항공 엔진의 얇은 벽, 특수 형상 및 복잡한 날개를 위한 정밀 가공 기술 및 장비

항공 엔진의 성능을 달성하기 위한 핵심 구성 요소로서, 블레이드는 얇은 벽, 특수 형상, 복잡한 구조, 가공이 어려운 소재, 그리고 높은 가공 정확도와 표면 품질 요구 등의 전형적인 특징을 가지고 있습니다. 어떻게 하여 블레이드의 정밀하고 효율적인 가공을 실현할 것인가는 현재 항공 엔진 제조 분야에서 주요한 과제입니다. 블레이드 가공 정확도에 영향을 미치는 주요 요인들을 분석하고, 블레이드 정밀 가공 기술 및 설비에 대한 현재 연구 현황을 종합적으로 요약하며, 항공 엔진 블레이드 가공 기술의 발전 방향을 전망합니다.

우주 항공 산업에서 가벼운 무게와 높은 강도를 가진 얇은 벽체 부품이 널리 사용되며, 이는 항공기 엔진과 같은 중요한 장비의 성능을 달성하는 핵심 구성 요소입니다 [1]. 예를 들어, 대형 우회비 항공기 엔진의 티타늄 합금 팬 블레이드(그림 1 참조)는 최대 1미터 길이에 복잡한 블레이드 프로필과 감쇠 플랫폼 구조를 가지고 있으며, 가장 얇은 부분의 두께는 단지 1.2mm에 불과하여 전형적인 대형 얇은 벽체 특수 형상 부품입니다 [2]. 이러한 블레이드는 전형적인 얇은 벽체 특수 형상 약강성 부품으로, 가공 중 변형과 진동이 발생하기 쉬워서 블레이드의 가공 정확도와 표면 품질에 심각한 영향을 미칩니다 [3].

엔진의 성능은 주로 블레이드의 제조 수준에 크게 의존합니다. 엔진이 작동하는 동안, 블레이드는 고온과 고압 같은 극한 작동 환경에서 안정적으로 작동해야 합니다. 이는 블레이드 재료가 충분한 강도, 피로 저항성, 그리고 고온 부식 저항성을 가져야 하며 구조적 안정성을 보장해야 한다는 것을 의미합니다 [2]. 일반적으로 항공기 엔진 블레이드에는 티타늄 합금이나 고온 합금이 사용됩니다. 그러나 티타늄 합금과 고온 합금은 가공성이 좋지 않습니다. 절삭 과정 중 절삭력이 크고 도구 마모가 빠르게 발생합니다. 도구 마모가 증가함에 따라 절삭력이 더 커져 가공 변형과 진동이 심해지고, 이는 부품의 차원 정확도가 낮고 표면 품질이 나빠지는 결과를 초래합니다. 극한 작업 조건에서 엔진의 서비스 성능 요구 사항을 충족하기 위해 블레이드의 가공 정확도와 표면 품질은 매우 높아야 합니다. 국내 생산된 고바이패스비율 터보팬 엔진에서 사용되는 티타늄 합금 팬 블레이드를 예로 들면, 블레이드의 총 길이는 681mm이며 두께는 6mm 미만입니다. 형상 요구 사항은 -0.12mm에서 +0.03mm 사이이고, 입구 및 배출 가장자리의 차원 정확도는 -0.05mm에서 +0.06mm 사이이며, 블레이드 단면의 비틀림 오차는 내부 범위 내에 있어야 합니다. ± 10′, 그리고 표면 거칠기 값 Ra는 0.4보다 좋다 μ m. 이는 일반적으로 다섯 축 CNC 기계 도구에서 정밀 가공을 필요로 한다. 그러나 날개의 약한 강성, 복잡한 구조와 가공하기 어려운 재료들 때문에, 가공 정확도와 품질을 보장하기 위해 가공 인원은 가공 과정 중 여러 번 절삭 매개변수를 조정해야 하며, 이는 CNC 가공 센터의 성능을 심각하게 제한하고 큰 효율 손실을 초래한다[4]. 따라서 CNC 가공 기술의 급속한 발전에 따라, 얇은 벽부品의 가공 시 변형 제어와 진동 억제를 어떻게 실현하고 CNC 가공 센터의 가공 능력을 최대한 발휘할 것인가는 선진 제조업체들이 당면한 긴급한 요구 사항이 되었다.

