1.前言
航空（kōng）工業是高技術發展的重要領域，是（shì）世界高技術（shù）產業競爭的製高（gāo）點，各國爭相把發展航空工業（yè）列為高（gāo）技（jì）術的支柱產業。新型、先（xiān）進飛機的設計與製造成為了各國高技術競爭的主戰場。
航空製造技術是（shì）航空（kōng）工業（yè）賴以生存和發展的技術基礎，數（shù）控（kòng）技術是航空工業先進製造技術的重要組成部分。數控（kòng）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（píng）的重要（yào）標誌之一。
2. 航空結構件的發展（zhǎn）方向
現代飛機中大（dà）量的采用了大型整體結構（gòu）件，相對於以前的焊接、組裝模式，大型整體結構件可大量減少零件數量和（hé）裝（zhuāng）配工序，並有效減輕飛（fēi）機整機重量，提高零件（jiàn）強度（dù）和可靠性，使飛機的製（zhì）造質量顯（xiǎn）著（zhe）提高。整體結構件尺寸大，如整體框結構尺寸（cùn）超過（guò）2000mm×2000mm 、長梁（liáng）長度（dù）超過6000mm、壁板結（jié）構尺寸（cùn）超過3000×2000mm 。在新一代飛機中整體結構件尺寸將進一步（bù）加大（dà）。
飛機整體結構件結構複雜，外（wài）形涉及機身外形、機翼外形（xíng）及翼身融（róng）合區外形等複雜理論外形（xíng），周邊輪廓與其他零件還有複雜的裝配協調關（guān）係；切削加工量大，許（xǔ）多零件的材料去（qù）除率達到90%以上；裝配協調麵、交（jiāo）點孔等數量多，加工精度要求高。
隨著新一代戰機性能（néng）要求的逐步提高，整體（tǐ）結構件的外形（xíng）日趨複雜、精度要求越來（lái）越高，新型高（gāo）性能材料（liào）不斷引（yǐn）入，目前整體結構（gòu）件材料逐（zhú）漸由鋁合金為主轉變為鋁（lǚ）合金、鈦合金、複（fù）合材料並重的局麵。由於（yú）鈦合金等先進結（jié）構材料具有（yǒu）輕質、高（gāo）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（huán）境，在航空（kōng）領域的（de）應用越來越多,其用量百分比已經成（chéng）為衡量飛機先進性的一個重要標誌（美國第四代戰（zhàn）鬥機（jī）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（qí）典型零件的（de）發展趨勢是形狀越來越複雜、壁厚越來越薄。以鈦合金為代表的航空結構件的材（cái）料特性和加工特點（diǎn），要求機（jī）床必須具備高剛性、高精度、大功率主軸、大扭矩擺角（jiǎo）驅動、動態響（xiǎng）應（yīng）好、機床振（zhèn）動小等特點，對數控（kòng）設備的設（shè）計製造提出了嚴峻的挑（tiāo）戰。
3. V5 1030 ABJ結構特點（diǎn）
V5 1030 ABJ 五坐標立式加工中心，是中國航空工業集（jí）團公司北京航空製（zhì）造工程研究所（原中航總第（dì）625所）針對鈦合金、合金鋼等難加（jiā）工材料，結合國內航（háng）空結構（gòu）件加（jiā）工特點及加工條件設計製造的，機床具有高剛性、高精度、高可（kě）靠性（xìng）等特點，適（shì）合加工各種複雜型麵高強度航空結（jié）構件。
1) 高剛度（dù）抗振結構件
V5 1030 ABJ的基礎部件包括床身、底座、立柱（zhù）、垂滑板（bǎn）、擺角滑板（bǎn）、工作台等支承件,它們的基本功能是承載和保（bǎo）持各執行部件的相對位置。該加工中心集粗、精加工於一體（tǐ）,既要能夠承受粗加工時大吃刀、大走刀（dāo）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（kàng）振性、熱變形和內應力等方麵都通過ANSYS有限元（yuán）分析進行了結構優化。
床身、底座、工作台和主（zhǔ）軸箱采取鑄造全封（fēng）閉結構, 不僅（jǐn）具有很強的基礎剛性，而且具（jù）備（bèi）較大阻尼（ní）係數能（néng）夠吸收（shōu）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（biàn）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（zhì）焊接結構,有利（lì）於減輕機床移動質量，提高動態性能，采取大截麵（miàn）模量設計提高整體剛度保證動態精度（dù）。
