1.前言
航空工業是高（gāo）技術發展的重要領域，是世界高技術產業（yè）競爭（zhēng）的製高點，各國爭相把（bǎ）發展航（háng）空工業列為（wéi）高技術（shù）的支柱產業。新型、先進飛機的設計與製造成為了（le）各（gè）國高技術（shù）競爭的主（zhǔ）戰（zhàn）場。
航空製造技術是航空工業賴以生存和發展的技術基礎，數控技術（shù）是航空工業先進製造（zào）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（gōng）業綜合技術水平和企業現代化水平的重要標誌之一（yī）。
2. 航空結構件的發（fā）展方向
現代飛（fēi）機中大量的采用了大型整體結構件，相對於以前的焊接、組裝模（mó）式，大型整體結構件可大量減少零件數量和裝配工序，並有效（xiào）減輕飛機整機重量，提高零件強度和可（kě）靠性，使飛機的製造質量顯（xiǎn）著提高。整體結構件尺寸大，如整（zhěng）體框結（jié）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（tǐ）結構件尺（chǐ）寸將進一（yī）步加大。
飛機整體結構件結構複雜，外形（xíng）涉及機身外形（xíng）、機翼外形及翼（yì）身融合區外形等複雜理論外形，周邊輪廓與其他（tā）零件還有複雜的裝配（pèi）協（xié）調（diào）關係；切削加工量（liàng）大，許多零件的材料去除率達到（dào）90%以上；裝配協調麵、交點孔等數量多，加（jiā）工精度要求高。
隨著新一代戰（zhàn）機性能要求（qiú）的逐步提高，整體結（jié）構件的外形日趨複雜、精度（dù）要（yào）求越來越高，新（xīn）型高（gāo）性能材料不斷（duàn）引入，目前整體（tǐ）結構件材料逐漸（jiàn）由（yóu）鋁合金為主轉變為鋁（lǚ）合金、鈦（tài）合金、複合材料並重（chóng）的局麵。由於鈦合（hé）金等先進結構（gòu）材料（liào）具有輕質、高（gāo）強、耐高溫和耐腐（fǔ）蝕等優異性能，能夠很好地適應（yīng）飛行器的極限工作環境，在航空領（lǐng）域的應用越來越多,其用量百（bǎi）分比已經成為衡量飛機先進性的一個重要標誌（美國第四代戰鬥機F22的用鈦量已占到飛機結構質（zhì）量的41 %，見下圖表）。
隨著航空結構件的不（bú）斷整體化和輕量化，其典型零件的發（fā）展趨勢是形狀（zhuàng）越來越（yuè）複雜（zá）、壁厚越來越薄。以鈦合金（jīn）為代表的航空結構件（jiàn）的材料特性和加工（gōng）特點，要求機（jī）床必須具（jù）備高剛性、高（gāo）精度、大功率主軸、大扭矩擺角驅動、動態響應好（hǎo）、機床振動小等（děng）特點，對（duì）數控設備的設計製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（guó）航空工（gōng）業集團公司北京航空製造（zào）工程研究所（原中航總（zǒng）第625所）針對鈦合金、合金鋼等（děng）難（nán）加工材料，結合國內航空結構（gòu）件加工特點及（jí）加工條件設（shè）計製造的，機床（chuáng）具有高剛性、高精度、高可靠性等特點，適（shì）合（hé）加工各種複雜型麵高強度航空結構（gòu）件。
1) 高剛度抗振結構（gòu）件
V5 1030 ABJ的（de）基礎部件包括床身、底座、立柱、垂（chuí）滑板、擺角滑（huá）板、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（de）相對位置。該加工中心集粗、精加工於一體,既（jì）要能夠承受粗加工時（shí）大吃刀、大（dà）走刀的最大切削力、又要（yào）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（nèi）應力等方麵都通過ANSYS有限元分析（xī）進行了結（jié）構優化。
床身、底座、工作台和主軸（zhóu）箱采取鑄造全封閉結構, 不僅具有很強的基礎剛性，而且具備較大阻尼係數能夠吸收（shōu）切削加工時的振動（dòng）；整體結構框形設計（jì）和加強筋對稱布（bù）置（zhì）能很好消除熱變形和內應力（lì）的影（yǐng）響。
