飞机翼身接头精加工工艺设计

单丹丹

摘要：在飞机大部件对接装配过程中，对翼身接头进行精加工的目的是要保证整体机身的制造准确度和翼身对接装配的协调性与互换性，进而保证飞机的总体装配质量。翼身接头精加工的工艺方法、过程和主要参数对翼身接头精加工的安全性、稳定性、可靠性、精度、表面质量等均有重要影响。因此，研究飞机机身数字化对接装配过程中翼身接头精加工的工艺方法和技术具有重要意义。

关键词：翼身精加工：翼身装配

1.翼身接头精加工工艺技术

翼身接头精加工是指机身大部件完成对接、形成整体机身之后，对机身上的翼身接头孔及端面进行加工，使其最终符合图纸要求，以消除装配误差，提高机身的制造准确度和机身与机翼问的协调准确度，实现翼身互换的加工方法。

在调整飞机大部件姿态时，一般用精加工台上的水平测量点指示器进行测量，使水平测量点符合水平测量条件和工艺容差要求。对于在型架上进行精加工的部件，可将两副或三副工作卡板换成检验卡板，调整部件姿态，使其外形面与检验卡板之间的间隙尽量均匀。专用的接头加工动力头同样依赖型架进行定位，其联动轴数少，数控化程度低。

上述翼身接头精加工方法自动化程度和柔性化水平极低，缺乏先进高效的测量与检验手段，正式加工前不能定量分析翼身交点的加工余量是否满足可加工条件，使用的工装制造困难且不具有通用性。

2.翼身接头的总体加工方案设计

2.1翼身接头的工艺结构

翼身交点孔的轴线方向包括飞机航向、翼展方向和竖直方向，鸭翼孔的轴线位于垂直飞机航向的平面内，且与对接装配参考坐标系x轴之间的夹角为5～10°。翼身接头在机身上的分布范围较大，覆盖了前、中、后3个机身段的左右两侧和后机身的顶部，沿航向的分布范围接近10m，高度方向的分布跨度接近1.3m。

2.2翼身接头的加工余量和精度要求

翼身接头的结构底孔分别留有2-6mm不等的加工余量，所有需要精加工的翼身交点孔端面的切削加工余量均为2mm翼身接头衬套孔的切削加工余量最小为0.3mm，最大为3.8mm，大部分为2mm根据飞机大部件数_字化对接装配的技术要求，精加工后交点孔的位置度公差为+0.01mm，同轴度公差为0.01mm：具有装配协调性要求的两翼身交点孔问的孔心距公差为+0.01mm，交点孔与孔端面问的垂直度公差为0.1mm；翼身交点底孔和衬套孔的孔径精度要求均为H8，表面粗糙度要求达到Ra0.8μm。

（1）飞机大部件对接装配中的翼身又点精加工具有以下特点：

1）待加工的对象很多，且分布范围广；

2）待加工交点孔的工艺结构和尺寸多样、复杂，且部分交点孔的中心离机身主体较近，加工过程中主轴易与机身发生干涉；

3）翼身接头的材料种类多，切削加工性能差别很大，其中多种材料属于很难加工的材料；

41加工精度和表面质量要求高。

（2）翼身接头精加工的难点可归纳为以下几点：

1）以较少的设备在较大范围内实现孔、面加工；

2）以同一台设备实现多种结构和尺寸的交点孔加工，同时避免干涉；

3）在较大空间范围内获得好的加工精度和表面质量；4）保证高的可靠性。

2.3翼身接头的工艺结构总体加工方案设计

对翼身接头的精加工工艺进行改进设计，基本思路是充分利用飞机大部件数字化对接装配系统在数字化测量、协调和定位方面的优势，并充分发挥专用数控加工中心高精度多轴联动和高速切削的功能，来克服以上技术难题。加工方案的要点如下：

