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1、飛機裝配中的先進制孔技術(shù)與裝備球康仁科，楊國林，董志剛，朱祥龍，郭東明(大連理工大學精密與特種加工教育部重點實驗室，大連116024)【摘要】制孔加工是飛機裝配過程中的重要工作之一。生產(chǎn)效率的高要求，加工質(zhì)量、精度的苛刻標準，以及復(fù)合材料、鈦合金等難加工材料的大量使用，使得飛機裝配制孔技術(shù)不斷面臨新的挑戰(zhàn)。而基于不同切削原理的制孔新方法與技術(shù)裝備，成為解決當下飛機裝配制孔難題的途徑之一。關(guān)鍵詞：飛機裝配；制孔；螺旋銑；超聲；末端執(zhí)行器DOI：10．16080巧．issnl671-833x．2016．10．016康仁科大連理工大學教授、博士生導(dǎo)師。主要研究方向為超精
2、密與特種加工技術(shù)、難加工材料高效加工技術(shù)．計算機輔助設(shè)計與制造。主持國家“973計劃”和“863計劃”課題、國家基金重點項目和其他科研項目20多項。獲國家技術(shù)發(fā)明一等獎1項、二等獎1項、省部級技術(shù)發(fā)明獎勵多項。+基金項目：國家“863”計劃課題(2013AA040104)，國家“973計劃”課題(2011CB013201)和國家自然科學基金面上項目(51575085)。16航空制造技術(shù)·2016年第10期飛機的裝配過程是將不同結(jié)構(gòu)與功能的部件按照一定要求進行連接，最終組裝成一個整體的過程。飛機裝配中運用到的連接技術(shù)多種多樣，包括機械連接、焊接、膠接等。鉚釘連接(簡
3、稱鉚接)和螺栓連接(簡稱螺接)兩種機械連接形式是飛機裝配中最主要的連接形式[1】。鉚接和螺接的一個共同特點是需要在被連接的兩個零部件上預(yù)先加工連接孑L。飛機裝配制孔具有如下特點：(1)制孔數(shù)量巨大。一架大型飛機需要的制孔數(shù)量通常在百萬以上[2】。巨大的加工數(shù)量使得制孑L成為了飛機裝配過程中主要工作之一。(2)精度、質(zhì)量要求高。大量研究表明，來自連接部位的疲勞破壞是飛機機體破壞的主要形式之一。據(jù)統(tǒng)計，70％的飛機機體疲勞失效事故起因于結(jié)構(gòu)連接部位，其中80％的疲勞裂紋發(fā)生于連接孔處[3]。為延長飛機服役時間，保證飛行安全，對連接過程中的制孔精度與質(zhì)量要求逐漸提高，不
4、僅要保證足夠高的尺寸精度、圓度與位置精度，還必須有效抑制加工缺陷的產(chǎn)生。(3)加工材料工藝性差。為提高飛機性能，復(fù)合材料、鈦合金等被大量應(yīng)用到飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，使用量已經(jīng)超過傳統(tǒng)鋼、鋁等【4】。復(fù)合材料、鈦合金等雖然性能優(yōu)異，但加工工藝性差，刀具磨損快，易產(chǎn)生加工缺陷。例如，目前主要采用的麻花鉆制孔方法對復(fù)合材料構(gòu)件加工時，加工過程中易出現(xiàn)復(fù)合材料分層、撕裂、毛刺等缺陷，對鈦合金材料加工時易產(chǎn)生燒傷。當需要對復(fù)合材料／鈦合金疊層結(jié)構(gòu)一體化裝配制孔時，由于材料性質(zhì)存在巨大差異，加工出高質(zhì)量連接孔極為困難，制孔難度進一步加大。(4)零件尺寸龐大，形狀復(fù)雜。飛機零部件多
5、為大型曲面結(jié)構(gòu)，搬運、定位、裝夾困難，制孔加工中孑L的位置與方向確定也更為復(fù)雜，通常無法使用傳統(tǒng)機床完成，必須有針對性地開發(fā)專用制孔設(shè)備，從而增加了制造周期與成本。為解決飛機裝配制孔難題，國內(nèi)外經(jīng)過長期研究開發(fā)了多種制孑L工藝方法和大量專用加工設(shè)備。本文介紹了不同制孔工藝方法與制孑L裝備，分析了不同方法的特點，并指出了開發(fā)先進制孑L技術(shù)和裝備的若干關(guān)鍵技術(shù)。制孔工藝方法研究現(xiàn)狀飛機裝備中有多重制孔工藝方法，麻花鉆制孔是主要方法，其原理如圖I(a)所示。經(jīng)過長時間的發(fā)展，麻花鉆制孔技術(shù)在刀具、加工設(shè)備、參數(shù)選取等各方面已基本成熟，可以滿足飛機裝配中的大部分制孔需求。
6、通過制備特殊形狀的刀具，在鉆孑L同時實現(xiàn)沉頭孔的加工，如圖1(b)和(P)所示．1IJ』組含脎化l占制孔(cj組@州E錨舢l技求：圖1麻花鉆制孔原理Fig．1Principleofhole-machiningwithatlfI，istdrill受限于其自身特點，麻花鉆制孑L存在一些問題。首先，由于鉆頭主切削刃上各點處的前角和切削速度相差太大，前端靠近軸線部分前角過小，切削速度低，對加工材料的作用以擠壓為主，造成制孔時軸向切削力大；特別是橫刃有很大的負前角值，從而產(chǎn)生很大的軸向力。專用制孔設(shè)備與傳統(tǒng)機床相比剛性較差，過大的軸向力容易引起加工工件和加工設(shè)備的變形，影響
7、加工精度；對于復(fù)合材料制孔，過大的軸向力還易引起分層缺陷，影響加工質(zhì)量陋】。其次，制孔過程中切削熱量不易排出，使得切削區(qū)域溫度逐漸升高，刀具壽命變短，同時還易造成加工材料的熱損傷，形成加工缺陷。再者，制孔加工過程中，切屑只能經(jīng)排屑槽被擠壓到外部，這個過程中切屑與已加工孔壁反復(fù)摩擦，使得加工質(zhì)量變差，同時也使得切削區(qū)溫度升高，當加工鈦合金、鋁合金等塑性材料時，產(chǎn)生的連續(xù)切屑使該問題更加嚴重。復(fù)合材料、鈦合金等難加工材料大量使用之后，麻花鉆制孔的上述問題更加突出。對于一些要求較高的大直徑連接孔，單一的麻花鉆鉆孔工藝已不能滿足質(zhì)量與精度要求，生產(chǎn)中需要采用“鉆一擴一鉸”
8、的多工序方
