結(jié)構(gòu)件是飛機(jī)零件中最大的一種零件。這類零件主要用鋁合金制造。基于制造工藝和零件重量考慮，以前主要采用鋁板經(jīng)鉚而成(至今仍有部分零件采用此種方法制造)。現(xiàn)在采了全然不同的設(shè)計(jì)技術(shù)，需要將多種不同功能集成到一個(gè)結(jié)構(gòu)件上。這就是集成設(shè)計(jì)技術(shù)。這種零件是用一塊實(shí)體鋁坯經(jīng)銑削加工而成。這類零件很復(fù)雜，通常包含極小的底面和薄壁(0.6~2mm)，呈蜂巢狀。這類零件的幾何形狀由不同的表面及規(guī)定的曲面構(gòu)成。接近飛機(jī)外部輪廓的表面也是必須是自由曲面。
例如，Pilatus PC 9飛機(jī)的主梁，在以前的設(shè)計(jì)中是由156個(gè)不同零件構(gòu)成的。這樣，就需要各種折彎設(shè)備和裝配夾具。在Pilatus PC 12飛機(jī)上，這類部件采用了集成設(shè)計(jì)技術(shù)。 零件的數(shù)量減少到3個(gè)，而且是采用簡單的螺栓連接(圖1)。
在25年前，這家飛機(jī)公司在開發(fā)飛機(jī)時(shí)，由于沒有復(fù)雜的軟件工具，NC技術(shù)還處于初期階段，只能用繁瑣的編程語言，如APT、Fortran等等定義復(fù)雜的幾何形狀；NC機(jī)床還是采用21/rD控制，從而嚴(yán)重聘用制了復(fù)雜形面和幾何形狀的生成。
由于某種原因上述原因，為控制鋁件的重量，用鋁板構(gòu)成機(jī)架，即將20余種不同形狀的板材成型件組裝和連接在一起構(gòu)成一個(gè)大的結(jié)構(gòu)件。零件成型過程極為復(fù)雜。工件材料要經(jīng)過12次機(jī)械加工和4次熱處理，由于幾何形狀的不一致、拉伸/斷裂等，致使廢品率極高。這種機(jī)架的裝配需要6道工序，而且必須考慮到材料的拉伸問題。
如今，編程系統(tǒng)和CNC機(jī)床已經(jīng)能使我們銑削加工出以前無法生成的形狀。以前，采用傳統(tǒng)技術(shù)，需要20多個(gè)板材成型件才能構(gòu)成的部件，現(xiàn)在只用2個(gè)零件。幾何形狀極為復(fù)雜，必須完全滿足零件的所有要求。用一塊實(shí)體鋁坯銑制一個(gè)零件，其中98%的材料都變成了廢屑。
三步完成產(chǎn)品加工
NC編程過程需要的專業(yè)知識(shí)要求最高，要求集成各種不同生產(chǎn)工藝：CAD/CAM、切削刀具、夾具設(shè)計(jì)和銑削技術(shù)。現(xiàn)在只需三道貌岸然工序就可以制造出這樣一個(gè)機(jī)架部件：1)獲取經(jīng)過預(yù)切削并帶有夾持用孔的原材料，2)銑削零件，3)手動(dòng)鉆出鉚釘孔(利用夾具)。
零件毛刺在加工過程中完成。首件檢驗(yàn)合格后，銑削加工過程自動(dòng)進(jìn)行，無需操作員干預(yù)。這樣就大大簡化了尺寸和裂紋的檢測，與以前的制造方法相比，降低了生產(chǎn)成本。集成結(jié)構(gòu)還對(duì)零件裝配具有重大影響。整個(gè)模塊(部件)可以直接裝配。所制造的零件公差極為嚴(yán)格，具有很好的互換性。裝配精度得到保證，且過程穩(wěn)定，大幅度縮短了所需的裝配時(shí)間。
適用于高速銑削的機(jī)床與刀具
坯料是用水刀將厚127mm或76mm的鋁板切切割到近似形狀。坯料尺寸為840×665mm，重90kg或60kg。 夾具包括角度板和標(biāo)準(zhǔn)孔系及加工工件第二面的真空接合適配板。機(jī)床采用特別適用于五軸聯(lián)動(dòng)加工的斯達(dá)拉格海科特STC 1000/130型機(jī)床：主軸功率為70kW，在100%負(fù)載運(yùn)行時(shí)最高轉(zhuǎn)速達(dá)24000r/min (圖2)；主軸錐孔：HSK63A；機(jī)床X/Y/Z軸行程為：1700mm/1600mm1950mm；主軸可傾范圍：-60/+100°；工作臺(tái)是B軸。該機(jī)床采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，具有較高的剛度。
整個(gè)加工過程需要7把切削刀具和4把鉆頭。刀具為整體刀體，最大直徑為32mm，形狀配合的刀片能防止其在以高達(dá)24000r/min的轉(zhuǎn)速切削時(shí)離心力可能造成的損壞。全部刀具直徑都在25mm以上，中空冷卻，油霧潤滑。起先直徑小于25mm的刀具為整體硬質(zhì)合金刀，采用收縮式刀柄。刀具長度為90和220mm.。
全部切削刀具連同刀柄都經(jīng)過平衡，在24000r/min轉(zhuǎn)時(shí)平衡質(zhì)量為Q2.5。為保證加工過程的安全，精確定義了每把刀具的切削參數(shù)，即采用專用軟件，對(duì)刀具組件進(jìn)行了知識(shí)臨界速度(自振)檢測。零件經(jīng)二次裝夾完成全部加工(包括鉚接孔)。為防止薄壁件在加工中的應(yīng)力變形和保證嚴(yán)格控制的公差，面銑和周邊銑削采用了高速銑削加工工藝。在總的銑削加工時(shí)間內(nèi)，約60%的時(shí)間需要五軸聯(lián)動(dòng)加工，粗加工占總加工時(shí)間的40%，手動(dòng)加工主要是去毛刺和鉆部分鉚釘孔。
結(jié)果超過預(yù)期
首先將工件用螺栓固定在夾具上，用雷尼紹測頭識(shí)別零件。第一道貌岸然工序是用直徑63mm 的刀頭，沿Z面運(yùn)動(dòng)，將工件粗銑至接近最終形狀。粗銑時(shí)的進(jìn)給速度可達(dá)17m/min ，金屬切除率達(dá)6500mm3/m
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