大型航空薄壁零件精确绿色制造技术研究

浅谈飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

D01：10.19392/j. cnki. 1671-7341.201825206

浅谈飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

刘东帅

吉林化工学院吉林吉林132000

摘要：飞行器大型薄壁件制造工艺当中，柔性工艺装备系统对于系统的运行和优化，都具有十分重要的意义。本文首先对飞行器大型薄壁件制造的发展现状进行了简单概述，分析了国际社会和国内该领域的发展现状；随后，在此基础上，进一步分析了

飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术的应用策略。本文旨在为关注这一领域的人士提供一些可行性较高的参考意见，推动行业

发展水平全面提升。

关键词：飞行器；大型薄壁件；柔性工装技术理论研究_____________________________________________________________________________________科技风2〇lS年9月

随着我国国民经济的发展以及人民生活水平的提高，社会

各界对于航空航天事业的发展，特别是航空机械设备当中飞行器大型薄壁件制造技术的应用方面越来越关注。近几年，作为

飞行机体制造的六大关键技术之一的飞行器大型薄壁件制造技术，已经成为了困扰世界飞行器制造公司的难题。如何认清

当前国内外飞行器大型薄壁件制造的发展现状，合理地应用柔

性工装技术，成为了行业发展的关键要义。

一、飞行器大型薄壁件制造工程发展现状(一）国外发展现状

飞行器大型薄壁件制造中，新型技术和柔性工艺装备，可

以有效地解决飞行器大型薄壁件制造过程中，出现的变形问

题。在对该领域问题进行解决的过程中，以美国、德国、法国和

曰本等国为代表的发达国家，都投人了大量的人力、物力和财力。根据这些国家对外公开发表的文献资料，可以初步地了解

到，国外在对飞行器大型薄壁件制造柔性工装技术进行研究和

实践过程中，主要采用的是误差预测、变形分析以及切削力模型等方法。其中，最具有代表性的为美国Rohr IndUS?eS公司

航空航天领域机械零部件制造工艺的研究

航空航天领域的机械零部件制造工艺是一个高度专业化和技术密集型的领域，它涉及到高温合金、复合材料、高强度金属等多种材料，以及精确的尺寸控制、表面处理和质量检验等技术。以下是航空航天领域机械零部件制造工艺的研究重点和挑战：

研究重点

1.材料研发与应用：研究新型高温合金、钛合金、轻质金属和复合材料，以提高零部件的性能和减轻重量。

2.精密铸造技术：开发精密铸造技术，如失蜡铸造、高压铸造等，以实现复杂形状和高精度的零部件制造。

3.加工技术：研究超精密加工、电火花加工、激光加工等先进加工技术，以满足高硬度、高韧性材料的精加工需求。

4.表面处理技术：研究化学和电化学表面处理技术，如阳极氧化、热处理、涂层技术等，以提高零部件的耐腐蚀性、耐磨性和涂层附着力。

5.质量控制与检验：开发高效的质量控制和检验技术，如无损检测、三坐标测量、光学投影等，以确保零部件的尺寸精度和质量。

6.可持续制造工艺：研究和开发环保的制造工艺，减少能源消耗和废物排放，实现可持续发展。

挑战

1.成本控制：航空航天零部件的制造工艺复杂，成本高，需要寻找成本效益高的制造方法。

2.加工精度：航空航天零部件对尺寸精度和表面质量的要求极高，加工过程中如何保证精度是一个重大挑战。

3.可靠性：航空航天领域对零部件的可靠性和寿命有严格的要求，需要确保长期运行中的性能稳定。

4.技术整合：将不同的材料和制造工艺整合到一个协同的工作流程中，以实现最佳的性能和成本效益。

5.法规遵守：航空航天领域的零部件制造需要遵守严格的法规和标准，如AS9100、ISO9001等。

6.供应链管理：全球化的供应链管理对于保证材料和零部件的及时供应和质量控制至关重要。

航空航天领域机械零部件制造工艺的研究和发展对于推动航空航天技术的进步和降低成本具有重要意义。通过不断的技术创新和工艺改进，可以提高零部件的性能，延长航空器的使用寿命，并促进航空航天行业的发展。

飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

我们针对飞机蒙皮数字化精确制造和绿色制造的需求，正在研究开发可替代传统化铣工艺的新一代高质高效绿色制造系统（已申请发明专利）。在新系统上，成形后的蒙皮经过一次装夹即可完成传统化铣工艺中的粗修、铣凹、切边、开孔等工序，消除了多次装夹带来的误差，既提高加工精度又提高生产效率。另一方面，新系统加工时无污染物排放，加工废屑可回收，电能消耗减少，环保节能效果显著，可实现绿色制造。

航空、航天工业涉及众多学科和专业的深入交叉，是高新技术最为富集的领域。目前，发达国家为提高先进航空航天产品的综合性能，广泛采用整体结构和大尺度的薄壁件，如飞机的骨架和蒙皮等。但整体结构和大尺度薄壁件不仅尺寸大，非常容易变形，而且结构复杂，形状精度要求很高，制造难度相当大。此外，大型薄壁件的外形多数与飞行器的气动性能有关，周边轮廓与其他零部件还有复杂的装配协调关系，装配难度也非常大。因此多年来，大型航空薄壁件制造技术作为飞机机体制造的六大关键技术之一，一直困扰着航空工业[1]。

另一方面，飞行器制造，特别是大型飞机的制造，属于典型的多品种小批量制造，因此对制造过程的柔性有特别突出的要求。传统和柔性制造系统（FMS）虽然可实现常规刚性零件的柔性制造，但却难以实现飞行器大型薄壁件的柔性制造。主要原因是，传统工艺装备无法实现易变形薄壁件的柔性定位、柔性装夹、柔性输送和柔性存储，因此仅靠数控机床本身的柔性和常规自动化物流系统无法实现对这类特殊零件实施高柔性制造，更无法实现系统化的柔性制造（从柔性成型、柔性加工到柔性装配的全过程柔性制造）。

以上两方面问题的叠加和交错影响，使得飞行器大型薄壁件的柔性制造变得非常复杂，已成为航空、航天制造中的重大难题。业界认为，解决此问题的关键是大型易变形薄壁件的柔性工艺装备技术。只有高柔性抗变形的新型工艺装备与先进数控机床相配合，才能真正有效解决这一难题。因此，对柔性工艺装备的理论、方法和实现技术进行深入系统研究，在此基础上加速发展柔性工装产品并加强在实际中推广应用，对解决飞行器制造中的上述关键问题，对促进我国航空、航天工业的发展，具有重要实际意义。

探究飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

龙源期刊网

探究飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术

作者：张丽坪赵佳敏王仙桃

来源：《科学与信息化》2016年第21期

摘要航天和航空工业牵涉到非常多专业和学科，属于富集高新技术的行业。当今，发达国家为了使先进航天航空产品的性能提高，普遍地应用大尺度与整体构造的薄壁件，像是飞机的蒙皮与骨架。为此，本文阐述了飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术。

关键词飞行器；薄壁件；制造；柔性工装

当前形势下，全面地分析柔性工装的技术、方法、理论，且以此作为前提条件研发与应用柔性工装产品，有利于飞行器制造一系列问题的解决，以及推动国内航天和航空工业的进步，有着重大的现实价值。

1 离散单元面组成可变定位/支承曲面的实现技术

为了结合弹性曲面定位原理对有着柔性飞行器薄壁件工装进行开发，务必处理工装定位/支承曲面生成柔性问题。处理这种问题的技术和原理是，借助M×N 个离散小单元面阵列包络的形成组合而成对应工件表面的工装定位/支承表面。因为这样是离散的工装定位/支承表面，能够调节所有的单元面。为此，基于计算机的控制影响之下，能够跟要求使异样的定位/支承包络曲面形成，即能准确地支承和定位形状不一的大型薄壁件。如此一来，一种工装能够加工各种工件，进而使弹性大型薄壁件的柔性制造实现[1]。

