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数控机床基础及操作

五轴数控机床在航空领域中的应用

日期:2015-09-11 10:12:29 浏览次数:

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。

来源:网络转载

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