얇은 벽면의 약한 강성 부품에 대한 변형 제어 기술에 대한 연구는 오랫동안 엔지니어와 연구자들의 주목을 받아왔습니다. 초기 생산 실천에서 사람들은 종종 양쪽 면의 교차 밀링 수치 전략을 사용하여 일정 정도로 변형과 진동의 치수 정확성에 대한 부정적인 영향을 줄일 수 있습니다. 또한, 보강 리브와 같은 사전 제작된 희생 구조물을 설정하여 가공 강성을 향상시키는 방법도 있습니다.

절삭이 어려운 재료의 절삭 기술

고온 고압 환경에서 안정적인 서비스를 제공하기 위한 요구 사항을 충족하기 위해 항공기 엔진 날개에 자주 사용되는 재료는 티타늄 합금 또는 고온 합금입니다. 최근 몇 년간 티타늄-알루미늄 금속간 화합물도 큰 응용 잠재력을 가진 날개 재료로 되었습니다. 티타늄 합금은 낮은 열 전도도, 낮은 연성, 낮은 탄성 모듈러스 및 강한 친화성을 가지는 특징 때문에 절삭 중 큰 절삭력, 높은 절삭 온도, 심각한 작업 경화 및 큰 도구摩損과 같은 문제가 발생합니다. 이들은 대표적인 절삭이 어려운 재료입니다 (미세 구조 형태는 그림 2a 참조) [7]. 고온 합금의 주요 특성은 높은 연성과 강도, 나쁜 열 전도도, 그리고 많은 양의 밀집된 고체 용해물 내부에 있습니다 [8]. 절삭 중 플라스틱 변형은 격자 왜곡을 심하게 일으키며, 높은 변형 저항, 큰 절삭력 및 심각한 냉경화 현상이 발생하는데, 이 또한 대표적인 절삭이 어려운 재료입니다 (미세 구조 형태는 그림 2b 참조). 따라서 티타늄 합금 및 고온 합금과 같은 절삭이 어려운 재료에 대한 효율적이고 정확한 절삭 기술을 개발하는 것은 매우 중요합니다. 절삭이 어려운 재료를 효율적이고 정확하게 가공하기 위해 국내외 학자들은 혁신적인 절삭 방법, 최적의 가공 도구 재료 및 최적화된 절삭 매개변수 측면에서 심층 연구를 수행했습니다.

2.1 절삭 가공 방법의 혁신

혁신적인 연구 및 절삭 방법 개발 측면에서 학자들은 재료의 가공성을 향상시키고 효율적인 절삭을 달성하기 위해 레이저 가열 및 저온 냉각과 같은 보조 수단을 도입했습니다. 레이저 가열 보조 가공 [9] (그림 3a 참조)의 작동 원리는 고출력 레이저 빔을 절삭 가장자리 앞쪽의 작업물 표면에 집중시켜 빔의 국부 가열로 재료를 연화시키고, 재료의 항복 강도를 낮추어 절삭력을 줄이고 공구摩耗를 감소시키며, 절삭의 품질과 효율을 향상시키는 것입니다. 저온 냉각 보조 가공 [10] (그림 3b 참조)은 액체 질소, 고압 이산화탄소 가스와 같은 냉각 매체를 사용하여 절삭 부위에 분사해 절삭 과정을 냉각시키며, 재료의 열전도도가 나쁘기 때문에 발생하는 지나친 국부 절삭 온도 문제를 방지하고, 작업물을 부분적으로 차갑게 만들어서Brittle하게 하여 칩 분쇄 효과를 향상시킵니다. 영국의 Nuclear AMRC사는 고압 이산화탄소 가스를 사용하여 티타늄 합금 가공 과정을 성공적으로 냉각했습니다. 건식 절삭 상태와 비교했을 때 분석 결과 저온 냉각 보조 가공은 절삭력을 줄이고 절삭 면의 품질을 향상시키는 것뿐만 아니라 공구 마모를 효과적으로 줄이고 공구 수명을 연장할 수 있습니다. 또한 초음파 진동 보조 가공 [11, 12] (그림 3c 참조)도 어려운 가공 재료의 효율적인 절삭을 위한 효과적인 방법입니다. 공구에 고주파, 소폭 진동을 적용하여 가공 중 공구와 작업물 사이에서 간헐적인 분리를 실현함으로써 재료 제거 메커니즘을 변경하고 동적 절삭의 안정성을 향상시키며, 공구와 가공 표면 사이의 마찰을 효과적으로 방지하고 절삭 온도와 절삭력을 줄이며, 표면 거칠기 값을 낮추고 공구 마모를 감소시킵니다. 그 우수한 공정 효과는 널리 주목받고 있습니다.

