精密加工在航空领域的应用

精密加工技术是航空领域非常关键的技术。本文主要介绍了针对航空发动机关键部件机闸、叶片和整体叶盘的加工方法。

精密加工技术是航空、航天及电子工业、军事工业等不可缺少的关键技术。

航空作为高新技术领域的前沿，对精密加工的需求和信赖性更为突出，主要是零件的尺寸精度和表面质量要求越来越高。中国要突破飞机发动机、机载设备、材料等关键核心技术，典型零件和难加工材料的加工是其中的一个关键环节。

机匣加工

航空发动机机匣有三类，一类是对开环形结构，一类是整体环形结构，还有一种是异形壳体。机匣材料是一种难加工的耐高温的高强度钛合金材料。机匣又是薄壁、弱刚性结构，型面复杂，精度要求高，加工难度大。机匣是大型零件，一台推力为15000公斤航空发动机机匣直径Ф800mm。大飞机的大型风扇机匣外形尺寸Ф1823.5mm×546mm，最薄处壁厚3mm。所以，机匣加工需要中、大型多功能、高精度数控机床。如加工直径为Ф2000mm的数控立车和精密数控立车；工作枱尺寸为2400mm×5000mm的龙门式五轴联动加工中心，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。机床定位精度X/Y/Z分别为8μm/8μm/5μm，高速加工时，主轴转速10000r/min以上，主轴功率15千瓦~30千瓦，带回转工作枱，定位精度≦8”；工作枱3000mm×5000mm龙门式键铣床，带回转工作枱，主轴转速6000r/min。

叶片加工

航空发动机的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。叶根榫齿的加工需用拉床和缓进给强力磨床，并希望缓进给强力磨床具有换砂轮功能和滚轮修砂轮装置，还需要有在线测量、程序调整和自动补偿功能。

叶片形面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。希望有叶片形面检测设备。

大型宽弦空心风扇叶片采用宽弦、空心、带阻尼凸台结构，直径小1600mm以上，风扇叶尖速度高达457m/s，选用重量更轻的钛合金或树脂基材料，制造这类叶片需要1000mm×400mm×570mm的五坐标叶片铣床；精度0.025mm的自动抛光机；组合封焊和扩散连接及超塑成形设备等。

叶片有很多冷却用的小孔，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打孔深浅的显示，操作困难。希望能解决这个问题，能显示打孔的深浅。而耐1100℃高温的镍基单晶涡轮叶片具有很好的高温强度和综合性能，叶片上有许多直径为Φ0.3mm~Φ0.4mm的冷却气膜孔，制作这类叶片，需要定向／单晶熔铸炉、陶瓷型芯焙烧炉、制芯机、磨削中心、数控缓进给磨床以及叶片制孔的电液束流设备和小孔加工单元等装置。

整体叶盘加工

整体叶盘是薄壁盘类零件，叶盘圆周上有装叶片的榫齿槽。直槽可用拉削加工和磨削加工。圆弧形榫齿槽可用铣削和成形磨加工，但圆弧形榫齿槽的检测困难。叶环和叶盘的加工需要数控卧车、精密数控立车。要求加工机床的刚性好，定位精度高，定位精度约为2μm–3μm。整体叶盘的叶片部分，可用五轴高速加工中心加工，还可以用电火花成形加工。重型燃机叶盘直径可达2000mm–3000mm，需要用砂轮线速度l00m/s以上的高速磨床加工。

以下几类产品在航空领域有着不同的应用。

用於加工叶片榫齿，分油盘端面弧齿的平面成形磨床：保宁（BLOHM）公司的PLANOMAT、PROFIMAT系列磨床，X、Y、Z轴均采用直线导轨和高精度滚珠丝杠，其中Y、Z轴可配分辨率为0.1um 光栅尺。美盖勒（MAEGERLE）的MFP、MGC系统机床X、Y轴采用静压导轨，Z轴采用滚柱导轨，其中Y、Z轴可配分辨率为0.1um 光栅尺。保宁（BLOHM）公司美盖勒（MAEGERLE）还针对航空领域的应用有针对性地开发了相关磨削应用软件，并随着航空工业的不断发展对软件进行优化升级。所有这些可以保证采用缓进给强力磨削，并将齿形精度控制在±0.005mm以内。

用於加工航空液压元件的外圆磨床：斯图特（STUDER）公司的S系列磨床，采用了拥有著名专利技术的Granitan人造花岗岩床身，此床身具有优异的吸振性和出色的热稳定性。专有高精回转技术Nanospin，保证回转B轴的重复精度达到高精级，无背隙现象，从磨削外圆转换到磨削锥度无需修整砂轮成型。工作枱、砂轮架为平—V卸荷贴塑导轨，刚性好、精度高。尾架调节精度0.1μm。斯图特（STUDER）的S系列磨床可以轻松地保证零件尺寸公差±1μm以内。

用於加工航空轴承，齿轮轴等的外圆、无心磨床：肖特（SCHAUDT）、米克罗莎（MIKROSA），由於床身采用了人造花岗岩铸成，具有极佳的热稳定性和吸震性。砂轮主轴采用免维护陶瓷混合轴承支承。微米级精度安装和调试可实现微米级的加工精度。

此外刀具磨床瓦尔特（WALTER）、伊瓦格（EWAG），是世界上目前唯一可提供刀具磨削及测量的一站式解决方案的供应商，可用於磨削加工PCD、PCBN刀具以适应航空工业难加工材料的加工。

精密加工技术集机床、工具、计量、等成果於一体，需针对不同的加工对象、不同的产品要求，综合地加以利用。每种精密加工方法都有特定的或适用的加工对象或精度范围，选择精密加工方法要综合考虑材料特性、加工效率、加工成本。