备利用率高,主轴利用率高,而且加工效率极高,加工周期短,劳动生产率也不断提高了。
飞机制造业中数控技术发展现状和应用水平主要体现在:广泛采用 C A D /C A M 系统和 D N C技术, 达到数控加工高效率,建立了柔性生产线和发展了高速切削加工技术。
1数控加工技术概述目前,数控加工技术已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。
数控加工的最大特征有两点:一是可以极大地提高精度,包括加工质量精度及加工时间误差精度;二是加工质量的重复性,可以稳定加工质量,保持加工零件质量的一致。
数控加工具有如下优点:提高生产效率; 不需熟练的机床操作人员; 提高加工精度并且保持加工质量;可以减少工装卡具;可以减少各工序间的周转,原来需要用多道工序完成的工件,用数控加工可以一次装卡完成,缩短加工周期,提高生产效率;容易进行加工过程管理;可以减少检查工作量;可以降低废、次品率;便于设计变更,加工设定柔性;容易实现操作过程的自动化,一个人可以操作多台机床;操作容易,极大减轻体力劳动强度。
随着制造设备的数控化程度不断提高, 数控加工技术在我国得到日益广泛的使用。
2 飞机数控加工技术 2.1 CAD/CAM 系统随着计算机和数控机床的出现,飞机这种高科技产品终于找到了摆脱原始生产方式而迈向数字量协调与传递尺寸的 C A D /C A M 途径。
从此,飞机生产方式发生了质的飞跃。
数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造(C A D /C A M 系统的质量。
飞机结构零件数控加工技术研讨
,$’’，.2"03’’；目前在高速设备上采用的参数为 !" ,$$$$% & ’(!， )*"$+,’’， ./"-14’’， .2"03’’。 前 者 （低速加工）切削速度为 #$0’ & ’(!；而后者 （高速
加工）切削速度为,$$$’ & ’(!。实际应用情况表明：采 用高速切 削 后 ， 金 属 切 除 率 大 幅 提 高 ， 约 是 低 速 切 削 的 A;1 倍，切削力大幅下降，仅是低速切削的 @<;A<D ， 切削振动 减 少 ， 零 件 表 面 质 量 及 尺 寸 精 度 提 高 ， 在 常 规低速切 削 中 备 受 困 惑 的 一 系 列 亦 问 题 （如 加 工 变 形 等）得到了解决，加工效率和零件质量得到了提高。
图A
0+ 对于薄壁侧面的加工
在切削参数允许的范围内采用较大的径向分层和较 小的轴向分层加工；对于侧壁两面都需加工时候采取台 阶式来回铣削， 充分利用零件的整体刚性，可提高加 工效率（如下图C） 。
四、薄壁零件的加工工艺探讨
随着飞机性能要求的进一步提高，现代航空工业 中大量使 用 整 体 薄 壁 结 构 零 件 。 其 主 要 结 构 由 侧 壁 和 腹板组成 ， 结 构 简 洁 、 尺 寸 较 大 、 加 工 余 量 大 、 相 对 刚度较低 （如 图 @） ，故加工工艺性差。在切削力、切 削热、切 削 振 颤 等 因 素 影 响 下 ， 易 发 生 加 工 变 形 ， 不 易控制加 工 精 度 和 提 高 加 工 效 率 。 加 工 变 形 和 加 工 效 率问题成为薄壁结构加工的重要约束。 加工薄壁零件的关键在于切削过程的稳定性。大 量的实验 工 作 证 明 ， 随 着 零 件 壁 厚 的 降 低 ， 零 件 的 刚 性减低， 加 工 变 形 增 大 ， 容 易 发 生 切 削 振 颤 ， 影 响 零 件的加工 质 量 和 加 工 效 率 。 以 下 是 我 厂 在 薄 壁 零 件 的
飞机结构件数控加工典型工艺及切削参数研究
性联系在一起 。冷却状态 良好 ，可适当增加刀具耐用度，减少停机换刀 时间，提 高效率 。对航空件，由于受 飞机结构件的结构特点 限制，铣削
深度 与 宽度 可 选 性 不 大 ， 因此 选 用 切 削用 量 主 要 是 选 用 每齿 进 给 量 与 铣
