国产电火花微孔机品牌 茂名

编辑：穿孔机厂家，来源：抖音，浏览量：85，时间：2022-03-03 12:25

国产电火花微孔机品牌，，

我国航空发动机制造业从引进斯贝发动机开始，并随着上世纪90年代投入了一些型号攻关项目，逐步引进了一些精铸、精锻方面的全套设备，各类金属切削机床，焊接和热处理设备，计量仪器和理化测试仪器等[7]，尤其是后来承担了大量RR、GE、PW的外贸转包业务，引进了大量高档数控设备，学习到了很多发动机先进制造技术。经过30多年的学习和自主攻关发展，在数控加工、缓进磨削、拉削、电子束焊、等离子喷镀和各种无损探伤检验等方面的技术和装备都通过反复实践而得到巩固和发展，GE一台发动机80-90%的零件都可以在中国完成加工。但是这些零件大部分都是在国外品牌机床上加工制造的，这类机床主要集中在高档五轴立/卧式加工中心、数控坐标镗加工中心、数控坐标磨削加工中心、立式车磨复合加工中心、高速叶尖磨机床、高精度数控拉床以及各类多功能复合的专用金属切削设备。但是，外贸加工主要集中在冷加工领域，零件和组件加工的特种工艺受制于设备及相应的工艺水平，例如涡轮叶片涂层设备、压气机和高压涡轮转子组件摩擦焊设备、涡轮叶片和火焰筒小微群孔打孔设备等方面。目前，完成特种加工工艺的国产机床设备市场占有率尚待提高，而这些特种工艺恰恰是利润率最高的工序之一。特种工艺装备的提升将有利于降低我国航空发动机制造业的综合成本、提高国产航空发动机的市场竞争力。

1 设备的共性技术分析（1）高刚性、高效率航空发动机零件大多采用难加工材料，高效加工常采用强力切削方法，因此对数控机床的刚性要求较高。床身和进给系统：一般要求机床基座和床身结构是整体经过动力学仿真与验证的最佳结构，具有±2µm的平面精度，机床直线轴、旋转轴热稳定性好。切削主轴：钛合金切削的最佳线速度在200m/min左右，高温合金切削最佳线速度在120m/min，但是航空零件的多特征需要不同直径的刀具，不同阶段的加工需要设定不同的切削深度。这就要求切削主轴可以在较宽的切削速度范围内具备较大的恒扭矩输出能力，高速下主轴刚性要好。对主轴的结构设计、线圈缠绕工艺、冷却润滑系统、密封、轴承及支撑方式等都提出了很高要求，如采用动静压轴承（陶瓷球）保障最低磨损状态下实现高主轴转速，提高刚性，带有顶级的槽口润滑，防漏端面迷宫密封接头可提供良好的空气密封。（2）高精度、高动态响应航空发动机零件对尺寸精度、几何元素的形位精度要求高，特别是薄壁零件刚性差、加工过程易变形，加工后尺寸和位置度等难以检查，需要一次成形，并采用在机方式进行测量，对数控机床的加工精度要求较高。机床动态性能不足引起的动态误差是高速高精运动过程中影响加工精度的最主要因素之一[8]。通过选择带有光栅尺的全闭环反馈系统和稳定的静压导轨，可保证数控机床具有较高的定位精度和重复定位精度。要求伺服进给具有高加速性和较短的定位及启动时间，对主轴振动、漂移和温度进行实时监控并调整，并具有较好的精度保持性，具有在机检测功能。同时要求一机兼备粗加工和精加工能力，可以提供粗加工、预加工、快速加工、精加工和超精加工等多种功能的最佳配置，以保证工件的高质量和高精度加工要求。（3）高可靠性、高精度保持性机床的可靠性涉及因素很多，是一个系统问题。从用户角度看，像Starrag（斯达拉格）等精度保持性比较好的机床，其结构设计的各个环节都有合理分配承载力和切削力分散的机构或装置。