強度、高比剛（gāng）度的輕量化，是現代飛行（háng）器設計和製造的核心目標（biāo）之一。為了實現這一目標，現代航空（kōng）產品在選擇高比（bǐ）強度材料的同時，大量采用具有較（jiào）低結構重量比的（de）整（zhěng）體結構。但是整體結（jié）構件由單一毛坯切削加工而成，金屬去除率大（dà）、材料利用率低，在（zài）去除大量（liàng）材料的同時，也釋放了大（dà）量的毛坯內應力，從（cóng）而引發了加工變形超差的問題，並將影（yǐng）響產品裝配和使用性能，所以整體結構件的加工，對現代飛機製造業提出了更高的（de）要求。

翼身（shēn）融合整體框是近年來（lái）出現的飛機大型構件的一種新的結構形式，比較傳統結構具有非常大的優勢，它代表了未來飛行（háng）器大型構件（jiàn）設計的發展趨勢。

      1 零件分析

      翼身融合整體框，是將機身（shēn）整（zhěng）體框與（yǔ）機翼長梁合為一體的結構形式，其主（zhǔ）要特點是尺（chǐ）寸非常大，金（jīn）屬去除率非常高，零件結（jié）構特殊。另外，由於材料狀態等多方麵原因，勢必造成（chéng）加工中（zhōng）產生較（jiào）大的變形。因此應當認真分析零件的特點、材料特性（xìng）、零件工藝性等，尋找新的（de）加工（gōng）思路和加工方法。

      以某機型翼身融合整體框為例（見圖1），對此類（lèi）結構的零件（jiàn）加工方法進行論（lùn）述，其主要（yào）特點如下：

      （1）零件結構為中間框與兩側長梁相（xiàng）結合，雙麵多型腔，筋（jīn）高壁薄。

      （2）存在（zài）“閉角”和“雙曲（qǔ）外緣”等（děng）複雜結構，外形要符合（hé）機身理論外形和進氣道理論外形，精（jīng）度要求非常高（gāo）。

      （3）金屬去除率高達97.63%。

      2 材料及應力分析

      2.1 殘（cán）餘應力

      材料或毛坯在製造過程中產生的殘餘內應力，是導致變形的主（zhǔ）要力量。由於鍛壓或（huò）擠（jǐ）壓的（de）過（guò）程，使得材（cái）料內部產生了巨大的應力，經過（guò）熱處理和時效或預拉（lā）伸等工藝方法，消除了大部分的應力，但不（bú）可能完全消除，剩餘的就是殘餘應力。

      其分布基本是：外層為壓應力（lì），內層為拉應力，力的（de）平衡保持了結構的形狀不變。由於零件加工都是首先破壞外層表麵，而且不可能在一瞬間去除。這樣就出現（xiàn）了應力的重新分布並表現出來。因首先加工的一側，隨著切削（xuē）作用應力被去除，內層的拉應力起作用，同時另一側的外層的壓應力也發生（shēng）作用，共同（tóng）作用的（de）結果，使結（jié）構向被加工一側產生變形。隨著加工的不斷進行，應力也隨之不斷地變化，重新組合（hé），當加工結束時，變形（xíng）也就產（chǎn）生了。

      2.2 材料應力分析

      翼身融合整體框是采用（yòng）大型預拉伸厚（hòu）板做毛坯，軋製（zhì）和拉伸處理的難度較大。毛坯不同位置所（suǒ）含內應力並不一致，主要體現為兩位置同一厚（hòu）度（dù）上的應力幅值（zhí）不一致，無論是長（zhǎng）度方（fāng）向還是寬度（dù）方向的主應（yīng）力，均有（yǒu）15%左右（yòu）的波動。應力幅值變化劇（jù）烈，對後續工藝流程設計，必將產生較大影響。所以工藝流程設計，應主要圍繞如（rú）何通過加工逐漸消除殘餘（yú）應力來展開。

      2.3 變形形態分析

      翼身融合整體框是集梁（liáng）、框（kuàng）於一體，其變形狀態（tài）應（yīng）該集梁類零（líng）件和框類零件（jiàn）的（de）變形特（tè）點於一體，大致有以下幾種情況：翹曲、側彎、扭（niǔ）曲、局部腹（fù）板凸起，同時，由於零件尺寸非常大，也（yě）會因自重而引起