＿ 一
工余量值在相应 的范围内， 就使切削深度等 于加工余量， 否则分层切除。
在机床工件和刀具刚度允许的情况下， 切 削深度就等于加工余量 ，这是 提高生产率的一个有效措施 。 （ 三 ）合理选择切 削参数的方法 大体由以下几种方法完成：一种是进行大量的实验 ， 建立切削数据库 ， 需要时可立即从库中调 出最佳的切削用量值。这种方法，属于较先进的，
与 其 他 行 业 产 品 相 比 ，航 空类 产 品零 件 具 有 一 些 显 著 的特 征 ，从而
决定 了航空零件数控加工技术 的特点 以及发展的方向。产品类型复杂， 具有 小批量 、多样化特点。由于现 代飞机结构复杂 ，零件品种繁 多，同 时，飞机研制通常为小批量生产，因此无法采用大规模流水线生产 方式 来提 高效率和降低成本，因此航 空零件数控加工也必须适应这种特点 。 结构趋 于复杂化和整体化，工艺难度大 ，加工过程 复杂 现代数控技术 的进步促使航空零件的设计趋于复杂化和整体化 ， 简化装配，提高结构 性能，这 也给数控加工技术提出了更 高的要求。薄壁化 、大型化特点突
出，变形控制极为关键。为了控制 飞机重量 ， 飞机 零件 的一个显著特点
就是进行了薄壁化 设计 ， 另一方面 ， 飞机的大型化也使得零件结构趋于 大型化，出现 了许 多超大型零件，因此加工变形成为了突出的矛盾 。材
飞机结构件智能数控加工关键技术
飞机结构件智能数控加工关键技术作者：申霖来源：《环球市场》2019年第11期摘要：众所周知，飞机结构件在整个飞机制造过程当中占据着较大的比例，花费了较多的费用。
在信息化技术得到普及的情况下，飞机结构件的生产力状况相对于之前而言得到了很大的进步，但是相对于国外而言水平还是比较落后的，本文主要分析了飞机结构件智能数控加工技术面临的挑战、研究现状、原则与云制造原型系统，以期促进飞机结构件智能数控加工技术的进步，努力追赶国外技术。
关键词：飞机结构件;智能数控加工;关键技术航空制造当中的结构件大多数情况下都是不规则的，结构件的状况与飞机机体骨架的状况有着直接的联系。
在飞机结构件智能数控方面制造出性价比较高的结构件，可以为航空制造业作出更加关键的工作。
将信息化技术与飞机结构件智能数控加工关键技术结合在一起，会有更加良好的效果。
一、飞机结构件智能数控加工技术面临的挑战飞机结构件智能数控加工技术面临的挑战有四个方面的內容，第一，数控编程的质量有待得到提升;第二，智慧加工工厂生产管控中心存在着不足之处;第三，设备性能与产品制造不能完美对接;第四，加工过程存在着人工干预问题。
接下来将展开具体的分析。
（一）数控编程的质量有待得到提升飞机结构件的数控编程本身就具有非常大的工作量，结构件编程时间与实际时间存在着一定的比例问题。
在机床本身出现问题的情况下，由于机床、各种数控系统和之前相比有着很大的区别，数控编程的质量就需要得到提升，这也是飞机结构件智能数控加工技术所面临的问题。
（二）智慧加工工厂生产管控中心存在着不足之处智慧加工工厂生产管控中心需要时时刻刻根据信息结合航空制造业方面做出一定的处理，对于生产部门而言，就需要进行动态资源变动，对于决策结果也需要进行现场的变动生产。
智慧加工工厂生产管控中心存在的这一不足之处，阻碍了结构件技术的制造发展。
（三）设备性能与产品制造不能完美对接数控机床本身的精度与使用年限之间成反比关系，设备的性能也需要满足产品制造的种种需求，这就需要智慧加工工厂解决问题然后才可以与产品制造进行完美对接，比如监测设备本身的健康状态，才可以解决设备与产品制造的问题。
飞机结构件数控加工方案快速生成技术研究
如果想要制成飞机机体的骨架 以及飞机 的气动外形 ， 飞机结构件是不可 缺 少 的。 飞机 结 构件 的 品种非 常多 而且形 状 比较 复杂 ， 所用 的材料 也不 相 同 ，
它 比一 般 的机械 零件 加工 的难 度会 增 大 ， 对制 造水 平 的要求 也 比较高 。在飞
机的各种产品之 中， 零件加工的很大部分是结构件的数控加工。以新一代的