2 基于弹性曲面定位原理的技术

飞行器大型薄壁件是弹性的大尺度零件，以及其属于自由表面曲面的表面，跟通常的机械产品具备的容易定位的常规表面（圆柱面、平面等）不同，传统的面向刚体的六点定位原理难以对定位这种工件的问题进行有效的解决，也难以根据如此的原理对弹性曲面工件柔性工装系统进行设计。为了处理这种问题，要求分析面向弹性的大型薄壁件弹性曲面定位原理，且结合原理开来开发飞行器薄壁件柔性工装。为此，解决六点定位原理的不足之处，创建新型的面向弹性大型薄壁件弹性曲面定位原理，这属于开发柔性工装务必处理的理论性问题。具备了这种理论，才能够有效地突破飞行器薄壁件制造的柔性工装技术[2]。

高精度大型整体薄壁零件高效加工制造技术研究

工业技术　—Ｃｈｉｎ—ａＮｅ—ｗＴｅ　ｃｈｎ　ｏｌｏｇｉ　ｅｓ　ａｎ必ｄＰｒｏｄｕｃｔｓ口　翟强圈　●■　■砌　嫡　幔■‘盈　

高精度大型整体薄壁零件高效加工制造技术研究　

林大力　

（沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司，辽宁沈阳１１００４３）　

摘要：本文对大型整体薄壁零件加工制造技术进行了详细的论述。通过应用法国数控立车，应用高效数控加工程序及　

新式控制变形工装，探索出了解决大型薄壁零件高效数控加工方法，解决了零件加工变形问题，大大提升了行业高精度　大型整体薄壁零件高效加工制造技术水平。　

关键词：大型薄壁零件；工艺分析；减振工装；数字化制造　中图分类号：Ｖ２６１　文献标识码：Ａ　

１工艺分析　

增压级整体薄壁零件是航空发动机　

中的关键核心部件。在高温、高压、高　

转速的恶劣环境条件下工作；零件材料　

为ＴＣ４钛合金，强度高，韧性和延伸率　

大，导热性差，加工面的加工硬化现象　

严重，切削性能差；增压级薄壁最大轮　

廓尺寸为中８４４ｍｍ×３７４．５ｍｍ，最小壁　

厚为２．５ｒａｍ，属于高精度大型整体薄壁　零件该零件共有４级环形燕尾槽，敞开　

性差，尺寸及技术条件要求极严，燕尾　

槽工作面的面轮廓度为Ｏ．０２，槽外径处　

径向跳动要求在０．０３之内，同时该件３２　

个精密安装孔位置度为　Ｏ．０３，孔径直　

径公差０．０１５。由于零件直径大、轴向高　度高、壁厚薄，属于悬臂结构，不适于　

在卧式车床上进行加工，必须使用立式　车床加工。如何解决加工中零件的变形　

问题和减少加工中产生的振动是完成该　

项攻关的关键，需要通过安排合理的加　

工路线及采用适当的走刀方式，设计专　

用减振工装，使用合理的机夹刀具，才　能保证零件的加工要求。　

２技术难点与研究途径　

２．１技术难点　

（１）零件直径大，精度高，壁薄，　

结构复杂，尺寸繁多，技术条件要求严。　

需研究出一个合理、高效的数控加工工　

艺。如：确定零件工艺路线，装夹方式，　

刀具结构，走刀路线，数控程序，切削　

薄壁零件加工方法研究

【摘要】在实际生产加工中，薄壁零件由于其刚性差、易变形等特点，导致其尺寸精度、形位精度及表面质量难以得到保证，给加工增加了不少难度。本文对切削加工中常见问题进行分析，提出相应方案加以解决改善，并对几种新型的切削加工方法进行了简单介绍。

【关键词】薄壁零件；加工变形；工艺措施；误差补偿；高速切削

薄壁零件通常也叫薄壳零件，这类零件的壁厚和它的轴向或径向尺寸比较相差很悬殊，一般认为零件的壁厚与零件最大尺寸比值小于1/20时，就属于薄壁零件。由于这类零件具有重量轻，节省材料，结构紧凑，占空间位置少等特点，因此在机械、航空航天、船舶等很多领域中有较广泛的应用。当然这类零件的加工方法有多种，例如车削、冲压、焊接、滚压等，但对于一些截面比较复杂而尺寸精度和表面粗糙度要求又比较高的薄壁零件，经常采用车削的方法来加工，因此车床上车削加工薄壁零件是一种很重要很普遍的加工方法。