例如，为避免切削扭力集中，摆动头采用伞齿轮和蜗轮蜗杆结构，并通过增加多齿接触和增大接触面的设计，有效分散切削承载力，从而减缓磨损；主轴和立柱箱有中空的减震和水冷设计，可以衰减振动并减小重载切削变形；工作台和进给轴等装有过载切削保护传感器，在崩刃等突发情况下可以保护机床不受损。采用的主轴静压轴承（陶瓷球）可以在最低磨损状态下实现高主轴转速和高刚性。此外，控制主轴精度、基础件几何精度和各轴的运动精度，可以有效降低非正常磨损造成机床精度衰退[9]。总体上，机床整体采用稳定的热对称结构，采用可靠性比较好的机床主轴头、主轴、回转摆动工作台，关键部件提供连续水冷功能，可以保持机床长期的高可靠性。（4）强大的冷却与绿色加工环境航空难加工材料在加工过程中会产生大量的切削热，从而降低刀具的使用寿命，还会使零件产生较大的加工应力，在加工后甚至在使用过程中产生较大的变形，影响发动机零件使用的可靠性。因此需要机床具有良好的切削冷却功能，如内冷和水基油基方便切换的高压外冷，带有油雾润滑、液氮冷却、干切削吸尘等功能。（5）操作便捷且易于维护航空发动机零件装夹复杂且易出现异常切削现象，因此要求机床上下料装夹和找正操作可达性好，采用大尺寸车门和观察窗，窗口工位姿态舒适。排屑器需有宽大的排屑口且没有死角区域，带工件喷淋功能的综合清洗系统，能够适用于湿式或干式加工。所有需要定期维护的组件均应易于操作，如过滤器、刮水器等要能易于更换零件。同时，为维护人员提供安全工作区域，例如平台和固定点。可配置状态监控机器，预测组件的潜在故障。（6）功能强大的控制系统数控机床的加工运动是通过控制系统的指令实现的，因此一个稳定的、功能强大的控制系统是数控机床充分发挥作用的可靠保证，否则数控机床无异于普通机床。功能强大的控制系统可根据不同的加工工况，对各运动部位的传动参数进行实时调节，对控制行为和数控路径规划进行详细的开发和优化，以实现几何精度、表面质量和生产率的完美结合。（7）专机化、智能化整体叶盘、涡轮叶片、喷嘴组件、涡轮盘、机匣等零件产品附加值非常高，这类零件的加工质量要求高、加工难度很大，而且机械加工往往是最后一道工序，一旦超差将造成整个零件报废，因此针对这类典型零件的复杂结构与表面特征开发专机设备非常必要。针对典型零件提供全面综合解决方案，除了传统的数控加工工艺方案和切削方法外，还包括专门开发CAM系统、加工系统及过程监控系统的集成；提供个性化的夹具，设计单独的适配器方案，夹爪可针对复杂表面和预加工面进行灵活操作，不同夹具之间的基准转换几何偏差可在系统中进行自动偏置补偿，并可兼容多种夹具，自动托盘交换装置夹具更换方便；通过预见性特征和动态预选提高高速加工时的轮廓精确度；甚至针对不同零件开发系列化刀具方案。航空发动机零件加工对智能化需求的难点和亮点主要体现在工艺过程中，如加工过程的自适应控制、工艺参数自动推荐与生成系统，简化编程、操作智能系统，集成装/卸单元中的精密定位托盘（3R、Mecatool和Yerly等），智能监控、智能诊断及维修等[10]。2 典型的金属切削设备（1）叶片加工设备叶片毛坯目前越来越趋向于近净成形，主要集中在叶身和进排气边复杂曲面的小余量精密成形，其加工余量比较小，因此叶片加工需要采用精密五坐标加工中心。以Starrag LX系列为代表的机床，B轴回转中心与刀具主轴的回转中心成45°，刀具主轴重心在其摆动中心上，摆动时比较平衡，机械设计比较简单，但B轴转动角度依靠X、Z轴插补实现，容易产生误差，适用于扭曲较小的静子叶片（图2）。