在飛機各類主要結構件中，大型復雜接頭零件是結構最為復雜，裝配協調關系復雜的典型關鍵零件之一，其中代表性的是飛機主起支撐接頭零件，在國內外目前主要客機研制中，此類零件的研制是最為關鍵的環節之一。

　　飛機主起支撐接頭，是連接機翼和主起落架的關鍵受力件，需滿足飛機起降的載荷強度要求，保證起落架與機翼的協調裝配、協調起落架的收放。飛機主起支撐接頭毛料一般為大型鋁合金鍛件，零件呈復雜箱體結構，其工藝結構特點表現為毛料厚、槽腔深、角度大、型面復雜，加工時的定位和裝夾困難，尤其是具有精密裝配協調關系要求的主起后交點孔和梁基準面的協調加工，是長期困擾該類零件研制的技術瓶頸。由于該零件材料去除余量大，粗加工后需淬火熱處理，結構上抗變形能力差，因內應力的重新分布極易造成較大的加工變形，從而影響零件的精度以及后續裝配。

　　長期以來，該類零件的加工工藝過程十分復雜，需要復雜的裝夾切換、加工方式的變換，從而達到控制加工變形，保證關鍵部位的尺寸協調精度的目的。過長的工藝過程造成加工不確定性的增大，同時，超長加工周期嚴重制約飛機總體研制進度，效率問題極為突出，加大了飛機研制的成本。

　　近年來，隨著航空產品研制日益快速化的發展需要，飛機主起支撐接頭等大型復雜關鍵結構件的高效加工問題尤為突出，高效復合加工技術的應用得到了廣泛的重視。

　　傳統工藝技術分析

　　由于飛機主起支撐接頭類零件具有十分復雜的結構以及高精度的裝配協調要求。因此，傳統的加工工藝需要進行多次的裝夾定位切換和多種不同工藝類型的變換，研制周期往往達數月，涉及銑、鉆、鏜、鉗、噴丸、測量、熱表處理等眾多工種，是飛機研制的一大瓶頸。傳統的加工工藝主要流程為：

　　檢查余量銑基準粗加工正面粗加工反面熱處理時效修正基準半精加工正面半精加工反面時效修正基準精加工正面擴鉸定位孔精加工反面鏜孔、锪窩數控測量鉗工修配噴丸表處裝配。

1、工位裝夾切換及結構變形分析

　　飛機主起支撐接頭屬復雜箱體類零件，毛料厚度一般能達到500mm，是關鍵受力件，因此，通常采用大型鋁合金鍛料毛坯。由于該類零件材料去除余量大，粗加工后需淬火熱處理，結構上抗變形能力差，因內應力的重新分布極易造成較大的加工變形。在總體加工工藝過程中，需要充分考慮變形控制因素，這也大大增加了工藝過程的復雜性，需要進行多次反復的工位裝夾切換，控制變形。另一方面，反復的工位裝夾切換給各工位加工尺寸的協調性帶來很大困難，增加了工藝過程的不穩性。

　　尤其是深U形雙耳結構精度及后梁面（圖3）變形控制難度大，并會直接導致飛機主起支撐接頭后續安裝失敗。由于毛坯初始殘余應力的釋放和重新分布，銑削加工引入的殘余應力，以及銑削力、切削熱和裝夾載荷的作用，導致零件加工過程中和加工完后的一段時間內，剛性較弱的部位會產生局部變形。

　?。?）U形雙耳結構變形，導致雙耳結構的平行度很難保證；

　?。?）后梁端面與兩側緣板斷開，導致后梁平面加工后蠕變變形，主起后交點與后梁平面的裝配協調尺寸難以保證。

　　傳統的加工裝夾方法是在零件的兩側緣板外形上設計工藝凸臺進行定位裝夾，進行反復的正反面槽腔加工切換、鏜銑切換。由于與凸臺相連的緣板剛性相對較弱，裝夾切換誤差積累、應力釋放變形造成的精度不確定性就較大。

2、關鍵尺寸協調精度的保證及多種工藝類型的結合

　　飛機主起支撐接頭具有精密裝配協調關系要求，只有零件緣板理論外形、梁基準平面、雙耳片槽及主起后交點孔的尺寸協調，才能確保機翼上、下翼面、前后梁、起落架掛軸、轉軸的裝配協調。其中，主起后交點相對于ABC基準位置度要求（A基準為孔軸線、B基準為雙耳結構槽口平面、C基準為梁平面）、A基準與B基準的垂直度、兩耳片孔同軸度以及槽口兩面平行度的要求都非常高，必須解決零件定位裝夾和消除基準不一致產生的加工誤差問題。