2.2 공구 재료 선택

티타늄 합금과 같은 절삭이 어려운 재료의 경우, 공구 재료를 최적화하면 절삭 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있습니다 [8, 13]. 연구에 따르면 티타늄 합금 가공 시 가공 속도에 따라 다른 공구를 선택할 수 있습니다. 저속 절삭에는 고코발트 고속강이 사용되고, 중속 절삭에는 알루미나 코팅된 탄화물 공구가 사용되며, 고속 절삭에는 입방 질화붕소(CBN) 공구가 사용됩니다. 고온 합금 가공의 경우 높은 경도와 우수한 내마모성을 지닌 고반듐 고속강 또는 YG 탄화물 공구를 사용해야 합니다.

2.3 최적의 절삭 매개변수

절삭 매개변수는 가공 효과에 영향을 미치는 중요한 요소이기도 하다. 적절한 절삭 매개변수를 해당 재료에 적용하면 가공 품질과 효율성을 효과적으로 높일 수 있다. 예를 들어 절삭 속도 매개변수를 살펴보면, 낮은 절삭 속도는 재료 표면에 축적된 변형 영역을 형성하여 표면 가공 정확도를 낮출 수 있으며, 높은 절삭 속도는 열이 쌓여 작업물과 도구가 타는 현상을 일으킬 수 있다. 이와 관련하여 하얼빈 공과 대학의 채위안생 교수 연구팀은 일반적으로 사용되는 어려운 가공 재료들의 기계적 및 물리적 특성을 분석하고, 정규 가공 실험을 통해 어려운 가공 재료에 대한 권장 절삭 속도 표를 요약 정리했다 [14] (표 1 참조). 이 표에 제시된 도구와 절삭 속도를 사용하면 가공 결함과 도구 마모를 효과적으로 줄이고 가공 품질을 향상시킬 수 있다.

복잡한 날개 표면을 위한 3축 정밀 CNC 가공 기술

최근 몇 년간 항공 산업의 급속한 발전과 시장 수요 증가로 인해 얇은 벽면의 날개를 효율적이고 정확하게 가공하기 위한 요구가 점차 증가하고 있으며, 더 높은 정밀도의 변형 제어 기술에 대한 필요성이 더욱 시급해지고 있습니다. 지능형 제조 기술의 맥락에서 현대 전자 정보 기술을 결합하여 항공기 엔진 날개 가공 시 발생하는 변형과 진동을 지능적으로 제어하는 것이 많은 연구자들의 주요 관심사가 되고 있습니다. 날개의 복잡한 곡면 정밀 가공에 지능형 CNC 시스템을 도입하고, 지능형 CNC 시스템을 기반으로 가공 과정에서 발생하는 오차를 적극적으로 보상함으로써 변형과 진동을 효과적으로 억제할 수 있습니다.

