航空航天高效數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展

目前，應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的工件加工難點(diǎn)主要來源于兩方面：新型材料的出現(xiàn)，以及整體薄壁的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的加工。這就要考慮到來自于高效加工、柔性加工、綠色加工以及成本等多方面提出的更高要求。

無論是對于航空航天產(chǎn)品，還是對于其他產(chǎn)品，追求和實(shí)現(xiàn)零件制造過程的高質(zhì)量、高效率、低成本以及環(huán)境友好的目標(biāo)，是制造業(yè)和制造技術(shù)發(fā)展的一個永恒的主題。從技術(shù)層面分析機(jī)加工的發(fā)展趨勢，有兩個主要出發(fā)點(diǎn)：一是零件所采用的材料材料特點(diǎn)，二是零件設(shè)計上的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

從零件材料方面來說，由于現(xiàn)代產(chǎn)品對高性能的要求，越來越多地應(yīng)用一些新材料和難加工材料，如高強(qiáng)鋼、鈦合金、高溫合金、陶瓷材料和復(fù)合材料等。難加工材料零件的代表是航空發(fā)動機(jī)上的葉盤、葉輪零件和飛機(jī)起落架外作動筒等零件，這些零件采用的工件材料有：鈦合金TC4、高溫合金GH6149、超高強(qiáng)度鋼300M等，這些都屬于難加工材料。

從零件結(jié)構(gòu)方面來說，由于越來越多的產(chǎn)品日益重視輕量化，在零件結(jié)構(gòu)設(shè)計中開始大量采用整體薄壁結(jié)構(gòu)的設(shè)計，導(dǎo)致零件幾何尺寸大、結(jié)構(gòu)與面形復(fù)雜、壁厚小，過渡圓角半徑小等，同時對加工精度和表面完整的要求進(jìn)一步提高。因此在加工過程中對加工精度、顫振抑制、變形控制和加工效率提出了很高的要求。大量飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件多采用大型整體結(jié)構(gòu)零件，部分還采用薄壁結(jié)構(gòu)，如飛機(jī)機(jī)身整體框、整體壁板、整體翼盒肋板等。其幾何尺寸最大可達(dá)10余米，甚至更大，典型最小壁厚可控制在1mm以內(nèi)。

除了上述兩個主要影響因素，對高效、柔性、綠色以及低成本提出更高的要求，也是機(jī)械加工行業(yè)面臨的重要課題。針對現(xiàn)代產(chǎn)品制造對高性能零件機(jī)械加工提出的更高要求，高速數(shù)控加工、數(shù)控復(fù)合加工、采用新結(jié)構(gòu)或?qū)Ｓ迷O(shè)備的高效數(shù)控加工等也應(yīng)運(yùn)而生。

以高速數(shù)控機(jī)床及先進(jìn)刀具應(yīng)用為基礎(chǔ)的高速銑削加工技術(shù)，為大型整體結(jié)構(gòu)零件主要是鋁合金材料零件提供了高效率、高質(zhì)量數(shù)控切削加工解決方案，已成為航空數(shù)控加工的一個重要特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，并從航空制造進(jìn)一步向其他制造領(lǐng)域推廣應(yīng)用。采用高速主軸系統(tǒng)，提供盡可能高的材料去除速率MRRMaterial Removal Rate，采用高性能的進(jìn)給系統(tǒng)，在加工中各種走刀路徑獲得很高的伺服動態(tài)特性，從而縮短切削加工時間。高速數(shù)控銑削加工技術(shù)的應(yīng)用，使得飛機(jī)鋁合金結(jié)構(gòu)件數(shù)控切削加工時的材料去除速率MRR高達(dá)5000～7000cm3/min。

數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)是繼高速加工之后迅速發(fā)展并得到應(yīng)用的又一個高效數(shù)控加工技術(shù)，車銑復(fù)合加工是目前應(yīng)用最多的一種數(shù)控復(fù)合加工。一方面，相對于連續(xù)車削加工而言，車銑加工變連續(xù)切削為斷續(xù)復(fù)合切削，切削力減少30%～50%以上，切削溫度也大大降低，因此，車銑復(fù)合加工已成為這些具有難加工材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的關(guān)鍵零件的主要加工方法；另一方面，數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床功能多、精度高、價值高，可實(shí)現(xiàn)零件“一次裝卡，全部完工”的數(shù)控加工，從而大大縮短輔助工作時間，提高加工效率。對于飛機(jī)起落架支架和筒體、異型回轉(zhuǎn)零件、發(fā)動機(jī)機(jī)匣、 葉片、泵殼體類等零件，采用復(fù)合加工，具有很大的優(yōu)勢。

采用高效專用及新型結(jié)構(gòu)數(shù)控機(jī)床以進(jìn)一步提高加工效率，如多主軸頭、立臥轉(zhuǎn)換工作臺、大型臥式主軸布局、柔性卡具等結(jié)構(gòu)，成為一些大型結(jié)構(gòu)零件高效加工的重要技術(shù)途徑。多主軸頭機(jī)床設(shè)計有兩個甚至兩個以上相同的主軸頭，在同一個工作臺上同時加工多個相同的結(jié)構(gòu)零件，從而使數(shù)控切削加工時間成倍地縮短。帶立臥轉(zhuǎn)換工作臺的數(shù)控機(jī)床可以方便大型結(jié)構(gòu)零件定位、裝卡和切削過程排屑，立臥轉(zhuǎn)換工作臺多采用雙工作臺形式以節(jié)省工件裝備時間，提高機(jī)床主軸的利用率。臥式主軸布局機(jī)床切削時形成的大量切屑可以靠切屑自重自動掉落，利于散熱以及避免二次切削。柔性夾具采用數(shù)控多點(diǎn)可調(diào)支撐、真空吸咐或機(jī)械夾頭的方式，實(shí)現(xiàn)對不同形狀的大型結(jié)構(gòu)件在機(jī)床上的柔性、快速的定位和裝卡，適用于大型結(jié)構(gòu)零數(shù)控加工時的裝卡。

一些針對大型整體結(jié)構(gòu)零件高效加工的新結(jié)構(gòu)、新概念的數(shù)控機(jī)床也已進(jìn)入應(yīng)用階段。如專用于航空航天零件加工的并聯(lián)結(jié)構(gòu)臥式5軸聯(lián)動加工中心，具有高剛性、高阻尼特性、高加速度等特點(diǎn)，可采用最小量潤滑MQ、刀具內(nèi)噴冷卻和普通冷卻液等方式進(jìn)行切削加工冷卻潤滑，為具有不同材料和不同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件加工提供了高效的解決方案。

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