飛機零件的結(jié)構(gòu)特點

       典型的飛機零件的結(jié)構(gòu)特點是薄壁結(jié)構(gòu)，形狀復(fù)雜，外形變斜角變化大，外形多為雙曲面，要求成形精確。為了減輕飛機重量，增加飛機的機動性和增加有效載荷和航程，進(jìn)行輕量化設(shè)計，廣泛采用新型輕質(zhì)材料。
       為了提高零件強度和工作可靠性，主要采用整體毛坯件和整體薄壁結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在大量采用鋁合金、鈦合金、耐高溫合金、高強度鋼、復(fù)合材料等。結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄壁件、蜂窩件不僅形狀復(fù)雜，而且孔、空穴、溝槽、加強筋等多，工藝剛性較差。

       飛機制造中需要用機床加工的典型零件

       飛機制造中需要用機床加工的典型零件，主要有飛機機身結(jié)構(gòu)件和發(fā)動機的關(guān)鍵零件兩部分：

       1.機身結(jié)構(gòu)件典型零件
       飛機機身結(jié)構(gòu)件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭、滑軌等類零件。以扁平件、細(xì)長件、多腔件和超薄壁隔框結(jié)構(gòu)件為主。毛坯為板材、鍛件和鋁合金擠壓型材。材料利用率僅為5%-10%左右，原材料去除量大。目前，國內(nèi)飛機零件，90%以上為鋁合金件，少量為不銹鋼和鈦合金鋼，且整體結(jié)構(gòu)件越來越多，應(yīng)用復(fù)合材料是今后的發(fā)展方向。

       機身結(jié)構(gòu)件典型零件的結(jié)構(gòu)特點

       (1)件的輪廓尺寸越來越大。如有的梁類零件的長度已達(dá)到13m。
       (2)零件的變斜角角度變化大，超薄壁等。最薄處尺寸只有0.76mm左右，所以，加工工藝剛性差。
       (3)零件的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，很多零件采用整體結(jié)構(gòu)。
       (4)零件的尺寸精度和表面質(zhì)量要求越來越高，如有些零件加工后出現(xiàn)的毛刺等缺陷，不允許用人工去除。

       加工飛機機身典型零件所需主要設(shè)備
       
       (1)三坐標(biāo)加工中心，如大型龍門立式加工中心；
       (2)五軸聯(lián)動加工中心，如大型龍門立式加工中心，應(yīng)配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭；
       (3)從發(fā)展考慮，需要大型龍門式雙主軸五坐標(biāo)加工中心，工作臺尺寸5m×20m，用于加工梁類零件；
       (4)加工鋁合金件需要大功率高速加工中心，功率≥40kW，主軸轉(zhuǎn)速20000r/min以上，帶兩坐標(biāo)擺角銑頭；
       (5)由于整體鋁合金件切削加工去除量大，為便于排屑，最好需要工作臺可以翻轉(zhuǎn)90°的臥式加工中心，目前，國內(nèi)尚無這種臥式加工中心；
       (6)飛機機身結(jié)構(gòu)件品種多，形狀各異，且工藝剛性差，需用大量卡具。為降低成本，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，需要各種柔性卡具；
       (7)鈑金成形件主要涉及蒙皮、型材、導(dǎo)管等曲面成形，要求成形精準(zhǔn)。為保證制造精度，需要大規(guī)格蒙皮拉伸機；蒙皮滾彎成形機；還有三軸滾校平機、型材拉彎機、導(dǎo)管成形機等。飛機部件裝配還需自動鉆鉚設(shè)備；
       (8)為減輕飛機重量，復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多，制作復(fù)合材料構(gòu)件需要鋪帶機等等(鋪帶機在國內(nèi)還是空白)。

