新型航空發動機零件的特點

　　新型航空發動機關重零件越來越多地采用整體結構設計，并大量采用鈦合金、高溫合金等難加工材料。這些零件大多采用基于鍛造毛坯的整體式加工方式，零件數控加工過程呈現出加工精度要求高、切削過程材料去除量大、加工變形控制難度大等特點，對加工質量、變形控制和加工效率提出了很高的要求。

　　新型航空發動機零件的特點突出體現在以下幾個方面：

　　(1)零件的結構特點。

　　隨著新型航空發動機推重比的提高，航空發動機產品的結構越來越復雜，技術要求越來越高，零件的壁厚設計得越來越薄。機匣、壓氣機風扇、整體葉盤等作為現代航空發動機的關鍵零件，越來越多地采用整體結構設計，零件的外廓尺寸也越來越大。

　　(2)零件的材料特點。

　　航空發動機機匣、盤軸等關重件大量采用鈦合金、高溫合金等難加工材料，材料變形屈服極限高，切削變形抗力大，導致切削力大、切削功率高，需要機床主軸有更大的扭矩和功率。

　　(3)零件的毛坯特點。

　　航空發動機機匣、壓氣機風扇、整體葉盤等關鍵零件毛坯均為整體模鍛件，由于零件外表面形狀復雜、結構特征較多，使得零件外輪廓極其復雜，目前的鍛造技術還無法達到小余量精化料的水平，造成鍛造毛坯余量大，而且余量分布極不均勻，材料切除率高達60%以上。

　　(4)零件的加工特點。

　　為滿足航空發動機長壽命、高可靠性要求，產品精度和表面質量控制要求極為嚴格。

　　機匣、壓氣機風扇、整體葉盤等航空發動機關重件均采取了基于鍛造毛坯的整體式加工方式，加之設計精度和表面質量要求很高，導致加工周期較長。零件材料多為高溫合金、鈦合金等難加工材料，銑削后零件表面殘余應力較大，加工變形較為嚴重，對數控機床的精度和使用壽命影響極大。目前采取的數控加工方式大量占用關鍵數控設備，生產周期長，而且加工成本非常高。

　　面向航空難加工材料的數控加工技術及裝備

　　數控設備是生產工具，講究實用和經濟效益，機床的剛性、穩定性決定著機床的精度、持久性和可靠性等綜合技術指標，也決定著數控設備的適用范圍。從某種意義上講，基體不穩固、受環境因素影響較大的數控設備的精度不會維持太長的時間，尤其是加工航空難加工材料，數控設備精度的穩定性、可靠性和剛性極為重要。面向難加工材料的數控設備的主要要求如下：

　　(1)多軸聯動。

　　多軸聯動通常指的是四軸以上的機床運動方式，引入復合旋轉軸，即A軸、B軸和C軸。雙雙組合的多軸聯動可方便地解決復雜結構和型面的加工問題，如復雜空間曲面、復雜結構型腔以及多面體等的加工;在多軸聯動基礎上實現的復合數控加工可以大大縮短工件定位裝夾等輔助工作時間，能夠有效提高產品的加工效率，多軸聯動和復合加工在航空發動機整體葉盤、機匣、盤環等關重件生產中得到了廣泛應用。

　　(2)大扭矩電主軸。

　　近年來，高速切削機床在航空制造領域的應用越來越廣泛。電主軸的特點在于隨著轉速的提高，電主軸的扭矩和功率逐漸增大，直到達到最大扭矩值和最大功率，當轉速達到極限值后，主軸扭矩和功率反而開始下降;總地來說，高速范圍內的電主軸扭矩和主軸功率較大。對航空難加工材料來說，由于材料切削性能較差，切削抗力較大，目前切削速度一直處于低速水平，切削線速度通常介于20～80m/min之間，在這個范圍內，電主軸的扭矩遠遠小于機械主軸，電主軸沒有任何優勢。為突破在中低速范圍內高速電主軸功率和扭矩稍顯不足這一技術難題，德馬吉公司研制開發了專門面向難加工材料的航空大扭矩電主軸，配合高性能刀具系統，可以實現難加工材料高速切削加工，使得高速切削技術在航空難加工材料領域得到了有效突破。

　　(3)高剛度。

　　主軸系統、進給系統和機床結構應具有良好的靜態剛度、動態剛度和熱穩定性。足夠高的靜態剛度可以抵抗由于機床零部件重力和零件加工時的切削力引起的機床變形，保證刀具與工件在切削過程中的靜態位移;優良的動態特性可防止和減小切削過程中由于動態切削過程產生的強迫振動和自激振動，以滿足刀具與工件在切削過程中的動態位移要求;良好的熱穩定性使機床在加工過程中受到切削熱、環境溫度變化等作用時，熱變形盡量小。機床的高靜動態剛度和熱穩定性技術指標確保零件加工能夠獲得更好的表面質量和較高的材料去除率。

　　(4)智能化。

　　智能化是新一代數控機床的重要特征。智能化主要表現在兩個方面，一方面是機床控制的智能化，如在機床軸運動控制中引入前饋控制、預測控制、約束控制等先進控制策略，在加工過程控制中引入自適應控制、學習控制等。另一方面是將專家系統、自動檢測及自動補償功能等嵌入數控系統，例如在數控系統中配備自動編程與仿真、機床狀態監測、故障診斷、刀具自動管理及補償、機床熱變形/振動監測與補償等功能，使數控機床具有更多的“智能”。

　　(5)自適應技術。

　　自適應技術已經逐漸用于數控機床，使得數控機床具備一定的智能性。具體表現就是，當切削余量大時，進給速度會自動減慢;當切削余量小時，進給速度會自動增快;帶來的好處是，不僅提質增效，而且保護機床。原理其實很簡單，在主軸電機上安裝電流偵測傳感器，將偵測信號實時反饋給數控系統，由數控系統依據電流狀況實時決定驅動軸速度的快慢。

　　近年來，各數控系統制造商推出的系統都具有較好的刀具監控功能。如在西門子810/840D系統內就可以集成以色列OMAT公司的ACM自適應監控系統或德國的Artis自適應系統，能夠實時采樣機床主軸負載變化，記錄主軸切削負載，進給率變化、刀具磨損量等加工參數，并輸出數據、圖形至Windows用戶圖形界面。