가공 과정에서 활성 오차 보상을 위해 공구 경로와 같은 가공 매개변수의 최적화 및 제어를 수행하려면 먼저 공정 매개변수가 가공 변형과 진동에 미치는 영향을 알아야 합니다. 일반적으로 사용되는 두 가지 방법이 있습니다: 하나는 기계 내 측정과 오차 분석을 통해 각 공구 패스의 결과를 분석하고 추론하는 방법[15]; 다른 하나는 동력학 분석[16], 유한 요소 모델링[17], 실험[18] 및 신경망[19] 등의 방법을 사용하여 가공 변형과 진동에 대한 예측 모델을 구축하는 방법입니다 (그림 4 참조).

위의 예측 모델 또는 기계 측정 기술을 기반으로 사람들은 가공 파라미터를 최적화하고 심지어 실시간으로 제어할 수 있습니다. 주류 방향은 변형과 진동에 의해 발생하는 오차를 보상하기 위해 공구 경로를 재계획하는 것입니다. 이 방향에서 자주 사용되는 방법은 "미러 보상법" [20] (그림 5 참조)입니다. 이 방법은 명목상의 공구 궤적을 수정하여 단일 절삭의 변형을 보상합니다. 그러나 단일 보상은 새로운 가공 변형을 초래할 수 있습니다. 따라서 여러 보상을 통해 절삭력과 가공 변형 사이의 반복적인 관계를 설정하여 변형을 하나씩 수정해야 합니다. 공구 경로 계획을 기반으로 한 능동적인 오차 보상 방법 외에도, 많은 학자들이 절삭 파라미터와 공구 파라미터를 최적화 및 제어하여 변형과 진동을 통제하는 방법을 연구하고 있습니다. 특정 항공기 엔진 날개의 절삭 작업에서는 가공 파라미터가 변경된 다수의 직교 실험이 수행되었습니다. 실험 데이터를 바탕으로 각 절삭 파라미터와 공구 파라미터가 날개 가공 변형과 진동 반응에 미치는 영향이 분석되었습니다 [21-23]. 경험적 예측 모델이 설립되어 가공 파라미터를 최적화하고 가공 변형을 효과적으로 줄이며 절삭 진동을 억제했습니다.

위의 모델과 방법에 기초하여 많은 회사들이 CNC 가공 센터의 CNC 시스템을 개발하거나 개선하여 thing-walled 부품 가공 파라미터의 실시간 적응 제어를 달성했다. 이스라엘 OMAT 회사의 최적 밀링 시스템 [24]은 이 분야에서 대표적인 사례이다. 주로 적응 기술을 통해 급여 속도를 조정하여 상수 힘 밀링을 달성하고 복잡한 제품의 효율적이고 고품질의 가공을 실현한다. 또한, 베이징 진디아오도 계측 적응 보상 기술을 사용하여 달걀 껍질 표면 패턴 조각을 완성하는 고전적인 기술 사례에 유사한 기술을 적용했다 [25]. 미국 GE의 THERRIEN [26]은 가공 중 CNC 가공 코드의 실시간 수정 방법을 제안했는데, 이는 복잡한 thing-walled 날개의 적응 가공 및 실시간 제어에 대한 기본적인 기술 수단을 제공했다. 유럽 연합의 항공기 엔진 터빈 구성 요소 자동 수리 시스템 (AROSATEC)은 첨가제 제조로 날개를 수리한 후 적응 정밀 밀링을 실현했으며, 독일 MTU 회사와 아일랜드 SIFCO 회사의 날개 수리 생산에 적용되었다 [27].

