航空制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的需求

　　航空產(chǎn)品零件制造的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）通常帶有復(fù)雜的理論外形曲面、縱橫交錯(cuò)的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、厚度較小的薄壁結(jié)構(gòu)等，不僅形狀復(fù)雜，而且孔、空穴、溝槽、加強(qiáng)筋等多，工藝剛性較差。（2）現(xiàn)代飛機(jī)具有長(zhǎng)壽命、高可靠性要求，這使零件表面的質(zhì)量控制要求更為嚴(yán)格；零件的尺寸精度和表面質(zhì)量要求越來(lái)越高。（3）為了提高零件強(qiáng)度和工作可靠性，主要采用整體毛坯件和整體薄壁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料去除量大、精度及表面質(zhì)量要求高，加工周期較長(zhǎng)。（4）零件的材料多為高強(qiáng)鋼、鋁合金、鈦合金、高溫合金和復(fù)合材料等難加工材料。

　　由于航空產(chǎn)品零部件的上述特點(diǎn)，航空制造業(yè)對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)備提出了以下需求：

　　1. 對(duì)高速、高效數(shù)控設(shè)備的需求

　　對(duì)于薄壁零件，由于具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)，已在航空零部件中得到廣泛地應(yīng)用。但薄壁零件由于剛性差、強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。使用高速數(shù)控切削設(shè)備可以大大改善這種狀況，因?yàn)榍邢髁﹄S著切削速度的提高而下降；切削產(chǎn)生的熱量絕大部分被切屑帶走；在高速切削范圍內(nèi)機(jī)床的激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍，并且可以盡量減少加工中的徑向切削力和熱變形以上特點(diǎn)有利于減小工件變形，改善薄壁零件的加工精度和表面質(zhì)量。

　　對(duì)于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件，也是應(yīng)用高速加工的主要領(lǐng)域，特別是在鋁合金結(jié)構(gòu)件、復(fù)合材料構(gòu)件的切削中應(yīng)用廣泛。這類零件通常采用采用“整體制造法”，即在大塊毛坯上去除余量，形成薄壁，細(xì)筋結(jié)構(gòu)的零件，需要去除大量金屬材料，導(dǎo)致切削時(shí)間占用零件總生產(chǎn)時(shí)間比例很大，整加工周期較長(zhǎng)，最終零件成品的重量只有毛坯的10%～20%，其余的80%～90%材料都成了切屑。使用高速高效數(shù)控設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)這些零件的切削加工過(guò)程對(duì)于高效、準(zhǔn)確加工的迫切需求。

　　對(duì)于鎳基高溫合金、鈦合金以及高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼等被現(xiàn)代航空產(chǎn)品大量采用的難加工材料，由于這些材料強(qiáng)度大、硬度高，耐沖擊、加工中容易硬化，切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重，也只有采用高速切削技術(shù)，才可以有效地減少刀具磨損，大幅度提高生產(chǎn)率并提高零件的表面質(zhì)量。

　　在航空零部件加工中，高速切削正在被大量應(yīng)用，目前，高速加工的切削速度為常規(guī)切削的5～10倍，航空零件切削加工現(xiàn)場(chǎng)配備的高速銑削設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到24000r/min。高速切削，首先是高的速度，即高的主軸轉(zhuǎn)速，另一方面，又應(yīng)有高的進(jìn)給速度，為了提高效率，機(jī)床還要具有快速移動(dòng)、快速換刀、高的主軸加速度和進(jìn)給加速度，高速切削加工技術(shù)是對(duì)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)及材料、機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高性能CNC控制系統(tǒng)都提出了較高的要求。數(shù)控機(jī)床廠家在保證加工精度的前提下，提高機(jī)床切削速度是適應(yīng)航空零件加工的一個(gè)方向。

　　2. 對(duì)多功能的多軸數(shù)控加工中心的需求

　　隨著飛機(jī)產(chǎn)品飛行性能的提高，對(duì)現(xiàn)代航空零件加工精度的要求也逐步嚴(yán)格，復(fù)雜形狀表面的精度誤差從早期的±（0.15～0.3）mm已經(jīng)提高到±（0.08～0.12）mm，表面粗糙度從Ra6.4～1.6提高到Ra1.6～0.8。對(duì)于以機(jī)翼梁、機(jī)身框、翼肋及壁板為典型代表的飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)件，以及以機(jī)匣、整體葉盤、葉片以及軸、盤為典型代表的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件，既要保證零件的表面質(zhì)量，又要保證加工的位置精度和形狀精度，這些零件，一般都要求一次裝卡，一次定位加工成型，只有多軸聯(lián)動(dòng)的加工中心，才能滿足上述要求。在目前，對(duì)于航空零部件，五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床以及具有五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制、轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)的數(shù)控機(jī)床等復(fù)合設(shè)備的需求增加。

　　3. 對(duì)數(shù)控機(jī)床適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展的需求

　　隨著CAD、CAPP、CAM等信息技術(shù)的發(fā)展、為提高加工效率，許多企業(yè)都成立了數(shù)控編程中心，數(shù)據(jù)傳輸、模塊化設(shè)計(jì)以及成組加工技術(shù)對(duì)數(shù)控機(jī)床的硬件設(shè)計(jì)提出了更高的要求，另外，由于航空材料多為貴重稀有金屬或復(fù)合材料，虛擬切削加工技術(shù)將會(huì)得到進(jìn)一步應(yīng)用，所謂虛擬切削加工技術(shù)就是在對(duì)零件幾何參數(shù)、材料物理性能、加工過(guò)程切削參數(shù)以及加工物理過(guò)程(受力變形、熱變形等)進(jìn)行全面物理建模的基礎(chǔ)上，利用計(jì)算機(jī)數(shù)值仿真技術(shù)對(duì)加工過(guò)程的動(dòng)態(tài)情況和加工結(jié)果進(jìn)行實(shí)際綜合分析的一種新興技術(shù)。它對(duì)數(shù)控機(jī)床的軟、硬件提出了更高的要求，要求根據(jù)NC加工機(jī)床的實(shí)際狀況用NC代碼驅(qū)動(dòng)虛擬加工環(huán)境中的NC機(jī)床進(jìn)行虛擬切削加工，它能描述刀具的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，完成碰撞、干涉檢查，還可逼真地描述加工后工件的形位誤差、幾何尺寸誤差和表面粗糙度等屬性，并將虛擬成品零件與設(shè)計(jì)零件進(jìn)行比較，如零件精度不能滿足設(shè)計(jì)要求，則可對(duì)工藝參數(shù)(進(jìn)給量、切削速度等)或工件裝卡方式進(jìn)行調(diào)整改進(jìn)，如有必要還可對(duì)零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行完善，以提高其可加工性。

　　總之，航空零部件的高精度、高可靠的要求促進(jìn)了數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)的提高，數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展也推進(jìn)了航空制造業(yè)的進(jìn)步。