零件變形。

      3 工藝方案的分析與（yǔ）論證

      零件從（cóng）毛料加工（gōng）到成品的整個過程中，合理的工藝（yì）流程設計，是（shì）非常必要和重要的一個環節。

      3.1 粗加工方案設計

      粗（cū）加工工藝方（fāng）案（àn）是整個零件加工工（gōng）藝方案的重中之重。因（yīn）為絕大部（bù）分的餘量，都（dōu）是（shì）在粗（cū）加工（gōng）時去除，大部分殘餘應力，也是通過（guò）粗加工釋放出來，如（rú）何進行粗加工工藝方案設（shè）計，是需要認真思（sī）考的。

      （1）粗銑（xǐ）中間（jiān）段及（jí）過渡段。零件（jiàn）由中間框體過渡到兩端長梁，截麵尺寸變化較大的位置，比較容易發（fā）生彎曲變形，中間小區（qū）域（yù）內的（de）變形，將導致零件撓度非線性增加，因此中間區域和兩側過渡區域，是加工變形控製的重點。

      為此，在粗加工前對這3 個區域進行局（jú）部粗加工，提前釋放應力集中區內（nèi）應力，以減少對後（hòu）續工序的影響。具體（tǐ）加工方法：交替反複（fù）加工兩麵（miàn）中間段和過渡段。

      （2）粗（cū）銑其他（tā）部位內（nèi）外形（xíng）。若按照傳統的雙麵框和梁（liáng）的加工思路，可先將一麵粗銑（xǐ）完成後，再翻麵粗銑另外一麵，當粗（cū）銑第一麵後，失去平（píng）衡的內應力場，將導致較大的（de）變形，容易造成零件局部發生塑性變形。針對這（zhè）一情況，不能一（yī）次將一側粗銑餘量（liàng）全部去除，需要對零件雙麵粗銑（xǐ）的（de）餘量去除方（fāng）案進（jìn）行（háng）優化，需要幾次（cì）翻麵，反複進行粗銑，盡量使零件每次翻麵前，去除的餘量最大，從而保證加工品質。

      （3）值得（dé）注意的3 個問題。

      其一，粗銑時，為了零（líng）件反複翻麵時的有效定位，且利於後續加工，筋條高和緣條高暫不加工。

      其二，零件腹板上（shàng）有若幹大圓孔（kǒng），大圓孔通常（cháng）在零件加（jiā）工接近尾聲時切斷，由（yóu）於圓孔處在腹板（bǎn）上，而腹板在厚度（dù）方向的中間位置，切斷圓孔時缺少有力支持，切斷時零件必（bì）將會（huì）發生震（zhèn）顫。另外，由於（yú）零件尺寸大，懸空麵積也（yě）非常大，中間缺少支撐點，所以在設計（jì）工藝方案時，考慮在圓孔處預留出工（gōng）藝凸台，工（gōng）藝凸（tū）台在零件的整個加工過程中起到很好的輔助（zhù）支持的作用，在零件最終切斷（duàn）時一並去除。

      其三，為了增（zēng）強（qiáng）零件在整個加工過程中的穩定性（xìng），零件進（jìn）氣道處的兩個（gè）大圓孔中心的圓形毛料及零（líng）件外形周（zhōu）圍的毛料，在（zài）加工過程中不去除，起到定（dìng）位（wèi）及增強穩定性的作用，在最終切斷時去除。

      3.2 充分自然時效

      粗銑後，在自由狀態（tài）下充分自然（rán）時效，自然時效是（shì）一個充分釋放內應力的過程（chéng）。

      自然時效需要在常溫下，將零件擺放在一個光潔平整的平（píng）台上，根據鋁合金（jīn）時效變形試驗結果，72 h 後撓度變化（huà）趨於平穩，所以零件必須充分自（zì）然時效72 h。

      3.3 銑上、下兩平麵→半精銑內外形→精銑內外形並切斷

      4 加工方式及加（jiā）工設備的選擇

      （1）加工方式選擇。零件加工方式采用高速加工。高速加工是（shì）現時的一種發展（zhǎn）趨勢，其具有高轉速、快進給、輕切削的特（tè）點，更重要的是，高（gāo）速加工對控製零件的變形起到了非常重要的作用（yòng）。