4. 지능형 공정 장비를 활용한 가공 강성 향상

지능형 공정 장비를 사용하여 공정 시스템의 강성을 향상시키고 감쇠 특성을 개선하는 것도 얇은 벽의 날개 가공 시 변형과 진동을 억제하고, 가공 정확도를 향상시키며 표면 품질을 개선하는 효과적인 방법이다. 최근 몇 년간 다양한 유형의 항공 엔진 날개 가공에 많은 종류의 다른 공정 장비가 사용되었다[28]. 항공 엔진 날개는 일반적으로 얇은 벽과 불규칙한 구조적 특징을 가지고 있어, 작은 고정 및 위치 결정 면적이 있으며, 낮은 가공 강성과 절삭 하중 작용 아래에서의 국부적 변형이 발생한다. 따라서 날개 가공 장비는 일반적으로 여섯 점 위치 결정 원칙을 만족시키는 기초 위에서 작업물에 보조 지지를 적용하여 공정 시스템의 강성을 최적화하고 가공 변형을 억제한다[29]. 얇은 벽과 불규칙한 곡면은 공작구의 위치 결정 및 고정에 두 가지 요구사항을 제시한다: 첫째, 공작구의 고정력 또는 접촉력이 곡면에 가능한 한 균등하게 분포되어 있어야 하며, 이는 작업물이 고정력의 작용 아래에서 심각한 국부적 변형이 발생하지 않도록 한다. 둘째, 공작구의 위치 결정, 고정 및 보조 지지 요소는 작업물의 복잡한 곡면과 더 잘 맞춰져 각 접촉점에서 균일한 표면 접촉력을 생성해야 한다. 이러한 두 가지 요구 사항에 대응하여 학자들은 유연한 공작구 시스템을 제안했다. 유연한 공작구 시스템은 상변화 유연 공작구와 적응형 유연 공작구로 나눌 수 있다. 상변화 유연 공작구는 유체의 상변화 전후의 강성과 감쇠 변화를 이용한다: 액체 상태나 이동 상태인 유체는 낮은 강성과 감쇠를 가지며, 낮은 압력 아래에서 작업물의 복잡한 곡면에 적응할 수 있다. 이후 유체는 전기/자기/열 같은 외부 힘에 의해 고체 상태로 변하거나 응집되며, 강성과 감쇠가 크게 향상되어 작업물에 대해 균일하고 유연한 지지를 제공하고 변형과 진동을 억제한다.

항공기 엔진 날개의 전통적인 가공 기술에서 공정 장비는 저융점 합금과 같은 상변화 재료를 사용하여 채움 보조 지지를 구현하는 것입니다. 즉, 작업물 블랭크가 여섯 점에서 위치決め 및 고정된 후, 작업물의 위치 참조가 저융점 합금을 통해 주조 덩어리로 주조되어 작업물에 대한 보조 지지를 제공하고, 복잡한 점 위치를 규칙적인 표면 위치로 변환하며, 이후 가공될 부품의 정밀 가공이 수행됩니다 (그림 6 참조). 이 공정 방법은 명확한 결함이 있습니다: 위치 참조 변환이 위치 정확도를 감소시키고, 생산 준비가 복잡하며, 저융점 합금의 주조와 용해는 작업물 표면의 잔여물 및 청소 문제를 초래합니다. 동시에, 주조 및 용해 조건도 비교적 열악합니다 [30]. 위의 공정 결함을 해결하기 위해 일반적으로 사용되는 방법은 상변화 재료와 결합된 다중 지지 구조를 도입하는 것입니다 [31]. 지지 구조의 상단은 작업물과 접촉하여 위치를 결정하고, 하단은 저융점 합금 실린더에 잠겨져 있으며, 저융점 합금의 상변화 특성을 기반으로 유연한 보조 지지를 달성합니다. 지지 구조의 도입은 날개 표면에 발생할 수 있는 저융점 합금 관련 결함을 방지할 수 있지만, 상변화 재료의 성능 한계로 인해 상변화 유연 금형은 높은 강성과 빠른 응답 속도라는 두 가지 주요 요구 사항을 동시에 충족하기 어려워 효율적인 자동화 생산에 적용하기 어렵습니다.

