在我國飛機發展過程中，飛機結構件大型化、整體化、薄壁化和精確化等要求十分突出，尺寸增加但公差成倍壓縮、壁厚減小但加強筋緣條增高、尺寸精度提高的同時增加了重量容差指標、單個結構件多特徵集成導致形位精度嚴格，長壽命輕量化要求加工表面粗糙度普遍提高1~2個等級，由於所有飛機結構件100%進行數控加工，加工質量與加工效率的矛盾突出。

飛機研製生產過程中，數控加工面臨三大難題——加工損傷、加工失穩和加工變形。成飛與北航自2007年起，在航空工業多個項目支持下，“十年磨一劍”，成功地解決了上述難題。

加工損傷、失穩和變形的本質原因，來源於數控加工過程“機床-刀具-工件”工藝系統動力學交互作用。傳統的基於經驗以單因素為主的理論和方法，已不能解決上述難題。

總體思路是針對問題，通過建模，分析“過載→損傷”、“顫振→失穩”和“應力→變形”的力學本質，從理論預測進行“防”和工藝裝備進行“消”兩方面入手，防消結合，軟硬兼施，突破如下關鍵技術：

1）難加工材料及複雜結構加工切削力/熱載荷均衡預適調控加工技術；

2）大型薄壁結構件穩定高速銑削加工技術；

3）大型複雜結構件加工全過程殘餘應力及加工變形預測與控制技術。

成飛與北航合作自主開發出了：數控銑削時變切削力預測及參數優化軟件和微量潤滑裝置、數控切削動力學仿真優化軟件和被動阻尼吸振裝置、加工變形仿真軟件和“熱-振”複合應力均化裝置等，應用於飛機大型複雜結構件數控加工過程，解決加工失穩、損傷和變形的難題。

關鍵技術研究及應用：

1.難加工材料切削力/熱載荷均衡預適調控加工技術

加工損傷問題，其本質是數控加工過程切削力/熱載荷大而且變化劇烈，引起的對刀具、工件衝擊產生機械損傷和表面燒傷，在難加工材料數控加工中尤為突出。

傳統避免和減少加工損傷的途徑是大幅減小切削用量和大量使用切削液，顯著犧牲切削效率。面對新的加工需求，在動態切削力建模基礎上，考慮工藝系統多重約束，提出一種變螺旋曲線徑向分層局域循環銑削方式，進行刀軌優化和切削參數預適調整，實現切削力均衡，對切削力過載和衝擊現象進行“防”。

已開發了飛機結構件數控銑削時變切削力預測及參數優化軟件，形成了應用規範；開發了三種准乾式切削精準潤滑裝置。在TC4鈦合金超大型整體框上的筋條、緣條、內外形等複雜結構進行加工測試，實現穩定切削速度150m/min以上，關重部位表面粗糙度達到Ra1.6~Ra0.8。
2.大型薄壁構件穩定高速銑削加工技術

加工失穩問題，本質是薄壁和高筋等結構導致工藝系統動力學特性惡化，出現切削顫振。面對新的加工需求，以工藝系統相互作用分析為基礎，建立“機床-刀具-工件”動力學模型，通過測試和辨識，仿真計算出顫振穩定域曲線，在工藝系統多約束條件下，給出優化切削參數，實現無顫振的高速高效切削，實現對加工失穩的“防”。

基於顫振模型，開發了多種阻尼消振裝置，安裝在被加工結構件或機床的相應部位，抑制或減弱出現的振動，實現加工振動的“消”。

自主開發了辨識測試硬件和X-Cut/e-Cutting軟件、阻尼消振裝置，在大量試驗基礎上建立了工藝數據庫。飛機鋁合金中機身框的實例測試表明：

實現了弱剛性緣條的無顫振穩定加工；

材料去除率提升了1倍以上；

關重部位表面粗糙度達到Ra0.8μm。

3.加工全過程殘餘應力及加工變形預測與控制技術

大型複雜構件加工變形，主要來源於：1）毛坯中的殘餘應力在切削加工過程中不斷釋放和重新分布產生的變形；2）在切削力作用下刀具和工件(包括裝夾)之間產生的相對變形。

因此，飛機結構件中殘餘應力的形成及彈性讓刀變形的演化規律，是預測和控制加工變形的核心。針對飛機大型複雜構件，開展從毛坯到結構件成品全過程殘餘應力仿真分析，預測殘餘應力分布狀態和加工變形規律，通過優化工藝及參數，控制毛坯殘餘應力狀態，實現對後續數控加工變形的預“防”；研製了“熱-振”複合殘餘應力均化裝置，通過對工件施加“點穴”式熱和振動複合作用，進行殘餘應力均化以“消”除工件變形。

中國機械工業聯合會在成都組織召開了成果鑑定會，鑑定委員會認為：“該項目成果整體技術達到國際先進水平，在切削力/熱載荷均衡預適調控加工技術方面達到國際領先水平”。項目的成果也得到國內外同行知名專家的積極評價。

項目成果顯著提高了我國飛機製造技術水平，已推廣應用於一批飛機製造企業，還推廣應用到航天、航空發動機、兵器和機床等行業，對於製造業科技進步和提高競爭力具有重要作用和意義。