飞机制造中需要用机床加工的典型零件

研磨者

飞机零件的结构特点 　　典型的飞机零件的结构特点是薄壁结构，形状复杂，外形变斜角变化大，外形多为双曲面，要求成形精确。为了减轻飞机重量，增加飞机的机动性和增加有效载荷和航程，进行轻量化设计，广泛采用新型轻质材料。为了提高零件强度和工作可靠性，主要采用整体毛坯件和整体薄壁结构。现在大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件不仅形状复杂，而且孔、空穴、沟槽、加强筋等多，工艺刚性较差。 + r( H9 e$ l5 @, Q # F5 [1 f, Y' V$ H: o' e3 @2 U) K" \　　飞机制造中需要用机床加工的典型零件 , t5 \" r' D, s& s * a1 ~% }0 v ^3 i" e　　飞机制造中需要用机床加工的典型零件，主要有飞机机身结构件和发动机的关键零件两部分： 　　1.机身结构件典型零件 　　飞机机身结构件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接头、滑轨等类零件。以扁平件、细长件、多腔件和超薄壁隔框结构件为主。毛坯为板材、锻件和铝合金挤压型材。材料利用率仅为5%-10%左右，原材料去除量大。目前，国内飞机零件，90%以上为铝合金件，少量为不锈钢和钛合金钢，且整体结构件越来越多，应用复合材料是今后的发展方向。 ! L4 T* Y, ]+ v5 o+ R# Q　　机身结构件典型零件的结构特点 $ j; b" y# ~- T. s1 Z 8 s% r, W( x+ p# x; ^, f6 T" p9 N　　(1)件的轮廓尺寸越来越大。如有的梁类零件的长度已达到13m。 2 u- v' M. E+ b! ]% o 　　(2)零件的变斜角角度变化大，超薄壁等。最薄处尺寸只有0.76mm左右，所以，加工工艺刚性差。 3 y$ [* p( P @0 n7 }/ i; J6 {% P9 s　　(3)零件的结构越来越复杂，很多零件采用整体结构。 0 y5 |# i" D: ^; Z 　　(4)零件的尺寸精度和表面质量要求越来越高，如有些零件加工后出现的毛刺等缺陷，不允许用人工去除。 ( i) ~: q1 L3 O * R$ M: ?1 n. w: @5 t& i' r+ _　　加工飞机机身典型零件所需主要设备 　　(1)三坐标加工中心，如大型龙门立式加工中心； ! a" E9 R% Y% c" [3 ` 0 M7 s# ]( F) d% ?, c　　(2)五轴联动加工中心，如大型龙门立式加工中心，应配备A/B摆角铣头或A/C摆角铣头； 4 x% l0 W) T! K3 w 5 P8 J' k( ?$ ^& Q A7 C* D7 d" E　　(3)从发展考虑，需要大型龙门式双主轴五坐标加工中心，工作台尺寸5m×20m，用于加工梁类零件； 6 Q0 r; L$ _" D* [0 G　　(4)加工铝合金件需要大功率高速加工中心，功率≥40kW，主轴转速20000r/min以上，带两坐标摆角铣头； - p. P; p$ q; v% a j- { ; u" ]9 F; i4 A- V2 v: A6 G/ J　　(5)由于整体铝合金件切削加工去除量大，为便于排屑，最好需要工作台可以翻转90°的卧式加工中心，目前，国内尚无这种卧式加工中心； ' l5 T7 ]' s, ]5 y& t- A9 z/ a , Q6 u' M3 [5 K　　(6)飞机机身结构件品种多，形状各异，且工艺刚性差，需用大量卡具。为降低成本，缩短生产准备周期，需要各种柔性卡具； 4 @8 h, K4 H& p! c, | 9 _9 I) l, y& Q* r+ A+ `; W l　　(7)钣金成形件主要涉及蒙皮、型材、导管等曲面成形，要求成形精准。为保证制造精度，需要大规格蒙皮拉伸机；蒙皮滚弯成形机；还有三轴滚校平机、型材拉弯机、导管成形机等。飞机部件装配还需自动钻铆设备； & Z5 ]; ^+ |' r# B: W 　　(8)为减轻飞机重量，复合材料的应用越来越多，制作复合材料构件需要铺带机等等(铺带机在国内还是空白)。 ) @4 N; O: Q7 O: R h4 L 3 z* q0 B7 @9 R+ g5 ^　　2.飞机发动机的关键件与加工要求 1 ?4 [, `" O, B + d( e& v, m8 i! i% y* x　　飞机发动机的关键件有机匣、各类叶片和整体叶盘。 ) I; e7 q: F# z# @/ X8 C8 s $ ^, p* C; D& u, N" ~0 Y　　机匣加工 　　航空发动机机匣有三类，一类是对开环形结构，一类是整体环形结构，还有一种是异形壳体。