在实际车削加工过程中，由于薄壁零件的毛坯刚性差、强度弱，所以容易发生变形，导致零件的几何精度、位置精度、表面质量等受到影响，易保证零件的加工质量，给车削加工带来一定的困难。因此如何提高薄壁零件的加工精度，减少加工变形，保证产品合格率是业界内越来越关心的话题。因此对薄壁零件切削过程中的常见问题及解决方法作如下讨论。

1.工件装夹不当产生变形

薄壁零件在夹紧力的作用下容易产生变形，影响工件的尺寸精度和形状精度。车削时为了方便，常采用三爪自定心卡盘装夹工件，如图所示，用三爪自定心卡盘装夹薄壁圆柱零件外圆加工内孔时的示意图。当卡爪夹紧工件时，由于卡爪和工件外圆表面间的接触面太小，导致夹紧力分布不均匀，在夹紧力的作用下，工件与卡爪接触的部位产生弹性变形，使零件呈现出三棱形如图1。三棱形内孔经过车削加工为圆柱孔后，不松开卡爪测量孔的尺寸，完全能符合零件图所规定的尺寸要求如图2。但由于内孔的加工是在工件已产生弹性变形的状态下车出来的，加工完毕松开卡爪后，卸下的工件外圆因弹性变形恢复成圆形，而已加工出的圆柱孔则变成三棱形，如图3所示。

航天器典型薄壁件精密加工技术研究

制造技术研究航天制造技术

29 航天器典型薄壁件精密加工技术研究

黎月明郭拥军

（北京控制工程研究所，北京 100190）

摘要：针对航天器典型薄壁件的加工变形问题，结合金属切削理论，从增刚度工艺设

计、小应力装卡、小切削力加工等方面，对薄壁零件的精密加工技术进行了深入研究。精

密加工实践证明，可以利用工艺手段增加制造过程中的零件刚度，减小加工变形，实现薄

壁零件的精密加工。

关键词：薄壁件；精密加工；增刚度；小应力 Study on Precise Machining of Typical Thin-walled Parts in the Spacecraft

Li Yueming Guo Yongjun

（Beijing Institute of Control Engineering, Beijing 100190）

Abstract：Aimed at the machining deformation problem of the typical thin-walled parts in the spacecraft, based

on the theory of metal cutting, an intensive study of precise machining technology of thin-walled parts is made through

the process design strengthening rigidity, the clamp with less stress, less cutting force and so on. Moreover, the

practices of precise machining also show that the rigidity of parts during machining can be enhanced by various

航空发动机薄壁件加工技术分析

摘要：本文首先详细分析航空发动机薄壁件特点，并且结合航空发动机薄壁件加工流程，进一步总结出航空发动机薄壁件优化策略。

关键词：航空发动机薄壁件；加工技术；原材料；精细加工

在航空发动机内部结构生产过程中，薄壁件是确保其运转质量的重要零件之一，由于零部件自身结构壁薄、刚性较差，所以一旦进行外部结构生产，则极易导致其内部产生形变问题，无法确保加工质量。为此技术人员需要根据零部件生产需求和技术特点，科学、合理的使用辅助支撑结构，有效增加零部件基础刚性，从而保证零部件专业技术需求。

一、航空发动机薄壁件特点

为了进一步保证航空发动机零部件加工水平，所以一般所选择的研究目标和对象普遍为大直径的薄壁件、多个级别的凹槽环境零部件等，并且所加工的原材料一般为钛合金锻造零部件。

其中航空发动机薄壁件在加工和技术操作过程中，需要在零部件外部圆形多个位置上安装叶片和燕尾榫槽，所以零部件在加工时，需要将其最大直径数值设定为1000毫米，其零部件基础高度为500毫米，最小零部件内部厚度为3毫米左右，所以该零部件自身属于最大径直的薄壁环形零部件。由于所有的零部件外部表面的粗糙程度一般为1.6米左右，所以在生产过程中，此种全新的航空发动机薄壁件结构模式越来越常见，同时也成为了现阶段航空发电机核心零件之一，但是由于该零部件结构刚性较差，所以为后续零部件制造和加工带来了较多的问题和困难，零件结构如简图1所示[1]。