상변화 유연 금형의 단점을 해결하기 위해 많은 학자들이 유연 금형의 연구 개발에 적응 개념을 도입했다. 적응형 유연 금형은 전기 기계 시스템을 통해 복잡한 날개 형상과 가능한 형상 오차를 적응적으로 맞출 수 있다. 전체 날개에서 접촉력이 균등하게 분산되도록 하기 위해 금형은 일반적으로 다중 지점 보조 서포트를 사용하여 서포트 매트릭스를 형성한다. 청화대학의 왕회 팀은 근사망 형상 날개 가공에 적합한 다중 지점 유연 보조 서포트 공정 장비를 제안했다 [32, 33] (그림 7 참조). 금형은 다수의 유연 재료 클램핑 요소를 사용하여 근사망 형상 날개의 날개 표면을 지원하며, 접촉 면적을 증가시킨다. ​​ 각 접촉 영역을 보장하고 압력이 각 접촉 부분과 전체 날개에 균등하게 분산되도록 하여 공정 시스템의 강성을 향상시키고 날개의 국부적 변형을 효과적으로 방지합니다. 공구는 여러 패시브 자유도를 가지고 있어 날개 형상과 그 오차에 적응하면서 과잉 위치 지정을 피할 수 있습니다. 유연한 재료를 통해 적응형 지원을 달성하는 것 외에도 전자기 유도 원리를 적용하여 적응형 유연 공구를 연구 개발했습니다. 베이징 항공우주 대학의 양이칭 팀은 전자기 유도 원리를 기반으로 한 보조 지지 장치를 발명했습니다 [34]. 이 공구는 전자기 신호로 자극된 유연한 보조 지지를 사용하여 공정 시스템의 감쇠 특성을 변경할 수 있습니다. 고정 과정에서 보조 지지는 영구 자석의 작용 아래 작업물의 형상에 적응하며, 가공 중 작업물에서 발생하는 진동은 보조 지지로 전달되어 전자기 유도 원리에 따라 역방향 전자기력을 자극하여 얇은 벽체 작업물의 진동을 억제합니다.

현재, 공정 장비 설계 과정에서 유한 요소 분석, 유전 알고리즘 등의 방법을 일반적으로 사용하여 다점 보조 지지 구조를 최적화합니다[35]. 그러나 이러한 최적화 결과는 일반적으로 특정 한 지점의 가공 변형이 최소화되도록 보장할 뿐이며, 다른 가공 부위에서도 동일한 변형 억제 효과를 달성할 수 있다는 보장은 없습니다. 날개 가공 과정에서는 동일한 기계에서 작업물에 대해 여러 가지 도구 경로가 수행되지만, 서로 다른 부분을 가공하기 위한 클램핑 요구 사항은 다르며 시간에 따라 변할 수도 있습니다. 정적인 다점 지지 방식의 경우, 보조 지지체의 수를 늘려 공정 시스템의 강성을 향상시키면 하나의 측면에서는 금형의 질량과 부피가 증가하고, 다른 측면에서는 도구의 이동 공간이 압축될 수 있습니다. 서로 다른 부분을 가공할 때 보조 지지 위치를 재설정하면 가공 과정이 불가피하게 중단되고 가공 효율이 저하됩니다. 따라서, 가공 과정에 따라 지원 배치와 지원력을 실시간으로 자동 조정하는 후속 공정 장비[36-38]가 제안되었습니다. 후속 공정 장비(그림 8 참조)는 어떤 가공 절차가 시작되기 전에 시간에 따라 변하는 절삭 공정의 도구 궤적 및 작업 조건 변화에 따라 도구와 금형 간의 협력으로 동적 지원을 달성할 수 있습니다: 먼저 보조 지지를 현재 가공 변형을 억제하는 데 도움이 되는 위치로 이동시켜 가공 영역에서  작업물은 적극적으로 지지되며, 작업물의 다른 부분들은 가능한 한 적은 접촉으로 위치를 유지하여 가공 과정 중 시간에 따라 변하는 고정 요구 사항에 맞춥니다.

