항공기 엔진의 얇은 벽, 특수 형상 및 복잡한 블레이드를 위한 정밀 가공 기술 및 장비

블레이드는 항공 엔진의 성능을 달성하기 위한 핵심 구성 요소로서 얇은 벽, 특수 형상, 복잡한 구조, 가공하기 어려운 재료, 가공 정확도 및 표면 품질에 대한 높은 요구 사항과 같은 전형적인 특성을 가지고 있습니다. 블레이드의 정밀하고 효율적인 가공을 달성하는 방법은 현재 항공 엔진 제조 분야에서 주요 과제입니다. 블레이드 가공 정확도에 영향을 미치는 핵심 요인을 분석하여 블레이드 정밀 가공 기술 및 장비에 대한 연구의 현재 상태를 종합적으로 요약하고 항공 엔진 블레이드 가공 기술의 개발 추세를 전망합니다.

항공우주 산업에서 경량, 고강도 박벽 부품은 널리 사용되고 있으며 항공기 엔진과 같은 중요 장비의 성능을 달성하기 위한 핵심 구성 요소입니다[1]. 예를 들어, 대우회율 항공기 엔진의 티타늄 합금 팬 블레이드(그림 1 참조)는 길이가 최대 1m에 달할 수 있으며 복잡한 블레이드 프로파일과 댐핑 플랫폼 구조를 가지고 있으며 가장 얇은 부분의 두께는 1.2mm에 불과하여 전형적인 대형 박벽 특수 형상 부품입니다[2]. 전형적인 박벽 특수 형상 약한 강성 부품으로서 블레이드는 가공 중에 가공 변형 및 진동이 발생하기 쉽습니다[3]. 이러한 문제는 블레이드의 가공 정확도와 표면 품질에 심각한 영향을 미칩니다.

엔진의 성능은 주로 블레이드의 제조 수준에 따라 달라집니다. 엔진 작동 중 블레이드는 고온 및 고압과 같은 극한의 작동 환경에서 안정적으로 작동해야 합니다. 이를 위해서는 블레이드 재료가 우수한 강도, 피로 저항성 및 고온 내식성을 가져야 하며 구조적 안정성을 보장해야 합니다[2]. 일반적으로 항공기 엔진 블레이드에는 티타늄 합금 또는 고온 합금이 사용됩니다. 그러나 티타늄 합금과 고온 합금은 가공성이 좋지 않습니다. 절삭 공정 동안 절삭력이 크고 공구가 빨리 마모됩니다. 공구 마모가 증가함에 따라 절삭력이 더욱 증가하여 더 심각한 가공 변형 및 진동이 발생하여 부품의 치수 정확도가 낮고 표면 품질이 떨어집니다. 극한 작업 조건에서 엔진의 서비스 성능 요구 사항을 충족하기 위해 블레이드의 가공 정확도와 표면 품질이 매우 높습니다. 국내에서 생산된 고바이패스비 터보팬 엔진에 사용되는 티타늄 합금 팬 블레이드를 예로 들면 블레이드의 총 길이는 681mm이고 두께는 6mm 미만입니다. 프로파일 요구 사항은 -0.12 ~ +0.03mm이고, 입구 및 배기 가장자리의 치수 정확도는 -0.05 ~ +0.06mm이며, 블레이드 섹션의 비틀림 오류는 다음과 같습니다. ±10', 표면 거칠기 값 Ra는 0.4보다 우수합니다.μm. 이는 일반적으로 4축 CNC 공작 기계에서 정밀 가공이 필요합니다. 그러나 블레이드의 약한 강성, 복잡한 구조 및 가공하기 어려운 재료로 인해 가공 정확도와 품질을 보장하기 위해 가공 인력은 가공 공정 중에 절삭 매개변수를 여러 번 조정해야 하며, 이는 CNC 가공 센터의 성능을 심각하게 제한하고 엄청난 효율성 낭비를 초래합니다[XNUMX]. 따라서 CNC 가공 기술의 급속한 발전으로 얇은 벽 부품 가공에 대한 변형 제어 및 진동 억제를 달성하고 CNC 가공 센터의 가공 기능을 최대한 활용하는 방법이 첨단 제조 회사에 시급한 요구가 되었습니다.