国内秦川机床QMK系列叶片磨削机床也属于此类结构。a. Starrag LX系列       b. 秦川QMK系列图2 五轴叶片加工机床（45°摆头）以C.B.Ferrari（C.B.法拉利）A系列、Liechti（利吉特）为代表的B轴回转中心与刀具主轴回转中心成90°（见图3），其中B轴回转中心基本与刀具主轴的重心重合的机型，摆动时比较平衡，但B轴每转一个角度都需要通过X、Z轴插补以调整刀尖在工作位置；而B轴回转中心偏离刀具主轴重心，与刀尖部位基本重合的机型，B轴摆动时不需要插补或者插补量非常小[11]，有利于在前后缘等曲率变化剧烈的部位加工时提供更高的机床加速度。图3 五轴叶片加工机床（90°摆头）Liechti XL系列可以1g（10m/s2）的加速度准确地进行三维加工，实现叶片前、后缘的大曲率突变复杂曲面高精度加工，弧形导轨引导机构可平衡刀具主轴摆动产生的偏心力矩，立柱前倾20°角，有利于排屑和切削液回流（见图4）。国内茂名机电院的XKH系列也属于B轴回转中心与刀具主轴的回转中心成90°的机床。此外，由于叶片生产量大，国内外也竞相开发了一些多主轴、多工位的机床，可以同时加工两个以上的叶片；还有用于精锻叶片进排气边、叶根和阻尼台加工的自适应砂带磨削设备等。图4 五轴叶片加工机床（90°摆头、带倾角）这些设备可以有效提高精密成形的压气机叶片加工效率和加工精度，有利于发展精密成形技术、提升压气机性能。目前叶片加工的精度已大幅提升，未来的研究将主要集中在降本增效方面。此外，叶片加工时由于基准远离叶身，并频繁转换基准，因此需要系列化的统一接口夹具用于加工多种类型叶片，实现叶片零件高效换装（见图5）。图5 叶片加工夹具（2）机匣加工设备机匣加工主要包括环形锻件毛坯的余量去除、两端安装止口、周向多特征岛屿、凸台以及孔加工（见图6）。机匣壳体外型面通常采用四、五坐标加工中心进行铣加工；内腔T形槽和前后安装边采用数控立车加工；前后安装边孔和外型面安装座、探视孔采用数控钻镗床或四、五坐标加工中心铣加工；对开机匣水平安装边螺栓联接孔采用四坐标精密镗加工[12]。尺寸小的机匣适于采用立式加工中心，尺寸大的机匣适于卧式加工中心。此外，以某型航空发动机为例，机匣和蜂窝组合件还需要Z向行程在1200mm以上的立式车磨复合加工中心完成蜂窝和涂层修磨。图6 机匣种类与结构（a、b、c为环形机匣，d为对开机匣）立式车削/磨削设备：如图7，上述立式车磨复合加工中心需配备3个以上功率大于45kW的水冷磨削主轴，最高转速可大于16000 r/min，满足不同机匣止口和端面以及蜂窝磨削，主轴轴承布置有温度传感器，可实现热补偿和运行中的振动监测；需配置修整单元、砂轮自动更换装置以及工件测量装置，可在无中断的情况下完成单件和组件整体加工；由于机匣零件和组件的安装和工位调整较为复杂，且易变形，还需有硬质合金镗削和工件测量的附加选项，使机床加工工序尽量集中，同时扩大应用范围，提高单台设备的价值；工作台应安装静压推力轴承，回转驱动由力矩电动机驱动，确保减振扭转刚度；配置工件触头监控、过程监控、用于工件测量的自动或部分自动动态平衡。机床床身整体式铸造，机床各进给轴应配置光纤距离测量系统实现高定位精度，满足高同轴度和轴向跳动精度；机匣车削余量较大，止口精度要求高，控制系统和CAM应该具备数控路径粗加工、预加工、快速加工、精加工和超精加工规划开发和优化功能，各进给和回转轴及主轴应具备大扭矩提供能力；如果是车/磨复合机床，应带有轴向联锁，用于在车削过程中锁定主轴。