      （2）裝夾方（fāng）式的選擇。由於零件（jiàn）材料為厚板，在選擇（zé）裝夾（jiá）方式的時候，首先考慮到真空吸附，但是由於零件腹板厚度非常薄，雖然（rán）真空吸力僅有0.06～0.08 MPa，零件尺寸大，輔助（zhù）支撐又（yòu）比較少，在真空吸力的作用下，零件極有可（kě）能會（huì）發生變形，不利於零件品質的保證。最終（zhōng）裝夾時，僅在（zài）毛料周邊加壓壓板，將零件壓緊即可。

      （3）定位基準的選（xuǎn）擇及坐標原（yuán）點的確定。由於零件為雙麵加工整體框，定位基準選擇在（zài）緣條的高表麵。零件用板材加工，原（yuán）點選擇在板材的一個直角邊上。

      5 刀具的選擇

      高速切削刀具材料必須耐磨，抗衝擊能（néng）力好，硬度高，與工件（jiàn）材料親和力小。高速切削的刀具材料，必（bì）須根據工件材料和（hé）加（jiā）工性質（zhì）來選擇。一般情況下，對於相同的刀具材料，粗加工可以采用較（jiào）高的切削速度、較大的每齒進給量，而刀具（jù）的較好的切削狀態，不（bú）是滿直徑加工。一（yī）般情況下（xià），對於立銑刀或端銑刀，較好的切削狀態是加工寬度為刀具直徑（jìng）的66％～83％。粗（cū）銑時，可選用大（dà）直徑的機夾式硬質合金刀（dāo）具，以提高金屬去除率。

      6 檢查與驗收

      在零件的加工過程中,每加工一步，都安排對零件的變形狀態進行跟蹤及測量（liàng），檢測方法是將零件自由狀態下置於平（píng）台上，用塞尺檢查零件與平台間間隙，結果顯示，整個過程的變形量在0.4～1.7 mm之間。

      加工（gōng）結束後，采用測量機測量（liàng）整個零件，測量內容包括零（líng）件外形、筋位、腹板麵及孔位，效果非（fēi）常理想的（de），無側彎、翹曲、扭曲等（děng）變（biàn）形。

      7 結束（shù）語

      翼身融合整體框的（de）高速加工工藝（yì）,在（zài）國（guó）內當屬業內領先技術，缺（quē）乏可以借（jiè）鑒的經驗。通過前（qián）期工作，總結如下：

      （1）裝夾方式盡（jìn）量不使用真空吸附，最好將零件在（zài）自由（yóu）狀態下直（zhí）接夾緊，這樣（yàng）有利於（yú）應力的均勻釋放，同時也有利（lì）於懸空薄壁腹板尺寸的（de）保證。

      （2）由於中間段、過渡段等截麵尺寸劇變處，為應力集中區域（yù），粗加工前，先將（jiāng）這些區域進行粗加工，預先釋放這些部位的（de）應力，以利（lì）於後續加工。

      （3）將粗加工做細做好，是加工（gōng）此類零件的重點。因為大部分的殘餘應力要在粗加工時釋（shì）放出來，所（suǒ）以將粗加工做細做好，使（shǐ）應力均勻釋放（fàng）並逐漸消除，後續的半精加工、精加工自然是（shì）水到渠成。

      （4）編製粗銑程序時，注意采用等高降層的方法，使應力逐層（céng）均勻釋放。

      （5）粗（cū）加工後，需要充分自然時效72 h。

      （6）由於零件（jiàn）尺（chǐ）寸大（dà），懸空麵積非常大，中間缺（quē）少（shǎo）有力支撐，針對這種情況，可以利用腹板上的圓孔，在（zài）圓孔處預留工藝凸台，在最後切斷時一並去除。這樣做有兩點好處：

      一是工藝（yì）凸台（tái）可以（yǐ）在加工（gōng）中起到輔助（zhù）支撐的作用，使零件（jiàn）加（jiā）工狀（zhuàng）態穩定，薄腹板尺寸容易保（bǎo）證；二是避免圓孔切斷時腹（fù）板懸空，造成震顫（chàn）。