五軸數(shù)控機床設(shè)備在航空工業(yè)中的地位 據(jù)中國機床工具工業(yè)協(xié)會人士介紹，本次調(diào)研的重點是對飛機和航空發(fā)動機主要關(guān)鍵件制造工藝和設(shè)備進行了摸底調(diào)查。此次航空工業(yè)調(diào)研的主要用戶有：沈陽飛機公司、沈陽黎明航空發(fā)動機公司、上海飛機制造廠、西安飛機公司、西安航空發(fā)動機公司。 飛機的典型零部件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭等零件，毛坯為板材、鍛件和擠壓型材。目前，90%以上的零件為鋁合金件，少量為不銹鋼和鈦合金。 飛機零件主要結(jié)構(gòu)形式分為兩類。一類是長板型零件，如梁、緣條、筋和壁板類零件，長寬比大，內(nèi)、外緣為空間曲面，形狀復(fù)雜。例如，某型號飛機緣條零件是T形薄壁件，材料為T形高強度鋁合金擠壓型材，6700mm×110mm×200mm，有91.68°的角度要求，理論外形精度正負0.25mm；上壁板件和下壁板件都是高強度鋁合金件，zui長5600mm，zui寬750mm，zui薄2mm，加工時還需用真空平臺夾持；加工鋁合金件要求高速切削，因為梁和機翼等整體壁板都是整體材料加工而成。 另一類是框形零件，如異型肋、支架或接頭等。主要為框形結(jié)構(gòu)，形狀復(fù)雜，加工量大。如某支線飛機后梁轉(zhuǎn)軸接頭是平衡尾翼的主要受力件，結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，毛坯為鍛件，外形尺寸420mm×340mm×225mm，形位公差0.1mm；肋腹板毛坯為高強度鋁合金材板，zui大925mm×260m×76mm，zui小590mm×190mm×35mm，分為單面框、雙面框兩種腹板，zui薄處僅0.9mm，材料利用率12%，這就意味著88%的材料被切除。倉門也是框類零件，材料為7150~T7351高強度鋁合金，毛坯尺寸40mm×3100mm×800mm，也有單、雙面框之分，還有門蓋加強筋板、門框接頭等。 為了提高加工效率，鋁合金件加工采用高速切削，要求使用高速機床，主軸轉(zhuǎn)速15000r/min~18000r/min以上，加速度1g左右，定位精度0.02mm，加工精度0.1mm~0.15mm，全行程內(nèi)精度0.3mm。 航空工業(yè)中，鈦合金的應(yīng)用在增加，鋁鋰合金也開始應(yīng)用。加工鈦合金件要求機床具有足夠的扭矩和功率，屬于大扭矩強力切削，要求主軸轉(zhuǎn)速6000r/min左右，機床應(yīng)具有足夠剛度和五坐標(biāo)加工功能，應(yīng)配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭。A/B擺角銑頭的剛性好，A/C擺角銑頭的剛性差些，五軸聯(lián)動時擺角正負25°，機床定位精度0.02mm。 飛機工業(yè)中復(fù)合材料應(yīng)用增多，尤其是碳纖維材料。目前急需復(fù)合材料加工設(shè)備如鋪帶機等，鋪帶機的關(guān)鍵是要具備檢測、激光定位、紅外監(jiān)控、壓實、超聲波切割等功能。 航空發(fā)動機關(guān)鍵件主要是機匣和葉片。機匣有三類：對開環(huán)形結(jié)構(gòu)、整體環(huán)形、異形殼體。航空發(fā)動機機匣是耐高溫的高強度鈦合金材料，前機匣溫度200°C~300°C，而后機匣則要耐更高溫度，屬難加工材料。機匣也是大型零件，一臺15000千克推力的發(fā)動機機匣直徑達800mm，加工時間長，所以，提高加工效率很重要。 機匣加工需要多功能、高精度數(shù)控機床，如數(shù)控立車、數(shù)控精密鏜床和五軸加工中心，需具備雙工位、在線測量和仿真功能，刀庫容量60把刀左右，數(shù)控系統(tǒng)具有編程功能，高速加工主軸轉(zhuǎn)速10000r/min以上，主軸功率15千瓦~30千瓦。粗加工采用重切削，所以，機床要有足夠的強度。精加工采用高速切削，機匣的許多小孔用電加工機床打孔。 葉片類加工分為兩部分，即渦輪葉片和葉輪（即整體葉盤）。葉片材料為耐高溫的鈦合金材料，需用五軸聯(lián)動加工中心，五軸高速龍門銑等加工葉片形面，銑削加工量很大。葉根榫頭的加工用拉床和緩進給強力磨床，要求緩進給磨床具有換砂輪功能和滾輪修砂輪裝置，還需要用在線測量、程序調(diào)整和自動補償功能。 葉片形面的加工用電解加工可大大提高加工效率，還需用數(shù)控六軸砂帶拋光設(shè)備拋光，這就要求機床帶有葉片形面檢測設(shè)備。如用電解加工，需防腐蝕、電解液處理、采取絕緣措施等，會增加環(huán)保成本。 葉片有很多冷卻用的小孔，用電脈沖打孔，比如用激光打孔（激光打孔有硬化層），但現(xiàn)在電加工打孔沒有孔透不透的顯示，操作困難。用戶單位希望能夠解決這個問題，使機床能夠顯示打孔的進程。 航空工業(yè)典型零件的結(jié)構(gòu)特點是大量采用整體薄壁結(jié)構(gòu)，形狀復(fù)雜。為了增加航空器的機動性，增加有效載荷和航程，降低成本，進行輕量化設(shè)計和廣泛采用新型輕質(zhì)材料，且對材料性能要求越來越高。現(xiàn)在大量采用鋁合金、高溫合金、鈦合金、高強度鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷等。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件、蜂窩件多，工藝剛性差。 航空工業(yè)需要帶A/B擺角或A/C擺角的五軸聯(lián)動加工中心、高速加工中心、大型雙龍門立式加工中心、大型數(shù)控龍門鏜銑床、精密數(shù)控車床、大型數(shù)控精密立式車削中心、車銑復(fù)合加工中心、葉盤加工中心、斷面弧齒磨床、高速轉(zhuǎn)子葉尖磨床、緩進給強力磨床、拉床、電加工機床、激光熔覆加工機床、扳類件無模多點成形壓力機、定向單晶熔煉爐、電液束流設(shè)備等。要求機床具有足夠的剛性，操作簡單，人機界面清楚，樣條插補（NURBS），過程均勻控制和在線測量仿真功能。 本文經(jīng)數(shù)控線切割機床、電火花穿孔機、電火花成型機，電解去毛刺、取斷絲錐機-蘇州中航長風(fēng)數(shù)控科技有限公司采集整理發(fā)布在公司。 |