图7 立式车/磨设备立/卧式加工中心：如图8，具有优良的静态和动态特性，并配有紧凑设计大扭矩双摆头，双摆头（A轴）滑枕安装在双滚柱轴承丝杠上，并配置光纤测量系统实现高定位精度和高刚度；整体床身与进给轴、回转轴都进行专门的高精度保持性设计；切削主轴具有良好的钛合金/高温合金切削速度/扭矩特征曲线，主轴直通冷却系统可以提供水基或油液的高压冷却（压力最大为10Mpa，尽可能接近于切削区）以延长刀具寿命进而提高零件的一致性；可提供定制化的机匣液压或真空耦合装夹系统，适用于高效粗加工和无变形精加工，可选装升降旋转系统进行快速托盘交换，大幅度控制加工变形并缩短装夹和找正等辅助时间；高效的排屑器和带工件喷淋功能的综合清洗系统保证机匣加工多余物控制；水冷式直驱工作转台配置了适合高负载甚至车削作业的耐磨轴承，可实现B 轴工作姿态液压夹紧，提高切削刚性和精度。链式刀库和可容纳 60-80把刀具满足机匣加工多种刀具需求，刀具最大直径为325mm（T型刀具可达500mm）且长度达800mm，换刀时间短。图8 五轴立/卧加工中心五轴铣车复合加工中心：如图9，各运动部位带水冷却系统与高刚性、高精度机床结构相结合，为使用陶瓷刀具高效车削提供了可能；紧凑设计的高扭矩万能双摆头可以更好地到达机匣各岛屿凸台腔、槽、孔加工位置；多个不同切削范围的电主轴可快速更换，方便粗/精加工、车/铣加工都能提供最佳切削参数；工作台为带静压推力轴承的力矩电机直驱转台，可提供车削时的高转速，同时又能满足铣削加工时的回转精度。图9 五轴铣车复合加工中心DMG MORI的duoBLOCK系列高稳定性结构的五轴加工中心，扭矩达1800Nm的主轴提供高性能、高精度的加工能力，机床精度达4µm，进给速度达60000mm/min的高动态性能，大幅提高难切削材料零件的表面质量。其提供的燃烧室机匣加工解决方案，可以将中间去应力热处理工序之外的所有工序在一台机床上完成，而且将九道工序缩减到六道，大幅缩短辅助加工时间，燃烧室外机匣总加工时间可以在60个小时内完成。（3）整体叶盘加工设备如图10，整体叶盘叶片之间的流道开敞性差，叶片型面为空间自由曲面，叶身型面加工精度要求高，且材料为钛合金或高温合金，导致其加工难度较大。图10 整体叶盘加工示意五轴联动数控铣削/磨削是整体叶盘加工所广泛采用的有效手段，但能够高效高精度加工整体叶盘的机床并不多，如图11为整体叶盘加工常用的机床。在整体叶盘加工方面具有独到优势的Liechti机床，各伺服进给和转台进给可提供1g（10m/s2）的加速度，主轴转速15000r/min，扭矩120Nm，与双驱动摇篮A轴协同工作可提供整体叶盘加工所需功率和性能；所提供的 TURBOSOFT plus CAM软件，以及日益扩充的复杂曲面制造工艺数据库使其机床功能愈发强大；尤其是可以提供进排气边加工时剧烈曲率突变所需的高加速度和高刚性，满足了对气动性能有重要影响的进排气边加工精度要求。a. 工作台单驱摆动五轴机床  b.摇篮式五轴机床及CAM软件  c.摆头式五轴机床图11 整体叶盘加工机床结构整体叶盘加工机床在结构原理上应考虑回转运动部件质量的最小化与运动平衡，以及载荷分散设计，所有基架组件均采用可实现最大刚度的FEM分析进行设计，使设备具有良好的加工刚度和加速度，从而实现加工参数突变时的稳定切削。