图1发动机零部件结构图

二、航空发动机薄壁件加工流程

为了保证航空发动机自身运行质量水平和效率，航空生产企业应该根据零部件生产实际情况进一步明确其内部结构生产方案，如表1，航空发动机薄壁件生产方案。

表 1航空发动机薄壁件生产方案

零部件所属结构特点

正时罩缸盖罩机油盘

薄壁件厚度 2毫米（*）

1.6毫米（*）

3毫米 - 3毫米

无筋（*）

纵筋（*）

加强筋布置环装钢筋少筋（*）横筋米字钢筋多筋阶梯结构

飞机薄壁结构件数控加工重量误差控制研究

近年来，随着航空制造业的大力发展，大量新机型开展研制工作。在飞机研制过程中，飞机重量是影响飞行性能、操稳、强度等的依据，直接影响飞机的飞行性能和飞行品质，不论是处于飞机研制方案论证、打样设计、详细设计，还是生产试制、试飞排故阶段，重量控制均处于重要地位。薄壁结构件是目前飞机大型结构件的主要类型，由于其尺寸精度要求高，公差范围小，对零件的重量控制要求则更高。

从生产实践中发现，通常新机研制过程中通过数控加工的飞机薄壁结构件经常出现重量超大的问题，导致大量零件返工，而且返工基本上不可能重新再用数控机床进行，只能通过钳工手工打磨保证，对零件的尺寸精度，尤其是外形尺寸精度造成了极大的影响，质量隐患严重。由于超重问题原因的不确定性和多样性，因此往往要反复进行技术复查以找出超重原因，给产品研制及生产交付进度等带来极大压力。为此，对飞机薄壁结构件数控加工超重问题进行了系统性分析，找出导致问题的主要因素及有效的控制方法是很有必要的。

基于重量特征的航空结构件特点

随着现代设计水平和制造能力的提高，飞机设计已广泛地采用了整体薄壁结构件，如飞机的大框、大梁等普遍采用整体化结构设计，这对飞机制造产生了深远的影响，不仅大幅减少了飞机结构件数量和装配焊接工序，同时也有效减轻了飞机整机重量，提高了零件强度和可靠性，使飞机的制造质量显著提高。

由于零件的轻量化，零件的重量容差也不断减小，在满足零件尺寸容差要求的情况下还要满足重量容差要求，对加工的精度要求更加严格，一个稍微大型的零件动辄上百甚至上千个尺寸，即便所有的尺寸都在公差范围内，但尺寸误差的积累叠加效应也完全有可能导致零件的重量超差，因此，零件加工出的实际尺寸只有在越接近名义尺寸的情况下才能有效的保证重量在公差范围内。从零件结构类型看，主要包括框、梁、肋、壁板、接头等典型类别，虽然各类零件结构形式各不相同，但它们均由一些典型特征构成，这些特征是构成零件的基本单元，特征尺寸是零件整体结构尺寸的基本构成，而从重量的角度来看，这些特征也成为零件重量构成的基本要素，总体上讲，对航空薄壁结构件重量影响较大的主要特征可分为腹板、轮廓、转角、闭角残留等几类，如图1 分别用不同颜色所表示。

航空发动机零部件精密制造技术

龙源期刊网

航空发动机零部件精密制造技术

作者：贾丽郝军涛杜改梅

来源：《科技创新与应用》2018年第30期

摘要：航空发动机关键零部件的精密制造技术一直是我国高性能航空发动机研制的瓶颈。文章深入分析了航空发动机关键零部件的典型制造技术，对精密制坯、高效切削、抗疲劳制造、特种加工以及复合材料构件加工技术进行了总结，并给出了其发展方向。

关键词：航空发动机；精密制坯；高效切削；抗疲劳制造

中图分类号：V262.3 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）30-0157-04

Abstract： The precision manufacturing technology of the key components of aero-engine has

been the bottleneck of the development of high-performance aero-engine in our country. This paper

analyzes the typical manufacturing technology of the key components of aero-engine， summarizes

the technologies of precision billet making， high-efficiency cutting， anti-fatigue manufacturing，

special machining and processing of composite components， and gives the development direction of

these technologies.

Keywords： aero-engine； precision blanking； high efficiency cutting； anti-fatigue