       2.飛機發(fā)動機的關(guān)鍵件與加工要求

       飛機發(fā)動機的關(guān)鍵件有機匣、各類葉片和整體葉盤。

       機匣加工

       航空發(fā)動機機匣有三類，一類是對開環(huán)形結(jié)構(gòu)，一類是整體環(huán)形結(jié)構(gòu)，還有一種是異形殼體。 機匣材料是一種難加工的耐高溫的高強度鈦合金材料。機匣又是薄壁、弱剛性結(jié)構(gòu)，型面復(fù)雜，精度要求高，加工難度大。機匣是大型零件，一臺推力為15000公斤航空發(fā)動機機匣直徑為φ800mm。大飛機的大型風(fēng)扇機匣外形尺寸φ1823.5mmx546mm，最薄處壁厚3mm。所以，機匣加工需要中、大型多功能、高精度數(shù)控機床。如加工直徑為φ2000mm的數(shù)控立車和精密數(shù)控立車；工作臺尺寸為2400mm×5000mm的龍門式五軸聯(lián)動加工中心，需具備雙工位、在線測量和仿真功能，刀庫容量60把刀左右，數(shù)控系統(tǒng)具有高級編程功能，工作臺3000mm×5000mm的龍門式數(shù)控鏜銑床。

       葉片加工

       航空發(fā)動機的葉片材料為耐高溫的鈦合金材料，需用五軸聯(lián)動加工中心，五軸高速龍門銑等加工葉片形面。葉根榫頭的加工需用拉床和緩進(jìn)給強力磨床，并希望緩進(jìn)給強力磨床具有換砂輪功能和滾輪修砂輪裝置，還需要有在線測量、程序調(diào)整和自動補償功能。
       葉片形面用電解加工可大大提高加工效率，還需用數(shù)控六軸砂帶拋光設(shè)備拋光。希望有葉片形面檢測設(shè)備。
       大型寬弦空心風(fēng)扇葉片采用寬弦、空心、帶阻尼凸臺結(jié)構(gòu)，直徑φ1600mm以上，風(fēng)扇葉尖速度高達(dá)457m/s,選用重量更輕的鈦合金或樹脂基材料，制造這類葉片需要五坐標(biāo)葉片銑床；自動拋光機；組合封焊和擴散連接及超塑成形設(shè)備等。
       葉片有很多冷卻用的小孔，用電脈沖打孔，比用激光打孔好(激光打孔有硬化層)，但現(xiàn)在，電加工打孔機床沒有打孔深淺的顯示，操作困難。希望能解決這個問題，能顯示打孔的深淺。而耐1100°C高溫的鎳基單晶渦輪葉片具有很好的高溫強度和綜合性能，葉片上有許多直徑為φ0.3～φ0.4mm的冷卻氣膜孔，制作這類葉片，需要定向/單晶熔鑄爐、陶瓷型芯焙燒爐、制芯機、磨削中心、數(shù)控緩進(jìn)給磨床以及葉片制孔的電液束流設(shè)備和小孔加工單元等裝置。

       整體葉盤加工

       整體葉盤是薄壁盤類零件，葉盤圓周上有裝葉片的榫槽。直槽可用拉削加工和磨削加工。圓弧形榫槽可用銑削和成形磨加工，但圓弧形榫槽的檢測困難。葉環(huán)和葉盤的加工需要數(shù)控臥車、精密數(shù)控立車。要求加工機床的剛性好，定位精度高，定位精度約為2～3μm。整體葉盤的葉片部分，可用五軸高速加工中心加工，還可以用電火花成形加工。重型燃機葉盤直徑可達(dá)2000～3000mm，需要用砂輪線速度100m/s以上的高速磨床加工。

       加工發(fā)動機關(guān)鍵零件所需的主要設(shè)備有：
       帶A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭的五軸聯(lián)動加工中心；
       五坐標(biāo)葉片銑床；
       整體葉盤高效加工中心；
       工作臺3000mm×5000mm數(shù)控龍門鏜銑床；
       精密數(shù)控立式車削中心；
       數(shù)控立式車床；
       精密數(shù)控車床；
       車銑復(fù)合加工中心；
       榫齒倒圓專用加工中心；
       激光熔覆加工機床；
       電火花銑削加工機床；
       數(shù)控臥式車床；
       數(shù)控立式磨床；
       數(shù)控緩進(jìn)給磨床；
       端面弧齒磨床；
       高速轉(zhuǎn)子葉尖磨床；
       700t電動螺旋壓力機；
       板類件無模多點成形壓力機；
       定向/單晶熔鑄爐；
       用于葉片制孔的電液束流設(shè)備、小孔加工單元以及真空熱處理爐等等。

       上述設(shè)備要求機床具有足夠的剛性，操作簡單，人機界面清楚，具備樣條插補(NURBS)功能,過程均勻控制，以減少對拐角處加工精度的影響，還具有在線測量和仿真功能。