　　在傳統的加工工藝中，為了保證這些關鍵尺寸的協調精度，必須進行復雜的工藝過程以及多套專用工裝來完成。通常在完成數控銑削加工之后，還要進行精密鏜孔、锪窩、測量、鉗工修配等大量后續工藝過程，工藝過程復雜，周期長，控制環節多，出現問題難以排查。

飛機主起支撐接頭零件高效復合加工方法

　　基于對飛機主起支撐接頭類零件的結構特點和傳統加工工藝分析，通過工藝方法優化、變形控制、裝夾優化設計的復合加工技術，來實現飛機主起支撐接頭的高效復合加工，縮短工藝流程，提高零件的裝配協調精度，是實現這一類關鍵結構件技術突破的有效途徑。

1、基于五軸聯動的五面加工工藝設計

　　在傳統的加工工藝中，零件需要在不同的工位裝夾下完成雙耳結構、后梁平面、理論外形等多個關鍵部位的加工，不但造成工藝過程冗長，也是造成諸多尺寸不協調的根源。采用五面加工工藝設計，將絕大多數的加工結構特征暴露在機床加工范圍之內，尤其是裝配關鍵部位在一個工位下完成加工，是保證關鍵尺寸協調的關鍵，這一方案在國外主流飛機制造企業已經引起高度重視。

　　大角度五軸聯動五面加工工藝不僅具有傳統加工中心的全部加工能力，還具有對工件上任意空間位置的幾何結構進行銑、鏜、鉆、鉸的能力，工藝范圍更廣，是實現大型復雜箱體結構零件高度復合化加工的基礎。通過對工藝過程和工序的優化、合并，刀具結構的改進以及采用加工范圍各位靈活的數控機床，能夠大大提高數控機床的復合加工能力，使得更多的工藝結構都能在一臺機床、一次裝夾下加工完成?！　‰S著數控機床技術的不斷發展，支持復合加工能力的數控設備也是當前數控技術發展的方向之一，主要體現在機床設備的復合加工能力不斷提升，可靠性增強，五軸聯動加工角度變化范圍更大，滿足飛機結構件大型化、精確化的趨勢。同時，高性能超長抗震刀具的應用也為實現大角度深腔結構高效加工提供了可能。因此，當前的設備技術發展是支持飛機主起支撐接頭這類大型復雜結構件復合化加工的客觀條件。

2、大角度五軸聯動五面加工的裝夾設計

　　在五面加工工藝方法中，裝夾設計設計極為關鍵。主要考慮的因素有兩點：

　　一是保證絕大多數的加工結構特征暴露在機床加工范圍之內，尤其是關鍵部位在一個工位下完成加工。由于主起支撐接頭結構復雜，角度變化大，許多結構部位接近五軸設備擺角加工的行程極限，因此，調整和精確模擬零件的裝夾姿態是保證五面加工裝夾設計可行性的關鍵。

　　二是五面加工裝夾設計方案下零件加工的力學穩定性。在五面加工裝夾條件下，其裝夾約束點少于傳統的裝夾方式，同時，主起支撐接頭主要加工特征位深腔結構，因此，如何保證零件加工狀態的力學穩定性，避免裝夾不穩定以及劇烈震顫也決定了工藝方案的可行性。

　　基于以上因素，合理的裝夾工藝凸臺設計是關鍵環節（圖6）。在五面加工裝夾設計方案中，主起支撐接頭加工時在零件緣板一側留有工藝凸臺，采用支撐銑具和工件一體化裝配固定裝夾。在這種裝夾狀態下，裝夾力平行于螺釘孔軸線，不會對零件變形產生直接影響。不過，當零件出現變形趨勢后，裝夾將約束零件的變形，形成額外的扭矩。這部分扭矩可能的影響包括2個方面：導致零件局部變形；導致零件的局部變形是否會產生局部尺寸的超差。為此，需要通過有限元分析評估零件不同變形形態和變形量值情況下，反作用力的實際影響。

　?。?）按照零件緣板外形結構，設計不等高的裝夾工藝凸臺，采用內六方螺栓實現支撐銑具和工件一體化裝配固定裝夾。

　?。?）零件的裝夾工藝凸臺上分別以精度孔作為定位基準。

　　（3）調整零件在裝夾時的空間姿態，使兩側緣板角度能夠滿足機床的擺角加工范圍；支撐夾具主體避讓擺角加工的主軸結構。

　?。?）在裝夾過程中，采用測力儀測量裝夾力的幅值，得到數據后，使用有限元軟件進行靜態力學分析，優化裝夾方式，最小化裝夾變形。

3、主起接頭交點孔及梁基準平面的鏜銑復合加工

　　在飛機主起支撐接頭的加工過程中，主起接頭交點孔及梁基準平面的精度協調問題是零件加工的關鍵，也是長期以來困擾該類零件研制的核心難題。傳統的加工工藝中，這兩處關鍵部位只能在不同的工序過程中完成，自然也無法保證尺寸的協調性，解決的策略一般是留工藝余量，在最終階段進行修配完成，結果可控性差。采用鏜銑復合加工的方法是解決這一難題的有效途徑。其實現的方式有設計專用的鏜銑復合工裝或五軸精密鏜銑設備。