얇은 벽의 약한 강체 부품의 변형 제어 기술에 대한 연구는 오랫동안 엔지니어와 연구자들의 관심을 끌어왔습니다. 초기 생산 관행에서 사람들은 종종 얇은 벽 구조의 양쪽에서 교대로 밀링하는 워터라인 전략을 사용하는데, 이는 변형과 진동이 치수 정확도에 미치는 부정적인 영향을 어느 정도 쉽게 줄일 수 있습니다. 또한 보강 리브와 같은 사전 제작된 희생 구조를 설정하여 가공 강성을 개선하는 방법도 있습니다.

절단이 어려운 소재에 대한 절단 기술

고온 고압 환경에서 안정적인 서비스 요구 사항을 충족하기 위해 항공기 엔진 블레이드에 일반적으로 사용되는 재료는 티타늄 합금 또는 고온 합금입니다. 최근 몇 년 동안 티타늄-알루미늄 금속간 화합물도 큰 응용 잠재력을 가진 블레이드 재료가 되었습니다. 티타늄 합금은 낮은 열전도도, 낮은 가소성, 낮은 탄성 계수 및 강한 친화력의 특성을 가지고 있어 큰 절삭력, 높은 절삭 온도, 심각한 작업 경화 및 절삭 중 큰 공구 마모와 같은 문제가 발생합니다. 이들은 전형적인 절삭하기 어려운 재료입니다(미세 구조 형태는 그림 2a 참조) [7]. 고온 합금의 주요 특징은 높은 가소성과 강도, 낮은 열전도도 및 내부에 많은 양의 농후한 고용체입니다[8]. 절삭 중 소성 변형은 격자의 심각한 변형, 높은 변형 저항성, 큰 절삭력 및 심각한 냉간 경화 현상을 유발하는데, 이 역시 전형적인 절삭하기 어려운 재료입니다(미세 구조 형태는 그림 2b 참조). 따라서 티타늄 합금 및 고온 합금과 같은 난삭재에 대한 효율적이고 정밀한 절삭 기술을 개발하는 것은 매우 중요합니다. 난삭재의 효율적이고 정밀한 가공을 달성하기 위해 국내외 학자들은 혁신적인 절삭 방법, 최적의 가공 도구 재료 및 최적화된 절삭 매개 변수의 관점에서 심층적인 연구를 수행했습니다.

2.1 절단가공방법의 혁신

혁신적인 절삭 방법 연구 개발 측면에서 학자들은 레이저 가열 및 극저온 냉각과 같은 보조 수단을 도입하여 재료의 가공성을 개선하고 효율적인 절삭을 달성했습니다. 레이저 가열 지원 가공의 작동 원리[9](그림 3a 참조)는 절삭 날 앞의 공작물 표면에 고출력 레이저 빔을 집중시키고 빔의 국부 가열로 재료를 부드럽게 하고 재료의 항복 강도를 줄여 절삭력과 공구 마모를 줄이고 절삭의 품질과 효율성을 향상시키는 것입니다. 극저온 냉각 지원 가공[10](그림 3b 참조)은 액체 질소, 고압 이산화탄소 가스 및 기타 냉각 매체를 사용하여 절삭 부분에 분사하여 절삭 공정을 냉각하고 재료의 열전도도가 낮아 발생하는 과도한 국부 절삭 온도 문제를 피하고 공작물을 국부적으로 차갑고 취성 있게 만들어 칩 분쇄 효과를 향상시킵니다. 영국의 Nuclear AMRC 회사는 고압 이산화탄소 가스를 사용하여 티타늄 합금 가공 공정을 냉각하는 데 성공했습니다. 건식 절삭 상태와 비교했을 때, 분석 결과 극저온 냉각 지원 가공은 절삭력을 줄이고 절삭 표면의 품질을 개선할 뿐만 아니라 공구 마모를 효과적으로 줄이고 공구의 수명을 늘릴 수 있음을 보여줍니다. 또한 초음파 진동 지원 가공[11, 12](그림 3c 참조)도 가공하기 어려운 재료를 효율적으로 절삭하는 효과적인 방법입니다. 공구에 고주파, 소진폭 진동을 적용하여 가공 공정 중에 공구와 공작물 사이의 간헐적 분리가 달성되어 재료 제거 메커니즘이 변경되고 동적 절삭의 안정성이 향상되며 공구와 가공 표면 사이의 마찰을 효과적으로 방지하고 절삭 온도와 절삭력을 줄이고 표면 거칠기 값을 줄이고 공구 마모를 줄입니다. 그 탁월한 공정 효과는 널리 주목을 받았습니다.

