王贵林，李林才，朱俊辉，王致远

（湖南航天环宇通信科技股份有限公司，湖南 长沙 410205）

1 引言

航天器结构单元具有比强度大、精确度高、稳定性好等性能，以节约发射成本、降低飞行惯性、满足太空环境工作要求。为了实现轻量化设计、满足高可靠性要求，采用复杂结构钛合金薄壁件作为承载、连接和定位元件是一种可行选择[1]。

钛合金具有比强度、热强度、抗断裂性高和耐腐蚀性好等优良特性，在航空航天领域得到了广泛应用。如航天器在轨期间实现大角度机动、精确姿态调控的某型单框架控制力矩陀螺采用钛合金作为薄壁座筒材料，包括内螺纹、内腔圆环、键槽、腰孔、凸台等多种几何构型的复杂结构，外壁直径为150mm，不同轴向位置处的单边壁厚在（3～5）mm之间，如图1所示。

图1 钛合金薄壁座筒的剖面结构Fig.1 Section Structure of Titanium Alloy Thin-walled Cylinder

钛合金虽然具有优异的力学性能，但是高精度加工的难度很大，国内外学者对钛合金薄壁件切削过程中的材料去除机理、刀具磨损和加工变形开展了广泛研究[2]。为了实现精密加工，要求刀具刃口很锋利，而钛合金的化学活性高，切削时无论选用硬质合金刀具还是PCD、金刚石刀具都会快速磨损，导致加工精度达不到要求[3]，还需防止扎刀、烧伤和挤压变形等产生的损伤[4]。

针对具有复杂几何结构的星载钛合金薄壁件，通过分析精密切削条件下的热力学特性和刀具磨损，研究超声振动加工对应的应力分布，控制切削力、刀-屑粘结和加工变形，实现高效高精度加工。……