似度 最大 的方 案 ，如果零 件相 似 ，那么 它们 的加 工方案 也是 相似 的 ，这一 点 可 由相似 性原 理得 到 ，由此看来 初始 方案 就相 似于零 件最 终 的加工 方案 ， 对 于工 艺人 员而 言 ，他们 只需 要做一 些修 改就 可 以完成 方案 的编制 了。此外 ， 方案 库 的扩充将 会 提高初 始方 案 的准确性 ， 快 速 生成技 术给 方案 库提 供 了方 案管 理模 块加 快 了方案库 的扩 充 。 （ ２） 方 案快 速编 制 修改 以及 新建 方案 的便捷 性从 方案 快速 编制可 以体 现 出来 ， 方案 快速 编 制保证 了编制 的效率 ， 主要 是从操 作 与逻辑 两方 面 。 操 作可 以给 工艺 人员提 供方 案编 制的方 法 ，而逻 辑保 证 了操 作 的正确 性 ，这两 者是 相互 配合 的 ， 从 而使 得失 误大 大地 减少 了 ， 方案 编制 的效率 也得 到 了很大 的提 高 。 操 作可 以
１ ． ２ 材 料 特点
分为两类， 分别是节点操作与整体控制。 节点操作提供 的功能是面向节点的， 比如节点的新建 ，插入以及编辑等 ，整体控制是要从宏观上规划工艺规程， 比如节点的移动 ， 合并以及对整体控制策略进行调整等等。节点的移动指的
数控加工技术在大飞机研制生产中的应用
材料的数控加工主要体现在数控刀具及其应用技术和工装的设计制造技术上。 2.高速加工技术 大飞机数控加工工艺技术的实现， 必须依赖于满足使用要求的先进数控设备和高质量的 数控刀具，换言之，就是数控设备必须具有大行程、高转速、高进给、高精度和五轴联动等 特点；数控刀具必须满足高动平衡等级、高刚性、良好的耐磨性和红硬性等技术要求，刀具 接口技术也必须满足高速使用的技术要求。 高速加工技术的成功应用是数控加工技术发展过程中的一次革命， 其特点是当切削速度 超过一定的临界速度时， 切削力随着速度的增加而减小， 同时95％以上的切削热被高速飞出 的切屑所带走，因此，高速加工对提高切削效率、抑制加工变形和提高表面加工质量具有无 可比拟的优势。同时，因其对加工变形控制的有利作用，也极大地简化了工艺流程，更进一 步降低了零件的加工周期。 大型、 整体飞机结构件对数控加工的技术需求主要体现在较小的 加工变形和符合设计要求的表面质量方面， 同时从降低加工成本的角度考虑还必须要求较高 的材料去除率。因此，高速加工技术是突破大飞机关键零件研制技术瓶颈的有效途径，对降 低大型零件的制造成本具有十分重要的意义。 3.数控加工的集成应用技术 经济性是大飞机的重要指标之一， 由于数控设备造价昂贵， 大飞机的零组件制造必须实 现数控加工的集成化应用，才能充分发挥数控设备和数控工艺技术的优势，降低制造成本。 CAD／CAPP／CAM 集成系统、MES 系统、ERP 系统、DNC 技术等现代先进制造系统和技 术在大飞机制造过程中的应用， 将极大地降低机体制造成本， 对飞机的经济性指标起着至关 重要的作用。二.国内外飞机数控加工技术及设备的现状和发展趋势 1.发达国家飞机数控加工技术现状 西方工业发达国家飞机制造业应用数控技术始于20世纪60年代， 经过长期的技术发展和 积累，应用于大飞机结构件的 40M 五坐标高速龙门铣床、20M 五坐标高速翻板铣床等先进 设备在技术上已较成熟， 新型数控刀具技术的研究应用也处于良性循环状态， 这促进了数控 加工技术水平的不断提高。 以波音公司和空客公司为代表的飞机制造企业已基本实现了机加 数控化，并广泛地采用了3C 集成系统和 DNC 技术，同时，柔性生产单元和柔性生产线的应 用也较为普遍，高速切削加工技术应用水平较高，基本实现了自动化、高效率数控加工。 2.国内飞机数控加工技术现状及发展趋势 我国飞机制造业的数控技术起步较晚， 近年来在型号研制任务的推动和国家政策的支持 下，国内飞机数控加工技术的研究和应用水平得到了提升。目前，国内的各大飞机制造企业 均已形成了各自的技术特色， 如成飞的铝合金结构件高速加工技术、 西飞的大型铝合金结构
