数控加工装备与先进加工技术..docVIP

?本文从航空结构件的发展特点出发，结合国内外航空制造业现状，对大型飞机结构件的数控加工装备及数控加工技术进行探讨，论述了当前大型航空结构件数控加工装备的发展方向及先进数控加工技术。????自20世纪50年代第一台数控机床问世以来，数控机床及数控技术经历了半个多世纪的发展，如今数控加工已普及到各个制造领域，不仅提高了产品加工质量和效率，缩短了生产周期，改善了劳动条件，而且对制造企业的产品结构和生产方式都产生了深远的影响。数控加工作为一种高效、精密的数字化切削加工技术，成为飞机复杂结构件机械加工的主要手段，飞机结构件50%以上的加工工作量由数控加工完成。而随着航空工业的不断发展，飞机性能不断提升，飞机结构件日趋大型化、复杂化，对相应的数控加工装备及数控加工技术提出了更为苛刻的要求。本文从航空结构件的发展特点出发，结合国内外航空制造业现状，对大型飞机结构件的数控加工装备及数控加工技术进行探讨，论述了当前大型航空结构件数控加工装备的发展方向及先进数控加工技术。 航空结构件的发展和特点 1 航空结构件的发展趋势????飞机结构件是构成飞机机体骨架和气动外形的主要组成部分，随着现代飞机为满足隐身、超声速巡航、超常规机动、高信息感知能力、长寿命、结构轻量化等方面的性能要求，大量地采用新技术、新结构、新材料，其结构件呈现出以下的发展趋势。（1）结构大型化。????相对于以往的小型结构件焊接、组装模式，采用大型整体结构件可大量减少结构件零件数量和装配焊接工序，并有效减轻飞机整机重量，提高零件强度和可靠性，使飞机的制造质量显著提高，如F-22战机后机身整体框毛坯尺寸达到4000mm×2000mm。（2）结构复杂化。????飞机整体结构日趋复杂，其外形多数与飞机的气动外形相关，周边轮廓与其他零件还有复杂的装配协调关系。同时，薄壁加筋结构使得结构件刚性弱，筋顶结构复杂，壁厚最薄部位不足1mm。（3）材料多元化。????随着新一代战机性能的逐步提高，新型高性能材料不断引入，高强度难加工材料和低密度轻质材料成为航空结构件的两大类主要材料，结构件材料逐渐由铝合金为主转变为铝合金、钛合金、复合材料并重的局面。（4）制造精确化。???? 精确制造对结构件形位、尺寸公差都提出了更高的要求，以满足精确装配的需要，如腹板最高精度达到±0.1mm，比前一代飞机提高一倍以上。 2 航空结构件的工艺特点????航空结构件的上述发展趋势决定了其工艺特点：结构复杂，加工难度大——零件外形涉及机身外形、机翼外形及翼身融合区外形等复杂理论外形，且需与多个零件进行套合；切削加工量大——材料去除率达到90%以上，部分零件甚至达到98%；薄壁，易变形——存在大量薄壁、深腔结构，为典型的弱刚性结构；加工精度高——装配协调面、交点孔等数量多，零件制造精度要求高；难加工材料比例大——以钛合金、复合材料为代表的难加工材料比重越来越大，对航空制造业提出了严峻的挑战。 航空结构件数控加工装备发展方向 ????随着航空工业的快速发展，一方面，飞机结构件尺寸越来越大，结构越来越复杂；加工精度越来越高；另一方面，飞机结构件中难加工材料比例越来越高，使得加工效率逐步成为制约飞机研制和批量生产的关键因素。为适应航空结构件的高效、高精度数控加工要求，高速、高精、智能、复合、环保等特点成为了实现现代飞机结构件数控加工装备的主要发展方向。 1 高速加工是实现高效加工的主要途径????高速加工技术不仅成倍地提高生产效率、改善零件的加工精度和表面质量，而且有效地解决了低速加工中一些难以解决的问题：例如实现超薄零件的加工、某些特殊材料（如纤维增强塑料等）的高效加工等。高速加工依然是目前实现这些飞机结构件高效加工的主要途径。????近年来，高速加工相关技术得到了迅猛的发展，反映高速加工能力的各项性能指标不断提高。当前应用的高速主轴，转速可达420000 r/min，甚至更高；直线电机和力矩电机已逐步进入应用阶段，进给速度越来越快，达到120m/min；进给加速度越来越大，大型机床进给加速度达到9.81m/s2，中小型机床进给加速度达到19.62m/s2，反映加速度变化率的加加速度（Jerk）已成为衡量高速性能的一项主要指标；切削效率越来越高，铝合金结构件数控加工的材料去除率高达5000～7000cm3/min。????目前，以德国DS Technologie公司生产的Ecospeed系列机床为代表的高速五坐标并联机床主轴摆动速度达到80°/s，加速度达到685°/s2，远高于普通的串联机床；其线性轴移动速度超过50m/min，加速度达到9.81m/s2；主轴最高转速30000r/min，功率达到80kW，在航空铝合金结构件生产中金属去除率可达7000cm3/min，无疑代表着当今航空结构件