大型复合材料构件数字化加工工装与装置的开发与应用

复合材料是由2种或2种以上不同性质的材料,通过物理或化学方法复合而成的一种综合性能优于原各组成材料性能、能克服单一材料缺陷的新型材料.根据材料的结构、性能或组成,复合材料可分为多种类型.其中,碳纤维/树脂复合材料(简称C/E复合材料)作为一种典型的先进复合材料,具有重量轻、模量高、比强度大和耐腐蚀等一系列优点,在诸如飞机机翼、大型运载火箭舱段、航天飞行器舱体等航空航天与国防军工产品的研制与生产中得到越来越广泛的应用.例如,波音787"梦想"飞机为大幅度减轻结构重量,大量采用了复合材料,所用复合材料占50％左右,提高燃油效率20％[1].     

液体火箭发动机等倾角螺旋冷却通道加工技术

将液体火箭发动机燃烧室的冷却通道设计为斜航线(等倾角螺旋线)槽形，可以大幅度改善燃烧室的冷却性能。斜航线冷却槽的槽宽尺寸较小而槽深尺寸较大，所以无法使用棒铣刀铣削、电化学等加工方式。针对这些特点，提出了五轴控制、四轴联动的数控片铣刀铣削加工方法。由于燃烧室外表面的母线轮廓复杂，手工编制数控加工程序难度大。为了解决数控加工程序的编制问题，研究了斜航线的数学模型，开发了自动编程软件系统。使用该系统，可以生成多种母线轮廓回转体外表面上的斜航线数控加工程序。燃烧室收敛—扩张段的母线斜率变化大，加工难度大，是斜航线冷却通道加工的最典型工件。经过理论分析和实际切削实验，研究了针对该类型工件的片铣刀直径选择、铣削方式和方向、刀具调整和起刀点的设置等多项实际的加工方案。采用上述的一系列技术，已经成功地加工了数十个合格工件。经过两年多的实际生产过程应用，验证了所开发的斜航线冷却通道加工方法的正确性和可行性。这些加工技术的研制成功，对其他相似类型零件的加工亦具有参考意义。