数控加工技术在飞机制造中的应用
数控加工技术在飞机制造中的应用1. 引言1.1 数控加工技术在飞机制造中的应用数目、首行缩进等。
谢谢！数控加工技术在飞机制造中的应用是现代制造业的重要组成部分，随着科技的不断进步和发展，数控加工技术在飞机制造中的作用也越来越突出。
传统加工方式存在效率低、精度不高等问题，而数控加工技术却能够实现高效、精准的加工，提高了飞机制造的质量和生产效率。
在飞机制造中，数控加工技术应用广泛，涵盖了铣削、车削、激光切割、冲压等多个方面，为飞机零部件加工、发动机制造、蒙皮板加工、机身构件制造、电子设备制造等提供了关键支持。
通过数控加工技术，飞机制造企业能够实现精密加工、自动化生产，提高产品质量和工艺水平，同时也大大节约了生产成本，提升了市场竞争力。
数控加工技术在飞机制造中的应用不仅推动了行业的发展，也为我国飞机制造业的转型升级提供了重要技术支撑。
在未来，随着数控技术的不断完善和发展，数控加工技术在飞机制造中的应用前景将更加广阔。
2. 正文2.1 数控铣削技术在飞机零部件加工中的应用数控铣削技术是一种高精度、高效率的加工方法，在飞机零部件加工中起着至关重要的作用。
数控铣削技术能够实现对复杂形状零部件的加工，保证零部件的精度和质量。
飞机零部件通常具有复杂的曲面和结构，传统加工方法往往难以满足其加工要求，而数控铣削技术可以通过程序控制刀具在多个方向进行切削，实现对复杂曲面的加工，保证零部件的精度和表面质量。
数控铣削技术具有高效率和高自动化程度。
通过预先编写加工程序，数控铣削可以实现高速、连续、准确的加工，大大提高了生产效率。
数控铣削设备还可以实现自动换刀、自动测量等功能，降低了人工操作的难度，提高了生产的稳定性和可靠性。
数控铣削技术还可以实现批量生产，提高了生产效率和一致性。
在飞机零部件加工中，许多零部件具有相似的结构和尺寸要求，数控铣削技术可以通过简单修改加工程序，实现批量生产，保证了零部件的一致性和稳定性。
数控铣削技术在飞机零部件加工中具有重要意义，为飞机制造工艺的提升提供了有力支持。
飞机结构件数控加工典型工艺及切削参数
飞机结构件数控加工典型工艺及切削参数摘要：随着我国科学技术的发展以及综合国力的不断加强，中国飞机制造行业在不断随之不断地发展。
结合当前国家科技重大专项以及航空制造业的需求，对飞机价格的机构复杂度，加工难度系数和数据加工典型工艺等进行分析。
在保证质量的前提下，去提高加工效率和降低成本投资，对于上述方面的选择有着紧密的联系。
因此，本文将就飞机结构的特点作为思考的角度，展开飞机结构件和材料特点、数据加工典型工艺和数据控切削参数的相关论述。
希望能为以后的相关研究提供一些参考。
并推进我国飞机制造业不断向前发展。
关键词：飞机结构件；数控加工；典型工艺；切削参数；研究引言随着现代飞机制造业的不断兴起和发展，数控技术的不断完善，使其效率比以往更高、精度得到了明显地提高，以及自动化程度在不断增大。
使得越来越多的飞机制造业采用了数控加工作为了飞机结构件加工的重要环节。
与此同时，不难发现，飞机行业的发展也带动了数控加工技术发展。
数控加工从以前的3轴变为了如今的5轴便是最好的体现。
在这个转变的过程中，数控技术不断通用化、实用化。
甚至实现了智能化和网络化。
这足以体现数控技术愈来愈强大的客观事实。
并且，在影响飞机构件的品质和质量的因素中，数控加工典型工艺和切削参数的正确选用是不可忽略的部分。
在保证数控加工质量以及效率是有着至关重要的作用。
一、飞机结构件以及材料分析1.1飞机结构件通常情况下，飞机结构件主要由机翼、机身、尾翼、起落装置和动力装置这五大部分组成。
而飞机整体结构件是构成飞机机体骨架和气动外形的重要结构。
并且具有品种繁杂、形状复杂、材料各异等特点。
因此，为了减少重量，进行强度设计，往往在结构件上形成各种复杂型腔。
与一般机械零件相比具有加工难度大、制作水平高、行位的精度要求高、严格的重量控制和严格的寿命使用要求等特点。