공정 장비의 적응적 동적 지원 능력을 더욱 향상시키고, 가공 과정에서 더 복잡한 고정 요구 사항에 맞추며, 날개 가공 생산의 품질과 효율성을 개선하기 위해 후속 보조 지원 시스템이 여러 동적 보조 지원 요소로 구성된 그룹으로 확장되었습니다. 각 동적 보조 지원 요소는 조정된 동작을 수행해야 하며, 제조 공정의 시간 변동 요구 사항에 따라 지원 그룹과 작업물 간의 접촉을 자동으로 신속하게 재구성해야 합니다. 이 재구성 과정은 전체 작업물의 위치 지정에 간섭하지 않으며, 국부적인 이동이나 진동을 발생시키지 않습니다. 이러한 개념을 기반으로 한 공정 장비는 유연성, 재구성 가능성이 및 자율성을 갖춘 '자기 재구성 그룹 픽처'라고 불리며, 제조 공정의 요구에 따라 다수의 보조 지원을 작업 표면의 다양한 위치에 배치할 수 있습니다. 또한 넓은 면적의 복잡한 형상의 작업물을 처리할 수 있으며, 충분한 강성을 유지하면서 불필요한 지원을 제거합니다. 이 픽처의 작동 방식은 컨트롤러가 프로그래밍된 프로그램에 따라 명령을 보내고, 모바일 베이스가 명령에 따라 지원 요소를 목표 위치로 이동하며, 지원 요소는 작업물의 국부적 기하학적 형상에 적응하여 순응하는 지원을 제공합니다. 단일 지원 요소와 작업물의 국부적 접촉 영역의 동적 특성(강성 및 감쇠)은 지원 요소의 매개변수(예: 하이드라울릭 지원 요소는 일반적으로 입력 하이드라울릭 압력을 변경하여 접촉 특성을 변경할 수 있음)를 변경함으로써 제어될 수 있습니다. 다중 지원 요소와 작업물 사이의 접촉 영역의 동적 특성이 결합되어 공정 시스템의 동적 특성을 형성하며, 이는 각 지원 요소의 매개변수와 지원 요소 그룹의 배치와 관련이 있습니다. 자기 재구성 그룹 픽처의 다점 지원 재구성 계획 설계는 다음 세 가지 문제를 고려해야 합니다: 작업물의 기하학적 형상에 적응, 지원 요소의 빠른 재위치, 그리고 다수의 지원 점들 간의 협력 [40]. 따라서 자기 재구성 그룹 픽처를 사용할 때는 작업물의 형상, 하중 특성 및 고유 경계 조건을 입력으로 사용하여 다양한 가공 조건 하에서 다점 지원 배치와 지원 매개변수를 해결하고, 다점 지원 이동 경로를 계획하며, 해결 결과로부터 제어 코드를 생성하여 컨트롤러에 가져갑니다. 현재 국내외 학자들은 자기 재구성 그룹 픽처에 대해 일부 연구와 시도를 진행했습니다. 해외에서는 EU 프로젝트 SwarmItFIX가 새로운 높은 적응성을 가진 자기 재구성 픽처 시스템을 개발했는데 [41], 이 시스템은 일련의 이동 가능한 보조 지원 요소들이 작업대 위에서 자유롭게 이동하고 실시간으로 재위치하여 가공 부품을 더 잘 지원할 수 있도록 합니다. SwarmItFIX 시스템의 프로토타입은 본 프로젝트에서 구현되었으며 (그림 9a 참조), 이탈리아 항공기 제조업체 현장에서 테스트되었습니다. 중국에서는 청화대학의 왕회 팀이 머신 툴과 협력하여 제어할 수 있는 네 점 클램핑 지원 작업대를 개발했습니다 [42] (그림 9b 참조). 이 작업대는 터빈 날개의 텐온을 미세 가공하는 동안 도구와 자동으로 충돌을 피하고, 캔틸레버된 텐온을 지원할 수 있습니다. 가공 중 네 점 보조 지원은 CNC 가공 센터와 협력하여 도구 위치에 따라 네 점 접촉 상태를 재구성하여 도구와 보조 지원 간의 간섭을 방지하면서도 지원 효과를 보장합니다.