（1）采用无模板数控精加工工艺，以一套数字化调姿、对合与精加工柔性工装取代精加工型架，以专用数控加工中心代替非数控加工设备，以数字化协调方法取代基于模拟量的协调方法，以装配参考坐标系作为加工基准；

（2）专用数控加工中心配备万能主轴头，使刀轴能摆动到飞机航向、翼展方向、竖直方向、鸭翼孔方向。

（3）若翼身交點孔中心与机身主体间的距离dHF参见图2.1（c）可确保加工过程中机身与主轴不发生干涉，交点孔加工的工艺选为铣孔后精镗孔；若dHF的值较小，会导致机身与主轴发生干涉，则在万能主轴上加装尺寸更小的直角头，并选择扩孔（铣削）后精膛孔或者半精膛孔后精膛孔工艺。机身一鸭翼交点孔采用半精膛孔后精膛孔的加工工艺；

（4）采用优化的切削加工参数，将切削力控制在250N以内，以保持加工稳定性，确保表面质量达到Ra0.8μm：

（5）采用激光跟踪仪测量并反馈机身与加工中心之间的相对定位误差，通过误差补偿提高定位精度工艺过程设计。

翼身交点精加工需完成两次机身与加工中心相对定位，分别对应机身在装配参考坐标系下的第一加工工位和第二加工工位。单架次飞机机身的翼身交点加工工艺过程可分为：加工准备、第一工位加工和第二工位加工3个主要的工艺阶段。

按照先面后孔，先粗加工后精加工的原则确定第一加工工位的具体工艺过程，对于有衬套的翼身交点孔，若结构底孔和衬套孔均需要加工，则在完成底孔精加工后由人工安装衬套，最后进行衬套孔的精加工。

2.4难加工材料的切削加工工艺

相对而言，铝合金、30CrMnSiA和1 Cr17Ni2的切削加工性能较好，铝青铜0A110-3-1.5的切削加工性能尚好，因此，本文主要对钛合金交点孔切削加工的工艺参数进行讨论。

钛合金（TC4）交点孔的切削加工工艺

根据钛合金TC4的物理力学性能和镗削加工性能，采用了较小的切削用量和高速铣削与低速切削相结合的加工工艺，以确保加工过程中切削力不会超出允许范围。具体的切削加工参数可通过加工试验进行优化。

由于钛合金和铝合金的力学性能和切削加工性能存在很大的差异，两台卧式专用加工中心均配备两个万能主轴头，其中，1#万能主轴头可满足钛合金切削加工所需的大扭矩、低转速的要求，而2#万能主轴头则用于满足铝合金等其他材料的高速切削要求。为此，专用卧式加工中心具有自动更换主轴头的功能。钛合金高速加工时，采用压力不小于0.5MPa的压缩氮气进行冷却。

3.翼身接头钛合金材质精加工工艺优化试验

为了测量钛合金铣孔时不同切削参数下的切削力，控制切削力大小，使之在调姿系统承受范围内，同时兼顾效率，进行了钛合金铣孔试验。通过实验得到钛合金铣孔采用主轴转速15000rpm，切深0.5mm，切宽1mm，进给400mm/min时，在保证效率的前提下，切削力基本符合要求。工件1（初孔直径为20mm，终孔直径为26mm，孔深20mm）采用该组参数进行铣削，用时18.5min，获得的孔表面粗糙度为1Ka0.3551*m。加工结束时，刀具和工件表面温度基本维持常温。

钛合金镗孔实验的目的是测量不同切削参数下镗孔的切削力，以控制钛合金翼身接头镗孔时切削力的大小，使之在调姿系统承受范围内，同时兼顾效率。

通过比较分析可知，采用主轴转速1000rpm，进给约20mm/min，在保证效率的前提下，切削力基本符合要求，获得的加工表面粗糙度为Ra0.163μm。主轴转速超过1500rPm后，加工过程中有闪点。根据上述实验结果，钛合金翼身交点锁孔加工宜全部采用精镗。