机匣材料是一种难加工的耐高温的高强度钛合金材料。机匣又是薄壁、弱刚性结构，型面复杂，精度要求高，加工难度大。机匣是大型零件，一台推力为15000公斤航空发动机机匣直径为φ800mm。大飞机的大型风扇机匣外形尺寸φ1823.5mmx546mm，最薄处壁厚3mm。所以，机匣加工需要中、大型多功能、高精度数控机床。如加工直径为φ2000mm的数控立车和精密数控立车；工作台尺寸为2400mm×5000mm的龙门式五轴联动加工中心，需具备双工位、在线测量和仿真功能，刀库容量60把刀左右，数控系统具有高级编程功能，工作台3000mm×5000mm的龙门式数控镗铣床。 叶片加工 　　航空发动机的叶片材料为耐高温的钛合金材料，需用五轴联动加工中心，五轴高速龙门铣等加工叶片形面。叶根榫头的加工需用拉床和缓进给强力磨床，并希望缓进给强力磨床具有换砂轮功能和滚轮修砂轮装置，还需要有在线测量、程序调整和自动补偿功能。 　　叶片形面用电解加工可大大提高加工效率，还需用数控六轴砂带抛光设备抛光。希望有叶片形面检测设备。 　　大型宽弦空心风扇叶片采用宽弦、空心、带阻尼凸台结构，直径φ1600mm以上，风扇叶尖速度高达457m/s,选用重量更轻的钛合金或树脂基材料，制造这类叶片需要五坐标叶片铣床；自动抛光机；组合封焊和扩散连接及超塑成形设备等。 - o9 i2 U8 Q/ }/ ^! Q 　　叶片有很多冷却用的小孔，用电脉冲打孔，比用激光打孔好(激光打孔有硬化层)，但现在，电加工打孔机床没有打孔深浅的显示，操作困难。希望能解决这个问题，能显示打孔的深浅。而耐1100°C高温的镍基单晶涡轮叶片具有很好的高温强度和综合性能，叶片上有许多直径为φ0.3～φ0.4mm的冷却气膜孔，制作这类叶片，需要定向/单晶熔铸炉、陶瓷型芯焙烧炉、制芯机、磨削中心、数控缓进给磨床以及叶片制孔的电液束流设备和小孔加工单元等装置。 : x% K+ D& K3 | 3 l+ f2 t4 e0 a3 o4 H　　整体叶盘加工 4 H( I, X6 R( J/ j- `" l" ] 　　整体叶盘是薄壁盘类零件，叶盘圆周上有装叶片的榫槽。直槽可用拉削加工和磨削加工。圆弧形榫槽可用铣削和成形磨加工，但圆弧形榫槽的检测困难。叶环和叶盘的加工需要数控卧车、精密数控立车。要求加工机床的刚性好，定位精度高，定位精度约为2～3μm。整体叶盘的叶片部分，可用五轴高速加工中心加工，还可以用电火花成形加工。重型燃机叶盘直径可达2000～3000mm，需要用砂轮线速度100m/s以上的高速磨床加工。 2 f9 U" n* k5 `6 `　　加工发动机关键零件所需的主要设备有： $ J0 e# J' d8 l6 A. \( X% P6 |　　带A/B摆角铣头或A/C摆角铣头的五轴联动加工中心； 8 c6 o% }& _& R4 F　　五坐标叶片铣床； 　　整体叶盘高效加工中心； 8 Q7 z' U8 A) I; T! ^ 　　工作台3000mm×5000mm数控龙门镗铣床； ; j% D. D4 w* A$ a7 K! ~ 　　精密数控立式车削中心； 0 F" f6 u4 d: z2 i7 q 　　数控立式车床； * k; }6 t9 k9 m　　精密数控车床； 　　车铣复合加工中心； 3 p" {) h9 y2 C ?" S- f6 e: X4 ] d * [% L% s5 G( \% \, K　　榫齿倒圆专用加工中心； # B* x1 P7 y- r( n6 p9 k h 7 e- K; F+ ?* J; Q1 W+ Z　　激光熔覆加工机床； 　　电火花铣削加工机床； 　　数控卧式车床； 　　数控立式磨床； ; c3 R$ c! c H( T- l+ ]/ ^ 　　数控缓进给磨床； + I9 v8 }) X; L8 }( P　　端面弧齿磨床； * i6 b- K' N6 r+ g* y6 z( x1 F　　高速转子叶尖磨床； p3 e7 t8 b/ \2 {- a . h, K0 _* }5 g R　　700t电动螺旋压力机； $ N/ k- X9 b( m7 M　　板类件无模多点成形压力机； 8 v3 D. Q/ {- z : }) n0 u0 H; p! j& U9 t; L　　定向/单晶熔铸炉； 　　用于叶片制孔的电液束流设备、小孔加工单元以及真空热处理炉等等。 " ^2 K" [& @& r% X* G 　　上述设备要求机床具有足够的刚性，操作简单，人机界面清楚，具备样条插补(NURBS)功能,过程均匀控制，以减少对拐角处加工精度的影响，还具有在线测量和仿真功能。【MechNet】