蜂窩芯超聲波電主軸是蜂窩芯超聲切割五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的核心部件

隨著航空工業(yè)的發(fā)展以及對(duì)飛機(jī)性能提高的需要，在軍、民機(jī)特別是第三代以及新一代戰(zhàn)斗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，越來(lái)越多的采用復(fù)合材料。尤其是在尾翼、腹鰭、鴨翼以及內(nèi)、外側(cè)升降副翼等與操縱性能有關(guān)的關(guān)鍵性動(dòng)力部件中很多采用了優(yōu)質(zhì)先進(jìn)的紙基Nomex蜂窩芯材料，該材料具有重量輕、密度小、比強(qiáng)度比剛度高，自熄性能、絕緣性能、化學(xué)性能好等特點(diǎn)。由于Nomex蜂窩芯材料的優(yōu)良特性，國(guó)內(nèi)外一些公司在一些重要部件中也運(yùn)用了蜂窩芯結(jié)構(gòu)。

但因Nomex蜂窩芯材料結(jié)構(gòu)特殊性，使其在傳統(tǒng)的數(shù)控加工中帶來(lái)了很大的難題。傳統(tǒng)高速銑鉆工藝是利用機(jī)床主軸產(chǎn)生高速轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)銑頭（或鉆頭）沿工件邊緣將材料打碎，從而使工件得以成形或分離。

這種銑鉆方式在實(shí)際加工過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

蜂窩結(jié)構(gòu)件為紙質(zhì)柔性材料，多孔薄壁結(jié)構(gòu)，這就決定了其加工方法必須采用高轉(zhuǎn)速切削才能加工，主軸轉(zhuǎn)速必須超過(guò)20000轉(zhuǎn)/分鐘，否則就無(wú)法進(jìn)行切削，故對(duì)機(jī)床要求很高；

因Nomex蜂窩芯材料結(jié)構(gòu)特殊性，使其切削性能差，在加工過(guò)程中易出現(xiàn)撕裂、壓塌、芯格變形、毛刺、外形缺損等缺陷，在加工過(guò)程中刀具易磨損，故產(chǎn)品質(zhì)量低，刀具成本較大；

Nomex蜂窩芯在加工過(guò)程中產(chǎn)生的粉塵會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大的危害，并且數(shù)控加工機(jī)床為高精度的設(shè)備，粉塵會(huì)對(duì)其零部件產(chǎn)生影響；傳統(tǒng)銑鉆工藝下，針對(duì)曲面外形的無(wú)粉塵高精度加工仍為本領(lǐng)域技術(shù)難題。

直至上世紀(jì)90年代，超聲波加工逐漸應(yīng)用于航空材料加工領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)的切削方式，超聲切割如同用剪刀剪紙或用裁刀切割皮革一樣，不會(huì)產(chǎn)生工件的碎屑。而與常規(guī)“剪、裁”相比，超聲切割頭可以在剪刀或裁刀上施加20-30KHz的振動(dòng)能量，幫助打開材料內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)，在切割過(guò)程中刀具可以更容易地將材料分割開，其切割速度要比傳統(tǒng)的銑削加工大得多，且因不存在將材料打碎的問(wèn)題，超聲切割完全不會(huì)產(chǎn)生粉塵，可以免去安裝防塵、除塵設(shè)備的費(fèi)用。

但這一技術(shù)在國(guó)內(nèi)仍處于較少的初期應(yīng)用階段，國(guó)內(nèi)唯數(shù)不多的飛機(jī)制造公司（例如成飛、哈飛）巨資引進(jìn)奧地利GFM整機(jī)進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，但至今未能研發(fā)出適用于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床床身和床身運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的主軸系統(tǒng)，浪費(fèi)了大量的財(cái)力、物力。

近年來(lái)，本公司一直在對(duì)Nomex蜂窩芯材料進(jìn)行超聲切割試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，已開發(fā)出適合于傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床改裝的超聲切割主軸系統(tǒng)：

1. 超聲波主軸系統(tǒng)替換原有高速主軸頭，主軸轉(zhuǎn)速1600轉(zhuǎn)/分鐘，即可實(shí)現(xiàn)蜂窩料毛坯開粗工序及非曲面外形的無(wú)粉塵加工，其切削效率及精度可達(dá)國(guó)外機(jī)床的相同水準(zhǔn)。

2. 由于僅更換主軸系統(tǒng)，保留原有機(jī)床的床身及床身運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，相比整機(jī)全新制造有顯著成本優(yōu)勢(shì)。

3. 超聲系統(tǒng)、刀具及配件完全由精瑞公司研制完成，不受國(guó)外制約。

4. 本公司將不同形狀種類的刀片及對(duì)應(yīng)超聲波換能器總成整合到超聲系統(tǒng)中，只需檢查刀片與超聲波換能器總成聯(lián)接可靠后即可使用，而進(jìn)口機(jī)床需設(shè)置對(duì)應(yīng)的不同參數(shù)。