眾所周知，航空、航天發(fā)動機因其戰(zhàn)略意義、技術密集程度及制造難度被譽為工業(yè)技術的王冠。葉盤類零件是航空、航天發(fā)動機的核心關鍵部件，在很大程度上決定了發(fā)動機的可靠性、性能和成本。由于其在發(fā)動機中的核心重要地位及加工難度又被稱為王冠上的明珠。
不難想象，能夠制造出“王冠上的明珠”，那一定是工藝極其復雜、難度極高的工作，那得需要什么樣的“武器”和什么樣的“能工巧匠”?上海交通大學的特種加工科研團隊，經過長達八年的科研攻關，突破了一系列關鍵技術，研制成功了“六軸聯(lián)動數控電火花加工機床”，并開發(fā)了配套的CAD/CAM軟件和加工工藝，為制造閉式整體渦輪葉盤提供了一套全面技術解決方案，其中既包括了硬件技術，也包括了軟件技術和制造工藝。這一技術將在第16屆中國國際工業(yè)博覽會上進行展示，有著充分的產學研應用前景。
“鬼斧神工”的電光石火
據了解，上海交通大學在國家863重點項目及國家重大專項的支持下，與國內特種加工科研機構及航天航空企業(yè)密切合作，在國內率先研制成功了“六軸聯(lián)動數控電火花機床”。
項目負責人上海交通大學機械與動力工程學院教授趙萬生介紹，電火花加工是利用工具電極與工件之間的放電而產生的熱效應來去除材料的一種特種加工方法?！傲S聯(lián)動數控電火花加工機床”包含三個直線運動軸和三個旋轉運動軸。這套多軸聯(lián)動的電火花加工數控系統(tǒng)，采用一種全新的路徑規(guī)劃和插補方法，大大的提高了6個軸之間軌跡的平順性和同步精度。
在這樣高的同步精度下，復雜流道的加工就能夠得以保證。加工流道的過程是復雜的，為了把加工中產生的金屬微小顆粒及時排出加工間隙以不影響后續(xù)的加工，電極在流道中所做的是進進退退的往復運動。往復運動必須嚴格的按照一定的路徑進行，并且這條路徑是6自由度空間中的一條最優(yōu)路徑。
“這個過程既像一輛小汽車在狹窄而復雜的盤山公路上游刃有余地行駛，又像‘庖丁解牛’一般，需要嫻熟、細膩，拿捏精準?！痹擁椖拷M成員打比方道。
羊腸小道也能精確導航
如何能夠在6自由度空間中走出一條復雜而彎曲的路徑，就好比讓一輛汽車在一個狹窄而又彎曲的小巷子里行駛，稍有不慎就會發(fā)生擦碰。
數控系統(tǒng)雖然神奇，但是它不能單獨完成這樣的任務，還需要借助一雙“慧眼”來精確導航，指引它完成這樣復雜的任務。這就是CAD/CAM系統(tǒng)中的“路徑規(guī)劃”功能所做的工作。然而要找出一條不碰撞且最短的路徑絕不是一件容易的事情。
據介紹，在上海交大開發(fā)出CAD/CAM軟件之前，即使是經驗豐富的工程師，要找出一個路徑需要一兩個月的時間。如果工具電極的尺寸或形狀稍有變動，這樣的工作就要重來一遍?！敖o神奇的系統(tǒng)裝上‘慧眼’，使它變得‘聰明’起來，自動找到最優(yōu)路徑?！鄙虾＝煌ù髮W專門開發(fā)了專用的計算機輔助設計與輔助制造軟件CAD/CAM，就是為電極在流道中尋找出這樣光滑的路徑，并能確保和它周圍的流道不發(fā)生任何碰撞。
想要又快又好地加工出閉式整體葉盤，光靠傳統(tǒng)的電火花加工方法已經無法滿足。大推力火箭發(fā)動機葉盤上有多達上百個流道，如果用一個電極去加工，將需要數百個小時。六軸聯(lián)動電火花加工機床采用多電極同時進行加工以及攝動進給等獨特的加工方式，大大提高了加工效率。
從實驗室走向企業(yè)應用
目前，多軸聯(lián)動數控電火花加工是國內外實現閉式整體葉盤加工的首選加工方法，并被美國、歐洲、俄羅斯等國家普遍采用。由于這一高端制造技術一向是各國航空航天發(fā)動機制造企業(yè)的核心競爭力，我國不可能靠技術引進方式獲得。
另一方面，出于對戰(zhàn)略產品的制造技術安全性考慮，我們必須依靠自主研發(fā)的關鍵技術。航空航天發(fā)動機是衡量一個國家動力研發(fā)、制造水平的關鍵領域，是大國實力的重要標志之一，具有極高的經濟價值和社會意義。
項目組通過產學研用的緊密合作，將研究成果推向工業(yè)應用。目前上海交通大學已同上海漢霸機電有限公司簽署了長期合作協(xié)議，共同推動六軸聯(lián)動數控電火花機床的產業(yè)化。同時項目組與我國火箭發(fā)動機制造廠商合作，采用上海交通大學的CAD/CAM軟件，共同研發(fā)了全新的工藝方法，不僅大幅度提高了生產效率，而且還產生了巨大的經濟效益，有效地提升了我國的戰(zhàn)略產品的制造安全性。
值得一提的是，國外的航空發(fā)動機制造商也將上海交大的CAD/CAM軟件用于民用飛機發(fā)動機的重要部件的生產。項目在產學研應用合作方面有著充分的市場前景，在第16屆中國國際工業(yè)博覽會展示期間將全程進行展出。