1.2材料的分析飞机整体结构类型可以主要概况为整体壁板、整体梁类零件、整体框、肋类零件，整体骨架类，挤压型和变截面桁条类和变截面条类零件五大类型，在飞机的整体结构方面，由于飞机性能的不断提高，也使其整体结构也随着不断增加。
新型复杂航空结构件数控加工技术
新型复杂航空结构件数控加工技术摘要：随着航空工业的快速发展，现代飞机为满足可靠性，机动能力，信息感知能力、寿命、结构轻量化等方面日益提高的性能要求，大量新技术、新材料、新结构被航空制造领域所应用，航空制造领域中的结构件大型化、复杂化、材料多元化、制造精确化等问题急需解决高速、高精、复合等数控加工要求已成为现代飞机结构件数控加工装备的主要发展方向。
关键词：航空结构件；数控加工技术；一、航空结构件的工艺特点航空结构件决定了其工艺特点：结构复杂，加工难度大——零件外形涉及机身外形、机翼外形及翼身融合区外形等复杂理论外形，且需与多个零件进行套合；切削加工量大——材料去除率达到90％以上，部分零件甚至达到98％薄壁，易变形——存在大量薄壁、深腔结构，为典型的弱刚性结构；加工精度高——装配协调面、交点孔等数量多，零件制造精度要求高；难加工材料比例大——以钛合金、复合材料为代表的难加工材料比重越来越大，对航空制造业提出了严峻的挑战。
二、新型复杂航空结构件数控加工技术（一）拐角加工工艺（1）拐角加工分析在航空结构件加工中，不可避免地会遇到拐角区域的加工，如果在拐角处采用直线轨迹时，铣刀的切削弧长发生了突变，而每齿平均铣削力与切削弧长相关。
因此，平均铣削力在拐角处也发生了突变。
此时，铣刀中心点位于轨迹线尖顶点的位置，瞬时的铣削力从最大跌至最小，但瞬间又降至拐角铣削前的平均铣削力。
实际加工过程中，为避免进给方向的突变，通常在拐角处采用圆弧过渡加工轨迹线的方式进行加工。
铣刀切削弧长变化要小于尖角加工的方式，平均铣切削力的变化也缓和很多。
因此，通过改变轨迹线可以大大缓解拐角处铣削力对刀具和工件的冲击。
通过上述分析可知，改变拐角处的走刀轨迹可有效改善拐角加工的切削状态。
由此国内外学者做了大量理论及实验研究，总结并研究出一些有效的加工方法，常见的拐角加工策略有靠刀法、留余量行切法、细化圆角法、单圆环加工法、双圆环加工法等，这些拐角加工优化方法在一定程度上提高了拐角加工的质量和效率，但当刀具长径比较大时（一般超过5∶1），上述方法就无法从根本上解决拐角加工的质量及效率问题。
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5.1 飞机结构件的特点和分类
飞机零件尺寸大，壁薄，易变形。零件槽间距离仅 2～5mm，腹板厚度也仅有2～4mm，筋顶形状复杂， 几何形状不规则。
飞机零件按形状可以分为：
A类：飞机壁板、骨架、支架。 B类：飞机框、肋、梁。 C类：锁环、盖板、垫板。
常用的飞机零件材料
• 铝合金是飞机的主要结构材料，在飞机上的用量一般占70 ％-80％。5.3 飞机整体壁Fra bibliotek的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.4 飞机大梁的数控加工
5.4 飞机大梁的数控加工
序号
材料名称
1
合金结构钢
2
铝合金
3
钛合金
低合金高强度钢 低合金超高强度钢
硬铝 超硬铝 α＋β两相钛合金
常用材料的牌号
30CrMnSiA 30CrMnSiNi2A
LY12 LC4 TC4
铝合 和腹板面，翻面铣完内形和腹板面
金
以模线样板划线，将预拉伸板毛坯粗
2
预拉 伸板
铝合 金
铣成外形轮廓，然后铣正反面内形和腹板， 最后翻面铣完内形和腹板面
5.5 飞机框、肋的数控加工
5.5 飞机整体框的数控加工实例
5.5 飞机整体框的数控加工实例
5.6 难加工材料的数控加工技术
难加工材料的切削加工特点 不锈钢加工 钛合金加工 复合材料加工
• 复合材料
飞机零件数控加工的特点
