五轴数控机床设备在航空工业中的应用

　　飞机的典型零部件有梁、筋、肋板、框、壁板、接头等零件，毛坯为板材、锻件和挤压型材。目前，90%以上的零件为铝合金件，少量为不锈钢和钛合金。

　　飞机零件主要结构形式分为两类。一类是长板型零件，如梁、缘条、筋和壁板类零件，长宽比大，内、外缘为空间曲面，形状复杂。例如，某型号飞机缘条零件是 T形薄壁件，材料为T形高强度铝合金挤压型材，6700mm×110mm×200mm，有91.68°的角度要求，理论外形精度正负0.25mm；上壁板件和下壁板件都是高强度铝合金件，最长5600mm，最宽750mm，最薄2mm，加工时还需用真空平台夹持；加工铝合金件要求高速切削，因为梁和机翼等整体壁板都是整体材料加工而成。

　　另一类是框形零件，如异型肋、支架或接头等。主要为框形结构，形状复杂，加工量大。如某支线飞机后梁转轴接头是平衡尾翼的主要受力件，结构形状复杂，毛坯为锻件，外形尺寸420mm×340mm×225mm，形位公差0.1mm；肋腹板毛坯为高强度铝合金材板，最大925mm×260m×76mm，最小 590mm×190mm×35mm，分为单面框、双面框两种腹板，最薄处仅0.9mm，材料利用率12%，这就意味着88%的材料被切除。仓门也是框类零件，材料为7150~T7351高强度铝合金，毛坯尺寸40mm×3100mm×800mm，也有单、双面框之分，还有门盖加强筋板、门框接头等。

　　为了提高加工效率，铝合金件加工采用高速切削，要求使用高速机床，主轴转速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，全行程内精度0.3mm。

　　航空工业中，钛合金的应用在增加，铝锂合金也开始应用。加工钛合金件要求机床具有足够的扭矩和功率，属于大扭矩强力切削，要求主轴转速6000r/min左右，机床应具有足够刚度和五坐标加工功能，应配备 A/B摆角铣头或A/C摆角铣头。A/B摆角铣头的刚性好，A/C摆角铣头的刚性差些，五轴联动时摆角正负25°，机床定位精度0.02mm。

　　飞机工业中复合材料应用增多，尤其是碳纤维材料。目前急需复合材料加工专用设备如铺带机等，铺带机的关键是要具备检测、激光定位、红外监控、压实、超声波切割等功能。

　　航空发动机关键件主要是机匣和叶片。机匣有三类：对开环形结构、整体环形、异形壳体。航空发动机机匣是耐高温的高强度钛合金材料，前机匣温度200°C~300°C，而后机匣则要耐更高温度，属难加工材料。机匣也是大型零件，一台15000千克推力的发动机机匣直径达 800mm，加工时间长，所以，提高加工效率很重要。

　　机匣加工需要多功能、高精度数控机床，如数控立车、数控精密镗床和五轴加工中心，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，高速加工主轴转速10000r/min以上，主轴功率15千瓦~30千瓦。粗加工采用重切削，所以，机床要有足够的强度。精加工采用高速切削，机匣的许多小孔用电加工机床打孔。

　　叶片类加工分为两部分，即涡轮叶片和叶轮（即整体叶盘）。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，铣削加工量很大。叶根榫头的加工用拉床和缓进给强力磨床，要求缓进给磨床具有换砂轮功能和滚轮修砂轮装置，还需要用在线测量、程序调整和自动补偿功能。

　　叶片形面的加工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，这就要求机床带有叶片形面检测设备。如用电解加工，需防腐蚀、电解液处理、采取绝缘措施等，会增加环保成本。

　　叶片有很多冷却用的小孔，用电脉冲打孔，比如用激光打孔（激光打孔有硬化层），但现在电加工打孔没有孔透不透的显示，操作困难。用户单位希望能够解决这个问题，使机床能够显示打孔的进程。

　　航空工业典型零件的结构特点是大量采用整体薄壁结构，形状复杂。为了增加航空器的机动性，增加有效载荷和航程，降低成本，进行轻量化设计和广泛采用新型轻质材料，且对材料性能要求越来越高。现在大量采用铝合金、高温合金、钛合金、高强度钢、复合材料、工程陶瓷等。结构复杂的薄壁件、蜂窝件多，工艺刚性差。

　　航空工业需要带A/B摆角或A/C摆角的五轴联动加工中心、高速加工中心、大型双龙门立式加工中心、大型数控龙门镗铣床、精密数控车床、大型数控精密立式车削中心、车铣复合加工中心、叶盘高效加工中心、断面弧齿磨床、高速转子叶尖磨床、缓进给强力磨床、拉床、电加工机床、激光熔覆加工机床、扳类件无模多点成形压力机、定向单晶熔炼炉、电液束流设备等。要求机床具有足够的刚性，操作简单，人机界面清楚，样条插补（NURBS），过程均匀控制和在线测量仿真功能。

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