（4）喷嘴加工设备如图12，航空发动机燃油喷嘴主要由外壳、杆芯、活门组件、旋流芯组件等组成。喷嘴杆芯内部油路和冷却回路错综复杂，内腔区空间狭小、长径比大且形位公差要求严格，加工中需要对异形特征精确定位并基准转换；活门壳体类零件体积小且包含大量异形型面和岛屿，还要求与回转基体之间有很高的形位公差，活门杆、活门缸等小微零件对于同轴度、轮廓度和表面粗糙度要求非常高；旋流芯与杆芯上包含大量微孔与微槽类特征在加工中极易超差；此外还有很多小微孔需要电火花和激光打孔设备完成。传统的加工都是在车床、三轴加工中心和四轴/五轴加工中心上分别完成，中间检验还要拆卸后再次装夹找正。随着机床工具的进步，具备七个进给轴和三个切削主轴的五轴联动加工中心（见图13），可对喷嘴系列零件进行车削、铣削和研磨的集成加工，可以一次装卡完成燃油喷嘴零件的大部分机械加工，效率和质量提升十分明显。图12 燃油喷嘴结构燃油喷嘴壳体和杆芯是结构非常复杂的六面体都有加工特征的部件，各进给轴配置直线电机（220-400Nm）可在加工部件时确保最大精度和可靠的重复率。通过配置高精度测量系统（分辨率1/100μm）、快速直线电机（加速度1.1 g，速度50 m/min）、以及易热部位充分的冷却回路，可实现高精高效加工能力；配置扭矩大且适应切削转速范围广的恒扭矩高速主轴（150000r/min），能够车削和铣削高温合金部件，而且通过不同的研磨盘（尺寸0. 5 - 80mm）还可以进行干式研磨；配置换刀装置，配置丰富的夹紧系统。主轴联锁机构确保了车削时非旋转刀具准确的机械分度，将铣磨主轴的动静压轴承分离，分散了通过主轴箱的加工振动和负载。配置在机检测探头、主轴探头，车削主轴对面夹紧系统提供台钳、筒夹系统或尾座，夹紧装置中大部分都可以在主轴和对面夹紧系统之间进行互换，而且排屑装置流畅，铸铁机床基座和行程柱有效消除了振动。这些都有助于燃油喷嘴复杂结构零件和小微活门零件加工的高精度和一致性，以及更好的表面粗糙度，并大幅缩减了转序、装夹找正、中间检验的辅助加工时间。图13 小微零件加工多轴复合机床结构（5）涡轮盘加工设备如图14，涡轮盘的榫槽、轮缘、辐板、内孔、安装空、安装止口与花边等大量复杂特征需要机械加工完成，而且涡轮盘材料多为粉末冶金材料或变形高温合金材料，面临加工变形问题突出、加工效率极低、表面完整性不易保证等重要难题，尤其粉末冶金材料对应变速率非常敏感，在高应变速率条件下加工容易出现裂纹。粉末涡轮盘加工机床应该重点加工效率的提升，加工精度的保证，避免加工缺陷。图14 涡轮盘结构涡轮盘辐板、轮缘、安装边及孔加工需要高刚性的车削加工中心或车磨复合加工中心，涡轮盘榫槽加工需要高刚性高速拉削机床；近年来开发出多层包套镀镍线丝减小放电切割工艺重铸层影响的线切割机床，提高了线切割加工高温合金榫槽的可行性（如图15）；目前，高刚性的多轴磨床性能大大提高，电镀金刚石超硬磨料砂轮的研制取得巨大进步，能够以超过50000 r/min的转速稳定回转，保证了小直径异形成形砂轮获得理想的切触点线速度[13]。由此，使得“线切割+磨削”榫槽加工成为可能。尤为重要的是，超硬磨料磨粒砂轮的价格非常便宜，而且便于定制，如果大批量生产，其综合成本是拉刀和铣刀成本的千分之几。图15 涡轮盘榫槽加工设备（拉削、线切割）

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