1.前言
航空工業是高技術發展的重要領域，是世界高技術產業競爭的制高點，各國爭相把發展航空工業列為高技術的支柱產業。新型、先進飛機的設計與制造成為了各國高技術競爭的主戰場。
航空制造技術是航空工業賴以生存和發展的技術基礎，數控技術是航空工業先進制造技術的重要組成部分。數控技術和數控裝備的水平是衡量航空工業綜合技術水平和企業現代化水平的重要標志之一。
2. 航空結構件的發展方向
現代飛機中大量的采用了大型整體結構件，相對于以前的焊接、組裝模式，大型整體結構件可大量減少零件數量和裝配工序，并有效減輕飛機整機重量，提高零件強度和可靠性，使飛機的制造質量顯著提高。整體結構件尺寸大，如整體框結構尺寸超過2000mm×2000mm 、長梁長度超過6000mm、壁板結構尺寸超過3000×2000mm 。在新一代飛機中整體結構件尺寸將進一步加大。
飛機整體結構件結構復雜，外形涉及機身外形、機翼外形及翼身融合區外形等復雜理論外形，周邊輪廓與其他零件還有復雜的裝配協調關系；切削加工量大，許多零件的材料去除率達到90%以上；裝配協調面、交點孔等數量多，加工精度要求高。
隨著新一代戰機性能要求的逐步提高，整體結構件的外形日趨復雜、精度要求越來越高，新型高性能材料不斷引入，目前整體結構件材料逐漸由鋁合金為主轉變為鋁合金、鈦合金、復合材料并重的局面。由于鈦合金等先進結構材料具有輕質、高強、耐高溫和耐腐蝕等優異性能，能夠很好地適應飛行器的極限工作環境，在航空領域的應用越來越多,其用量百分比已經成為衡量飛機先進性的一個重要標志（美國第四代戰斗機F22的用鈦量已占到飛機結構質量的41 %，見下圖表）。
隨著航空結構件的不斷整體化和輕量化，其典型零件的發展趨勢是形狀越來越復雜、壁厚越來越薄。以鈦合金為代表的航空結構件的材料特性和加工特點，要求機床必須具備高剛性、高精度、大功率主軸、大扭矩擺角驅動、動態響應好、機床振動小等特點，對數控設備的設計制造提出了嚴峻的挑戰。
3. V5 1030 ABJ結構特點
V5 1030 ABJ 五坐標立式加工中心，是中國航空工業集團公司北京航空制造工程研究所（原中航總第625所）針對鈦合金、合金鋼等難加工材料，結合國內航空結構件加工特點及加工條件設計制造的，機床具有高剛性、高精度、高可靠性等特點，適合加工各種復雜型面高強度航空結構件。
1) 高剛度抗振結構件
V5 1030 ABJ的基礎部件包括床身、底座、立柱、垂滑板、擺角滑板、工作臺等支承件,它們的基本功能是承載和保持各執行部件的相對位置。該加工中心集粗、精加工于一體,既要能夠承受粗加工時大吃刀、大走刀的最大切削力、又要能夠保證精加工時的高精度,基礎件在強度、剛度、抗振性、熱變形和內應力等方面都通過ANSYS有限元分析進行了結構優化。
床身、底座、工作臺和主軸箱采取鑄造全封閉結構, 不僅具有很強的基礎剛性，而且具備較大阻尼系數能夠吸收切削加工時的振動；整體結構框形設計和加強筋對稱布置能很好消除熱變形和內應力的影響。
立柱、垂滑板和擺角滑板等移動部件采用鋼質焊接結構,有利于減輕機床移動質量，提高動態性能，采取大截面模量設計提高整體剛度保證動態精度。
2) 大功率主軸系統
主軸部件的性能直接影響加工質量和切削生產率，是決定機床性能和經濟技術指標的重要因素。
V5 1030 ABJ 主軸選用進口高精度軸承進行三支承大跨距預緊裝配，保證30kW的大直徑機械主軸具有較高的靜態剛度和抗振性。主軸箱精密齒輪傳動，具有兩級機械變速，分別滿足機床高速和大負載切削的加工需要。主軸由循環冷卻油進行冷卻，保證主軸能24小時連續穩定工作。
3) 高精度進給系統
V5 1030 ABJ 的X、Y、Z坐標進給運動，由伺服電機驅動滾珠絲杠帶動各移動部件完成。滾珠絲杠采用雙螺母預緊的進口大直徑絲杠，安裝時預拉伸，保證進給系統的傳動精度和工作穩定性。
擺角驅動系統采用傳統A/B 擺角機構，通過雙蝸輪蝸桿驅動雙輸出齒輪帶動扇形齒條運動來完成，蝸桿軸向設有預載調整機構。擺角的機械驅動系統能提供8280 Nm的擺角扭矩，是A(B)/C 擺角的數倍，且不需要擺角鎖緊機構。而且，由于A/B 擺角的擺動角度在刀位計算中具有唯一解，從當前位置到目標位置的運動軌跡也是唯一的，因此，在擺動過程中不會發生刀具與零件的干涉，運動位置明確、直觀，易于操作者理解和掌握。
4) 高精度鑲鋼導軌
V5 1030 ABJ 采用大截面矩形鑲鋼導軌，整體淬火并磨削的導軌能夠保證各坐標的運動精度，而且預載安裝的導軌滾動體能增加導軌的接觸剛度和阻尼系數，提高導軌的承載能力和抗振性，適應高精度強力切削的加工要求。
5) 功能強大的伺服控制系統
V5 1030 ABJ 配置功能先進的SINUMERIK 840D Power1ine數控系統進行控制，配置多項功能先進的選項功能（如五軸聯動軟件、預控制加速、先進定位控制、刀具管理等），具動態前饋控制、刀具長度補償、絲杠螺距誤差補償、測量系統誤差補償、反向間隙補償、過象限誤差補償、主軸監控、位置監控、零速監控、車/銑/鉆工藝固定循環、剛性攻絲、測量循環、零點偏移等功能，采用性能優越的西門子 611D(High performance control)全數字交流伺服驅動及伺服電機，保證機床加工時的動態性能和工作可靠性。
機床各坐標采用絕對位置檢測，全閉環控制，反饋元件采用高精度的HEIDENHAIN光柵尺，分辨率0.001mm，光柵尺用壓縮空氣進行清潔防護；A、B坐標反饋元件采用HEIDENHAIN角度編碼器，分辨率0.0001°，能夠滿足復雜型面航空結構件的高精度加工要求。
4. 結論
航空工業屬于國家高新技術產業，是一個國家綜合實力的重要體現。航空工業的快速發展對航空結構件的材料和工藝提出了新的要求，這就對設備制造業提出了新的挑戰。
V5 1030 ABJ 五坐標立式加工中心，是北京航空制造工程研究所適應我國航空工業的發展需要，針對航空結構件的加工特點研制的，能夠滿足大型復雜型面航空結構件強力高效切削的需要，今后必將為我國航空事業的發展做出突出貢獻。
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