立柱、垂滑板（bǎn）和擺角滑板等移動部件（jiàn）采用鋼質焊接結（jié）構,有（yǒu）利於減輕機床移動質量，提高動態性能，采取大截麵模量設計提高整體剛度保證動態精度。
2) 大（dà）功率主軸係統
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（jī）床性能和經（jīng）濟技術指標（biāo）的重要因素。
V5 1030 ABJ 主軸選（xuǎn）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（tài）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（bié）滿足機床高（gāo）速和大負載切削的加工需要。主軸由循環冷卻油進行冷（lěng）卻，保證主軸能24小（xiǎo）時連續穩定（dìng）工作。
3) 高精度（dù）進給係統
V5 1030 ABJ 的X、Y、Z坐標進給運動，由伺服（fú）電機驅動滾珠絲杠帶動各移動（dòng）部件完成。滾珠絲杠采用雙（shuāng）螺母預緊（jǐn）的進口大直（zhí）徑（jìng）絲杠，安（ān）裝時（shí）預（yù）拉伸（shēn），保證進給係統（tǒng）的（de）傳動精度（dù）和工作穩定性。
擺角驅動係統采用傳統A/B 擺角機構，通過雙（shuāng）蝸輪（lún）蝸杆驅動雙輸出齒（chǐ）輪帶動扇（shàn）形（xíng）齒條（tiáo）運動來完（wán）成，蝸杆軸向設有預載調整（zhěng）機構。擺角的（de）機械驅動係統能（néng）提供8280 Nm的（de）擺角扭矩，是A(B)/C 擺角的數倍，且不（bú）需要擺角鎖緊機（jī）構。而且，由於A/B 擺角的擺動角（jiǎo）度在刀位計算中具有唯一解，從當前位置到目標（biāo）位置的運動軌跡也是唯（wéi）一的，因此，在擺動過程中（zhōng）不會（huì）發生刀具與零件的幹（gàn）涉，運動位置明確、直（zhí）觀，易於（yú）操作者理解和掌握。
4) 高精度鑲鋼導軌
V5 1030 ABJ 采用大截麵矩形鑲（xiāng）鋼導軌，整體淬火並（bìng）磨削的（de）導軌能（néng）夠（gòu）保證各坐標的運動精度，而且預（yù）載安裝的導（dǎo）軌滾（gǔn）動體能增加導軌的接觸剛度和阻尼（ní）係數，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（dà）的伺服控製係統
V5 1030 ABJ 配置功（gōng）能（néng）先進（jìn）的SINUMERIK 840D Power1ine數控係統進行控製，配置多項功能先進的選項功能（néng）（如五軸聯動軟件、預控製加速、先進定位控製、刀具管理等），具動態前饋控製、刀具長度補償、絲杠螺距誤（wù）差補償、測量係統誤差補償、反（fǎn）向間隙補償、過象限（xiàn）誤差補（bǔ）償、主軸監控、位置監控、零速監控、車/銑/鑽工（gōng）藝固定循環、剛性（xìng）攻絲、測量循環、零（líng）點偏移等功能，采用（yòng）性能優（yōu）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（chuáng）加工時的動態性能和工作可靠性。
機床各坐標（biāo）采用絕對位置檢測，全（quán）閉環控製，反（fǎn）饋元件采用（yòng）高精度（dù）的HEIDENHAIN光柵尺，分辨率0.001mm，光柵尺用壓（yā）縮空氣進行清潔（jié）防護；A、B坐標反饋元（yuán）件采用HEIDENHAIN角度編碼器，分辨率0.0001°，能夠滿（mǎn）足複雜型麵航空結構件的高精度加工要（yào）求。
4. 結論
航空工業屬（shǔ）於國家高新技術產（chǎn）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（de）要求，這就對設備製造業提（tí）出了新的挑戰。
V5 1030 ABJ 五坐標立式加工（gōng）中心，是北京航空製造工程研究所適（shì）應我國航空（kōng）工業（yè）的發展需要，針對航空結構件的加工特（tè）點（diǎn）研製的，能夠滿（mǎn）足大型複雜型麵航空結構件強力高效切削的需要，今後必將為我（wǒ）國航空事業的（de）發展做出（chū）突（tū）出貢獻。
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