2) 大功率主軸係統
主軸部件的（de）性能（néng）直接影響加工質量和切（qiē）削生產率，是（shì）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（jìn）行三支承大跨距預緊裝配，保證30kW的大直徑機械主軸（zhóu）具有較高的靜態剛度和抗振性。主軸箱精密齒輪（lún）傳（chuán）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（yào）。主軸由循環冷卻油（yóu）進行冷卻，保證主軸能（néng）24小時連續穩定工作。
3) 高精度進給係統
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（wán）成。滾珠絲杠采用雙（shuāng）螺母預緊的進口大直（zhí）徑絲杠，安裝時預拉伸，保證（zhèng）進給係統的傳動精度（dù）和工作穩定（dìng）性。
擺角驅動係統采用傳統A/B 擺（bǎi）角機（jī）構，通過雙蝸輪蝸杆驅動雙輸出齒輪帶動扇形齒條運（yùn）動來完成，蝸杆軸向（xiàng）設有預載調整機構。擺角的機械驅動係統能提供8280 Nm的擺角扭（niǔ）矩（jǔ），是A(B)/C 擺角的（de）數倍，且不需（xū）要擺角鎖緊機構。而且，由於A/B 擺角的擺動角度在刀（dāo）位計算中具有唯一解（jiě），從當前（qián）位置到目標位置的運動軌跡也是（shì）唯一（yī）的，因（yīn）此（cǐ），在擺動過程中不（bú）會發生刀具與零件的（de）幹（gàn）涉，運動位置明確、直觀，易於操作者理（lǐ）解和掌握。
4) 高（gāo）精度鑲鋼導軌
V5 1030 ABJ 采用大截麵矩形鑲鋼（gāng）導軌，整體淬火並磨削的導軌能夠（gòu）保證各坐標的運動精度，而且預載安裝的導軌（guǐ）滾動體能增加導軌的接觸剛度和阻尼係（xì）數，提高導軌的（de）承載能力和（hé）抗振（zhèn）性（xìng），適應（yīng）高精度強力切削的加工要求。
5) 功能強（qiáng）大的伺服控製係統
V5 1030 ABJ 配置功能先進的SINUMERIK 840D Power1ine數控係統進（jìn）行（háng）控（kòng）製，配置多（duō）項功能先進的選項功能（如五（wǔ）軸聯動軟件、預控製加速、先進定位控製、刀具管理等），具動態前饋控（kòng）製、刀具長度補（bǔ）償、絲杠螺（luó）距誤差補償、測量係統誤差補償、反向間隙補償、過象限誤差補償、主軸監控（kòng）、位置監控、零（líng）速監控、車（chē）/銑/鑽工藝固定循環、剛性攻絲、測量循環、零（líng）點偏移等功能，采用性能優越的西門子 611D(High performance control)全數（shù）字交（jiāo）流伺服驅動（dòng）及伺服電機（jī），保證機（jī）床加（jiā）工時的動態性能和工作可靠性。
機床（chuáng）各坐標采用絕（jué）對位置檢測，全閉環控製，反饋元件采（cǎi）用高（gāo）精度的HEIDENHAIN光柵尺，分辨率0.001mm，光柵（shān）尺用壓縮（suō）空氣（qì）進行清潔防護；A、B坐標反饋元件采用HEIDENHAIN角度（dù）編碼器，分（fèn）辨率0.0001°，能夠滿足複（fù）雜型麵航空結構（gòu）件的高精度加工要求。
4. 結（jié）論
航空工業屬於國家高新技術產業，是一個國家綜合實力（lì）的重要體現。航空工業的快速發展（zhǎn）對航空結構件的材料和工藝提出（chū）了新的要求，這就對設（shè）備製（zhì）造業提出了新的挑戰。
V5 1030 ABJ 五（wǔ）坐標（biāo）立式加工中（zhōng）心（xīn），是北京航空製造工程研究所適應我國（guó）航（háng）空工業（yè）的發展需要（yào），針對航空結構件的加工特點研製的，能夠滿足大型複雜型麵（miàn）航空結構件強（qiáng）力高效切削的需要，今後必（bì）將為我國航空事業的發展做出突出貢獻（xiàn）。
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