典型飞机部件的结构特点是薄壁结构,形状复杂,形状变化大,形状多为双曲面,需要准确的形成。为了减轻飞机重量,增加机动性,增加有效载荷和航程,轻量化设计,广泛采用新型轻质材料。
为了提高零件的强度和工作可靠性,主要采用整体毛坯和整体薄壁结构。目前大量采用铝合金、钛合金、耐高温合金、高强度钢、复合材料等。对于结构复杂的薄壁零件,蜂窝零件不仅形状复杂,而且孔隙、孔隙、槽、钢筋等,工艺刚度差。
典型的飞机制造部件需要机床加工。
机床加工的典型部件主要包括机身结构部件和发动机关键部件:
1.典型的机身结构部件。
机身结构部件的典型部件包括梁、钢筋、肋板、框架、墙板、接头、滑轨等部件。主要是扁平部件、细长部件、多腔部件和超薄壁框架结构部件。空白为板、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90%以上的飞机部件是铝合金部件,少量是不锈钢和钛合金钢,整体结构部件越来越多。复合材料的应用是未来的发展方向。
典型机身结构件的结构特点。
(1)零件的轮廓尺寸越来越大。如有的梁类零件长度已达13m.
(2)零件斜角变化大,超薄壁等。*薄处尺寸仅0.76mm左右,因此加工工艺刚性差。
(3)零件的结构越来越复杂,许多零件采用整体结构。
(4)零件的尺寸精度和表面质量要求越来越高,如部分零件加工后的毛刺等缺陷,不得手动去除。
加工飞机机身典型部件所需的主要设备。
(1)三坐标加工中心,如大型龙门立式加工中心;
(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;
(3)从发展角度看,需要大型龙门双主轴五坐标加工中心,工作台尺寸5m×20m,用于梁部件的加工;
(4)加工铝合金件需要大功率高速加工中心,功率≥40kW,主轴转速超过2万r/min,带两个坐标摆角铣头;
(5)由于整体铝合金件切割去除量大,为了方便排屑,*需要工作台翻转90°卧式加工中心。目前国内还没有这样的卧式加工中心;
(6)飞机机身结构件种类繁多,形状各异,工艺刚性差,需要大量卡具。为了降低成本,缩短生产准备周期,需要各种柔性卡具;
(7)钣金成形件主要涉及蒙皮、型材、导管等曲面成形,要求成形准确。为保证制造精度,需要大型蒙皮拉伸机;蒙皮滚动成形机;还有三轴滚动校平机、型材弯曲机、导管成形机等。飞机部件的装配还需要自动钻铆设备;
(8)为了减轻飞机重量,复合材料的应用越来越多,复合构件的生产需要铺装机等。(铺装机在中国还是空白的)。
2.飞机发动机的关键部件及加工要求。
飞机发动机的关键部件是机箱、各种叶片和整体叶盘。
机箱加工。
航空发动机箱有三种,一种是对开环结构,一种是整体环结构,另一种是异形壳体。机箱材料是一种耐高温、耐高强度钛合金材料。机箱为薄壁,刚性结构弱,型面复杂,精度要求高,加工难度大。机箱是一个大零件,一台推力1.5万公斤的航空发动机机箱直径为φ800mm。大型飞机的大型风扇机箱形状尺寸为φ1823.5mx546mm,薄壁厚度为3mm。因此,机箱加工需要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的龙门五轴联动加工中心,需要具备双工位、在线测量和仿真功能,刀库容量约60把刀,数控系统编程功能先进,工作台3000mm×5000mm龙门数控镗铣床。
叶片加工。
航空发动机的叶片材料为耐高温钛合金材料,需要五轴联动加工中心、五轴高速龙门铣削等加工叶片表面。加工叶根榫需要拉床和缓进给强磨床,希望缓进给强磨床具有砂轮更换功能和滚轮砂轮修复装置,还需要在线测量、程序调整和自动补偿功能。
电解叶片表面可以大大提高加工效率,也需要数控六轴砂带抛光设备进行抛光。希望有叶片表面检测设备。
大型宽弦空心风扇叶片采用宽弦、空心、阻尼凸台结构,直径φ1600mm以上,风机叶尖速度高达457m/s,采用重量较轻的钛合金或树脂基材料,制作此类叶片需要五坐标叶片铣床;自动抛光机;组合焊接、扩散连接和超塑设备。
叶片冷却孔多,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显示打孔深度,操作困难。希望能解决这个问题,显示打孔深度。耐1100°C高温的镍基单晶涡轮叶片具有良好的高温强度和综合性能。叶片上有许多直径为φ0.3~φ0.4mm的冷却膜孔。制作这种叶片,需要定向/单晶熔铸炉、陶瓷芯焙烧炉、制芯机、磨削中心、数控缓进给磨床、叶片制孔的电液束流设备和小孔加工单元。
整个叶盘加工。
整个叶盘是薄壁板的一部分,叶盘周围有带叶片的榫槽。直槽可以通过拉削和磨削来加工。弧形榫槽可以通过铣削和成形磨削来加工,但是很难检测到弧形榫槽。叶环和叶盘的加工需要数控卧车和精密数控立车。加工机床刚性好,定位精度高,定位精度约2~3μm。整个叶盘的叶片可以由五轴高速加工中心加工,也可以用电火花加工。重型燃机叶盘直径可达2000~3000mm,需要用砂轮线速度超过100m/s的高速磨床加工。
加工发动机关键部件所需的主要设备有:
带A/B摆角铣头或A/C摆角铣头的五轴联动加工中心;
五坐标叶片铣床;
整体叶盘高效加工中心;
3000mm×5000mm数控龙门镗铣床;
精密数控立式车削中心;
数控立式车床;
精密数控车床;
车铣复合加工中心;
榫倒圆专用加工中心;
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;
数控缓进磨床;
端面弧齿磨床;
高速转子叶尖磨床;
700t电动螺旋压力机;
板类零件无模多点成形压力机;
定向/单晶熔铸炉;
电液束流设备、小孔加工单元、真空热处理炉等。
上述设备要求机床刚度足够,操作简单,人机界面清晰,具有样品插件(NURBS)功能,工艺控制均匀,减少对角加工精度的影响,并具有在线测量和模拟功能。