　　本方案研究思路如圖8所示，即通過低應力切削工藝及關鍵結構變形控制模擬分析方法研究，結合裝夾精度分析、基準轉換以及設備五軸聯動加工精度分析，通過試驗驗證及工藝方案優化，建立復合加工工藝方案，滿足最終精度要求。

　　精加工緣板外形→精加工梁基準平面→精加工U形雙耳槽口→精鏜交點孔及孔端面→數控測量。

　　工件的定位方法及壓緊方式直接影響裝夾精度，本方案采用圓柱銷定位，夾緊采用內六方螺栓夾緊，螺栓的規格和數量可通過銑削力與夾緊力計算，此方案可增加裝夾的可靠性并縮短刀具的懸伸長度，提高零件的加工工藝性。本方案采用五面加工方案，關鍵結構部位在一次裝夾下完成5個面的加工，后梁面與主起后交點在同一工位下加工完成，不存在基準的轉換，有效的減少了誤差的積累。同時，這種加工方案有利于實現在切削過程中材料去除的均勻化和對稱性，應力釋放均勻，減小加工變形。在這種方案，設備的精度檢測也十分關鍵，機床精度直接影響產品的質量，一般機床X、Y向1米范圍內定位精度需要滿足0.02mm以內，擺角精度為0.002度以內，以確保主起后交點位置公差精度要求。

4、主起接頭復合加工下變形分析

　　在復合加工條件下，零件的整體工藝流程大大縮短，裝夾切換次數大大減少，裝夾切換帶來的尺寸不協調將大大減小，而加工變形控制問題則尤為突出。盡量減小加工變形造成的尺寸精度誤差決定了加工的成敗。因此，必須對此類零件容易引起加工變形的關鍵結構進行深入的分析。根據加工試驗以及模擬變形分析，造成飛機主起支撐接頭變形問題的主要結構有，雙耳結構槽口變形、后梁基準面的變形、雙耳結構上孔的變形等。

　　基于鍛制毛坯內應力分布的特點，通過內應力測試和內應力仿真相結合的方法全面評估毛坯的內應力分布，通過應力仿真獲得毛坯應力分布的形態。依據毛坯內應力、表面應力和裝夾力情況對不同階段的零件進行變形分析，包括：利用有限元法分析典型結構大余量材料切除時零件的內應力分布規律、應力集中和變形情況。

　?。?）深U形雙耳結構加工變形分析。

　　主起接頭上深U形雙耳結構加工材料切除量大，內應力釋放程度高，槽腔根部的微小變形容易在槽腔頂端形成較大的位置偏離。深U形雙耳結構相當于懸臂梁，深度越大，懸臂的剛性越弱。在內應力分析的基礎上，借助有限元仿真計算零件變形，以變形最小化為目標，選取深槽腔加工的最佳余量分配方案，同時制定出控制深槽腔變形的加工工序。

　?。?）后梁面非封閉槽腔變形分析。

　　后梁平面容易變形是因為其側面開有缺口，在零件上形成了非封閉槽腔，不僅降低了其結構剛性，還可能導致應力集中。通過典型結構切削和有限元仿真，分析缺口加工策略對結構剛性、應力集中和加工變形的影響程度，最終給出加工非封閉槽腔的合理工序以及各工序中的材料余量分配。

　?。?）主起后交點孔的蠕變變形分析。

　　主起后交點孔孔的變形控制主要是要控制蠕變。通過分析試樣蠕變變形影響因素和規律，獲得各種工藝參數切削后的極限變形周期Ti和極限變形量ΔHc。針對主起后交點孔進行變形控制應用研究，利用基礎切削試驗和蠕變變形研究的結果給出合理切削參數，避免表面和局部應力集中。

結論

　　大型飛機復雜結構件的加工技術水平是航空制造能力的重要體現，集中反映了設備技術水平和工藝技術水平。數控復合加工技術集多種工藝方法、加工方式于一身，實現高效化、集成化加工，促進了加工效率和加工質量的提升，降低生產成本，是制造技術發展的重要方向之一。當然，根據產品類型的不同，其工藝復合的方式也不同，必須綜合考慮工藝可行性及經濟性，在專業化和復合化方面把握平衡點，將復合加工技術和我國的航空制造技術緊密結合起來。