2.2 도구 재료의 선택

티타늄 합금과 같은 절삭이 어려운 재료의 경우, 공구 재료를 최적화하면 절삭 결과를 효과적으로 개선할 수 있습니다[8, 13]. 연구에 따르면 티타늄 합금 가공의 경우 가공 속도에 따라 다른 공구를 선택할 수 있습니다. 저속 절삭의 경우 고코발트 고속강을 사용하고, 중속 절삭의 경우 산화 알루미늄 코팅이 된 초경 공구를 사용하고, 고속 절삭의 경우 입방정 질화 붕소(CBN) 공구를 사용합니다. 고온 합금 가공의 경우 경도가 높고 내마모성이 좋은 고바나듐 고속강 또는 YG 초경 공구를 가공에 사용해야 합니다.

2.3 최적의 절단 매개변수

절삭 매개변수도 가공 효과에 영향을 미치는 중요한 요소입니다. 해당 소재에 적합한 절삭 매개변수를 사용하면 가공 품질과 효율성을 효과적으로 개선할 수 있습니다. 절삭 속도 매개변수를 예로 들면, 절삭 속도가 낮으면 소재 표면에 빌드업 엣지 영역이 쉽게 형성되어 표면 가공 정확도가 떨어지고, 절삭 속도가 높으면 열이 쉽게 축적되어 작업물과 공구에 화상을 입을 수 있습니다. 이와 관련하여 하얼빈 과학기술대학의 자이 위안성 교수 팀은 일반적으로 사용되는 가공이 어려운 소재의 기계적 및 물리적 특성을 분석하고 직교 가공 실험을 통해 가공이 어려운 소재에 대한 권장 절삭 속도 표를 요약했습니다[14](표 1 참조). 표에 권장된 공구와 절삭 속도를 가공에 사용하면 가공 결함과 공구 마모를 효과적으로 줄이고 가공 품질을 향상시킬 수 있습니다.

3 복잡한 블레이드 표면을 위한 정밀 CNC 가공 기술

최근 몇 년 동안 항공 산업의 급속한 발전과 시장 수요 증가로 인해 얇은 벽 블레이드의 효율적이고 정밀한 가공에 대한 요구 사항이 점점 더 증가하고 있으며 고정밀 변형 제어 기술에 대한 수요가 더욱 시급해졌습니다. 지능형 제조 기술의 맥락에서 현대 전자 정보 기술을 결합하여 항공기 엔진 블레이드 가공의 변형 및 진동을 지능적으로 제어하는 ​​것은 많은 연구자들에게 핫 토픽이 되었습니다. 블레이드의 복잡한 곡면의 정밀 가공에 지능형 CNC 시스템을 도입하고 지능형 CNC 시스템을 기반으로 가공 프로세스의 오류를 적극적으로 보상하면 변형 및 진동을 효과적으로 억제할 수 있습니다.

가공 공정에서 능동적 오차 보정을 위해 공구 경로와 같은 가공 매개변수의 최적화 및 제어를 달성하기 위해서는 먼저 공정 매개변수가 가공 변형 및 진동에 미치는 영향을 얻는 것이 필요하다. 일반적으로 사용되는 방법은 두 가지가 있다. 하나는 기계 내 측정 및 오차 분석을 통해 각 공구의 결과를 분석하고 추론하는 것이다[15]. 다른 하나는 동적 해석[16], 유한 요소 모델링[17], 실험[18] 및 신경망[19]과 같은 방법을 통해 가공 변형 및 진동에 대한 예측 모델을 수립하는 것이다(그림 4 참조).