5 미래 개발 동향에 대한 논의

5.1 신소재

항공기 엔진의 추력 대 중량 비 설계 요구 사항이 계속 증가하면서 부품 수는 점차 줄어들고 있으며, 부품의 응력 수준은 점점 더 높아지고 있습니다. 두 가지 주요 전통적인 고온 구조 소재의 성능은 그 한계에 도달했습니다. 최근 몇 년간 항공기 엔진 날개용 신소재가 급속히 발전하고 있으며, 점점 더 많은 고성능 소재들이 얇은 벽체 날개 제작에 사용되고 있습니다. 그중에서 γ -TiAl 합금[43]은 높은 비강도, 내열성 및 우수한 산화 저항 특성을 가지고 있습니다. 동시에 그 밀도는 3.9g/cm3으로 고온 합금의 절반에 불과합니다. 미래에는 700-800℃ 온도 범위에서 날개로써 큰 잠재력을 가지고 있습니다. °C 그러나 γ -TiAl 합금은 우수한 기계적 특성을 가지고 있지만, 그 높은 경도, 낮은 열전도도, 낮은 파괴 강도 및 높은Brittleness는 가공 표면의 완전성과 정밀도를 저하시킵니다. γ -TiAl 합금 재료의 절삭 중에서 부품의 수명에 심각하게 영향을 미칩니다. 따라서 γ -TiAl 합금의 가공 연구는 중요한 이론적 의의와 가치가 있으며, 현재 블레이드 가공 기술의 중요한 연구 방향입니다.

5.2 시간 변동 적응형 가공

항공 엔진 날개는 복잡한 곡면을 가지고 있어 높은 형상 정확도가 필요합니다. 현재 그들의 정밀 가공은 주로 경로 계획과 모델 재구성을 기반으로 하는 기하 적응 가공 방법을 사용합니다. 이 방법은 위치 지정, 고정 등에 의해 발생하는 오류의 영향을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 날개 가공 정확도에 대한 영향입니다. 그러나 금형 단조 날개 블랭크의 두께가 균일하지 않기 때문에, 계획된 경로에 따라 가공 중인 도구의 다른 영역에서 절삭 깊이가 다르며, 이는 불확실한 요소를 절삭 과정에 가져오고 가공 안정성에 영향을 미칩니다. 미래에는 CNC 적응 가공 과정 중 실제 가공 상태 변화를 더 잘 추적해야 합니다[44]. 이를 통해 복잡한 곡면의 가공 정확도를 크게 향상시키고 실시간 피드백 데이터를 기반으로 절삭 매개변수를 조정하는 시간 변동 제어 적응 가공 방법을 형성할 수 있습니다.

5.3 스마트 공정 장비

엔진에서 가장 큰 부품 유형인 날개의 제조 효율은 엔진의 전체 제조 효율에 직접적인 영향을 미치며, 날개의 제조 품질은 엔진의 성능과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 날개의 지능형 정밀 가공은 현재 세계 엔진 날개 제조의 발전 방향이 되었습니다. 기계 도구 및 공정 장비의 연구 개발은 지능형 날개 가공을 실현하는 데 있어 핵심입니다. CNC 기술의 발전에 따라 기계 도구의 지능화 수준이 급격히 향상되었으며, 가공 및 생산 능력도 크게 증가했습니다. 따라서 지능형 공정 장비의 연구 개발 및 혁신은 얇은 벽체 날개의 효율적이고 정밀한 가공을 위한 중요한 발전 방향입니다. 높은 수준의 지능형 CNC 기계 도구와 공정 장비가 결합되어 지능형 날개 가공 시스템(그림 10 참조)을 형성하며, 이는 얇은 벽체 날개의 고정밀, 고효율 및 적응형 CNC 가공을 실현합니다.