飞机零件材料通常为难加工材料，这些难加工材 料的切削加工性是由其常温特别是高温状态下的物 理力学性能决定的，也与切削加工时所用的刀具材 料、切削方式、加工条件、机床性能、工件刚性及 装夹方法等因素有关。在飞机结构件的加工过程中， 不但要保证零件本身的加工精度，而且还要保证零 件满足协调性要求，二者缺一不可。
5.2 飞机整体壁板的数控加工方法
整体壁板是指将蒙皮、筋条、凸台等部分结构
组成的整体件。
1
2
3
1 腹板 2 筋条 3 孔及孔周边加强凸台
飞机整体壁板的特点
外形准确，表面光滑，可以减少飞机在飞行中的阻力； 在保证同样强度和刚度的情况下，结构重量较轻； 便于应用计算机辅助设计、辅助制造（CAD/CAM）技术； 整体壁板是飞机整体油箱的最好零件，它不但提高了油箱 的密封性，而且减少了密封材料的用量； 减少了零件和连接件的数量，简化了协调关系，减少了装 配工作量。
5.4 飞机大梁的数控加工
5.4 飞机大梁的数控加工
5.5 飞机框、肋的数控加工
5.5 飞机框、肋的数控加工
5.5 飞机框、肋的数控加工
序 号
毛坯类型
加工特点
对外形、内形、腹板进行粗、精加工后，
合金 再进行热处理，最后对框缘结合槽口、梁
钢
1
模压 件
结合槽口和结合孔进行细加工 铣定位基准面，一次定位铣完外形、内形
钛合金加工
提高钛合金加工效率的途径： 正确选择切削刀具材料； 采用多切削刃刀具切削； 减少钛合金铣削过程中的振动； 合理选择工艺参数。
复合材料加工
最常见的多功能复合材料本身既是结构材 料，同时又具有其他功能，如隐身飞机的机 身采用碳纤维或碳化硅纤维增强环氧树脂， 加入铁氧体填料构成的复合材料．特别是有 蜂窝夹层的复合材料，其本身不仅是轻质高 强的结构材料，而且还具备一旦电磁波(雷 达波)射向机身，在面层先吸收部分电磁波 并使透入的波在夹层中多次散射吸收，以逃 避雷达的搜索而实现隐身的功能。
蜂窝夹层结构复合材料
蜂窝夹层结构复合材料由面板(蒙皮)与轻 质蜂窝芯材用浸渍树脂液改性环氧胶粘剂或 改性酚醛胶粘刑粘结而成的具层状复合结构 的材料。夹层结构面板可用强度较高的铝、 不锈钢、镁、铁板或碳纤维、玻璃纤维、芳 纶纤维复合材料板，常用蜂窝芯材可为铝箔、 玻璃都、芳纶纸板、牛皮纸板等(根据不同 性能要求)片材粘接成六角形、菱形、矩形 等格子的蜂窝状作为夹层结构。
蜂窝芯铣切夹具
定位型面
蜂窝芯
双面粘结带
铣切夹具
蜂窝芯铣切夹具
隔膜
蜂窝芯
粘结带
铣切夹具
抽真空
蜂窝芯铣切刀具
蜂窝切削的刀具采用片铣刀
飞机整体壁板的分类
按筋条在腹板上的分布特点分类 按横向剖面形状分类 按搭边位置分类
飞机整体壁板的毛坯
预拉伸板材 挤压带筋板 挤铸带筋板 特型轧制的带筋板
工装的选择
真空平台的典型结构如图所示。主要由支承定位 平面、抽气孔、抽气槽、密封槽、O形密封胶条 以及边缘压板螺栓孔等部分组成。
真空平台的工作原理
难加工材料
航空航天工业常用的超耐热 合金、钛合金及含有碳纤维的复 合材料等.
不锈钢加工
刀具几何参数 刀具切削部分表面粗糙度 刀杆材料 刀具切削部分材料
钛合金加工
钛合金是一种难加工材料,钛合金零件的铣削 会由于切削速度很小的提高而导致刀具切 削刃的较快磨损。由于钛合金的强度高、 粘性大，切削中更容易在切削区产生和积 聚热量，加之导热性差，在大切除量的铣 削时，有引起燃烧的危险。
• 钛合金具有较高的抗拉强度（441～1470兆帕），较低的 密度（4.5g/cm3），优良的抗腐蚀性能和在300～550oC温 度下有一定的高温持久强度和很好的低温冲击韧性，是一 种理想的轻质结构材料。
• 不锈钢是一种含铬量大于10%～12%，或含镍量大于8%的 合金钢和含铬量为16%～18%的耐酸合金钢。它有很高的 耐磨性、硬度、强度、熔点都很高，化学活性大，亲和性 强，所以很难加工。
真空夹紧装置系统
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例
5.3 飞机整体壁板的数控加工实例