基于自然進化策略的多工藝融合結構件加工變形控制方法*

劉醒彥，劉長青

（南京航空航天大學機電學院，南京210016）

加工變形是航空大型整體構件（特別是薄壁零件）數控加工中常見的問題，加工變形導致零件幾何誤差和尺寸公差超差[1]。波音公司的一項研究表明，由于零件加工變形引起的工件報廢損失超過29 億美元[2]。影響加工變形的因素有很多[3-4]，包括毛坯料的初始殘余應力、零件尺寸結構、刀具參數、加工工藝等，其中初始應力引起的變形占部件總變形量的90%以上[5]。

殘余應力與加工變形的相關研究表明，加工變形是材料殘余應力、零件的尺寸外形以及零件在毛坯中的位置關系的函數[6]。數控加工過程中，大量的材料被去除，毛坯內部殘余應力平衡被打破，形成力矩導致工件變形，其中力矩受工件幾何和殘余應力共同影響。對毛坯施加預變形，改變毛坯內部的初始應力場分布，最終影響工件上應力分布，從而影響工件最終變形。毛坯中的應力分布在整個材料中，工件只是毛坯的一部分，改變工件在毛坯中位置會影響工件最終內部應力分布，同樣影響工件最終變形。工件變形是工件幾何和殘余應力共同作用的復雜過程，在工件幾何確定的情況下，很難通過單一變量尋找到合適的工件應力分布抑制工件變形。因此綜合考慮預應力與加工位置的加工變形控制方法，對毛坯施加力載荷，使毛坯初始殘余應力分布發生變化，選擇適當的加工位置，使工件在預變形毛坯獲得力矩較小的應力分布。……