航空航天高效数控加工技术的发展

目前，应用于航空航天领域的工件加工难点主要来源于两方面：新型材料的出现，以及整体薄壁的复杂结构件的加工。这就要考虑到来自于高效加工、柔性加工、绿色加工以及成本等多方面提出的更高要求。

无论是对于航空航天产品，还是对于其他产品，追求和实现零件制造过程的高质量、高效率、低成本以及环境友好的目标，是制造业和制造技术发展的一个永恒的主题。从技术层面分析机加工的发展趋势，有两个主要出发点：一是零件所采用的材料材料特点，二是零件设计上的结构特点。

从零件材料方面来说，由于现代产品对高性能的要求，越来越多地应用一些新材料和难加工材料，如高强钢、钛合金、高温合金、陶瓷材料和复合材料等。难加工材料零件的代表是航空发动机上的叶盘、叶轮零件和飞机起落架外作动筒等零件，这些零件采用的工件材料有：钛合金TC4、高温合金GH6149、超高强度钢300M等，这些都属于难加工材料。

从零件结构方面来说，由于越来越多的产品日益重视轻量化，在零件结构设计中开始大量采用整体薄壁结构的设计，导致零件几何尺寸大、结构与面形复杂、壁厚小，过渡圆角半径小等，同时对加工精度和表面完整的要求进一步提高。因此在加工过程中对加工精度、颤振抑制、变形控制和加工效率提出了很高的要求。大量飞机结构零件多采用大型整体结构零件，部分还采用薄壁结构，如飞机机身整体框、整体壁板、整体翼盒肋板等。其几何尺寸最大可达10余米，甚至更大，典型最小壁厚可控制在1mm以内。

除了上述两个主要影响因素，对高效、柔性、绿色以及低成本提出更高的要求，也是机械加工行业面临的重要课题。针对现代产品制造对高性能零件机械加工提出的更高要求，高速数控加工、数控复合加工、采用新结构或专用设备的高效数控加工等也应运而生。

以高速数控机床及先进刀具应用为基础的高速铣削加工技术，为大型整体结构零件主要是铝合金材料零件提供了高效率、高质量数控切削加工解决方案，已成为航空数控加工的一个重要特点和发展趋势，并从航空制造进一步向其他制造领域推广应用。采用高速主轴系统，提供尽可能高的材料去除速率MRRMaterial Removal Rate，采用高性能的进给系统，在加工中各种走刀路径获得很高的伺服动态特性，从而缩短切削加工时间。高速数控铣削加工技术的应用，使得飞机铝合金结构件数控切削加工时的材料去除速率MRR高达5000～7000cm3/min。

数控复合加工技术是继高速加工之后迅速发展并得到应用的又一个高效数控加工技术，车铣复合加工是目前应用最多的一种数控复合加工。一方面，相对于连续车削加工而言，车铣加工变连续切削为断续复合切削，切削力减少30%～50%以上，切削温度也大大降低，因此，车铣复合加工已成为这些具有难加工材料复杂结构特点的关键零件的主要加工方法；另一方面，数控复合加工机床功能多、精度高、价值高，可实现零件“一次装卡，全部完工”的数控加工，从而大大缩短辅助工作时间，提高加工效率。对于飞机起落架支架和筒体、异型回转零件、发动机机匣、 叶片、泵壳体类等零件，采用复合加工，具有很大的优势。

采用高效专用及新型结构数控机床以进一步提高加工效率，如多主轴头、立卧转换工作台、大型卧式主轴布局、柔性卡具等结构，成为一些大型结构零件高效加工的重要技术途径。多主轴头机床设计有两个甚至两个以上相同的主轴头，在同一个工作台上同时加工多个相同的结构零件，从而使数控切削加工时间成倍地缩短。带立卧转换工作台的数控机床可以方便大型结构零件定位、装卡和切削过程排屑，立卧转换工作台多采用双工作台形式以节省工件装备时间，提高机床主轴的利用率。卧式主轴布局机床切削时形成的大量切屑可以靠切屑自重自动掉落，利于散热以及避免二次切削。柔性夹具采用数控多点可调支撑、真空吸咐或机械夹头的方式，实现对不同形状的大型结构件在机床上的柔性、快速的定位和装卡，适用于大型结构零数控加工时的装卡。

一些针对大型整体结构零件高效加工的新结构、新概念的数控机床也已进入应用阶段。如专用于航空航天零件加工的并联结构卧式5轴联动加工中心，具有高刚性、高阻尼特性、高加速度等特点，可采用最小量润滑MQ、刀具内喷冷却和普通冷却液等方式进行切削加工冷却润滑，为具有不同材料和不同结构特点的飞机结构零件加工提供了高效的解决方案。

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