위의 예측 모델이나 기계 측정 기술을 기반으로 사람들은 실시간으로 가공 매개변수를 최적화하고 제어할 수도 있습니다. 주류 방향은 공구 경로를 재계획하여 변형 및 진동으로 인한 오류를 보상하는 것입니다. 이 방향에서 일반적으로 사용되는 방법은 "거울 보상 방법"[20]입니다(그림 5 참조). 이 방법은 공칭 공구 궤적을 수정하여 단일 절삭의 변형을 보상합니다. 그러나 단일 보상은 새로운 가공 변형을 생성합니다. 따라서 여러 보상을 통해 절삭력과 가공 변형 간의 반복적 관계를 설정하여 변형을 하나씩 수정해야 합니다. 공구 경로 계획을 기반으로 하는 능동적 오류 보상 방법 외에도 많은 학자들이 절삭 매개변수와 공구 매개변수를 최적화하고 제어하여 변형 및 진동을 제어하는 ​​방법도 연구하고 있습니다. 특정 유형의 항공기 엔진 블레이드를 절단하기 위해 여러 라운드의 직교 테스트를 위해 가공 매개변수를 변경했습니다. 테스트 데이터를 기반으로 각 절삭 매개변수와 공구 매개변수가 블레이드 가공 변형 및 진동 응답에 미치는 영향을 분석했습니다[21-23]. 경험적 예측 모델은 가공 매개변수를 최적화하고, 가공 변형을 효과적으로 줄이고, 절삭 진동을 억제하기 위해 확립되었습니다.

위의 모델과 방법을 기반으로 많은 회사가 CNC 가공 센터의 CNC 시스템을 개발하거나 개선하여 얇은 벽 부품 가공 매개변수의 실시간 적응 제어를 달성했습니다. 이스라엘의 OMAT 회사 [24]의 최적 밀링 시스템은 이 분야의 대표적인 예입니다. 주로 적응 기술을 통해 이송 속도를 조정하여 일정한 힘 밀링의 목적을 달성하고 복잡한 제품의 고효율 및 고품질 가공을 실현합니다. 또한 베이징 징디아오는 기계 내 측정 적응 보상을 통해 달걀 껍질 표면 패턴 조각을 완료하는 고전적인 기술 사례에도 유사한 기술을 적용했습니다 [25]. 미국 GE의 THERRIEN [26]은 가공 중 CNC 가공 코드에 대한 실시간 수정 방법을 제안하여 적응 가공 및 복잡한 얇은 벽 블레이드의 실시간 제어를 위한 기본적인 기술적 수단을 제공했습니다. 유럽연합의 항공기 엔진 터빈 부품 자동화 수리 시스템(AROSATEC)은 적층 제조를 통해 블레이드를 수리한 후 적응형 정밀 밀링을 실현하며, 독일 MTU사와 아일랜드 SIFCO사의 블레이드 수리 생산에 적용되었다[27].

4. 지능형 공정장비 기반 가공강성 향상

지능형 공정 장비를 사용하여 공정 시스템의 강성을 개선하고 감쇠 특성을 개선하는 것도 얇은 벽 블레이드 가공의 변형 및 진동을 억제하고 가공 정확도를 개선하며 표면 품질을 개선하는 효과적인 방법입니다.최근 몇 년 동안 다양한 유형의 항공 엔진 블레이드 가공에 많은 수의 다른 공정 장비가 사용되었습니다[28].항공 엔진 블레이드는 일반적으로 얇고 불규칙한 구조적 특성, 작은 클램핑 및 위치 지정 영역, 낮은 가공 강성 및 절삭 하중 작용 하의 국부 변형을 갖기 때문에 블레이드 가공 장비는 일반적으로 29점 위치 지정 원리[XNUMX]를 충족하는 기준으로 공작물에 보조 지원을 적용하여 공정 시스템의 강성을 최적화하고 가공 변형을 억제합니다.얇은 벽과 불규칙한 곡면은 툴링의 위치 지정 및 클램핑에 대한 두 가지 요구 사항을 제시합니다.첫째, 툴링의 클램핑 힘 또는 접촉 힘은 클램핑 힘의 작용 하에서 공작물의 심각한 국부 변형을 피하기 위해 곡면에 가능한 한 균등하게 분산되어야 합니다. 둘째, 툴링의 위치, 클램핑 및 보조 지지 요소는 각 접촉점에서 균일한 표면 접촉력을 생성하기 위해 공작물의 복잡한 곡면과 더 잘 일치해야 합니다. 이 두 가지 요구 사항에 대응하여 학자들은 유연한 툴링 시스템을 제안했습니다. 유연한 툴링 시스템은 상 변화 유연한 툴링과 적응형 유연한 툴링으로 나눌 수 있습니다. 상 변화 유연한 툴링은 유체의 상 변화 전후의 강성 및 감쇠의 변화를 활용합니다. 액체상 또는 이동상의 유체는 강성 및 감쇠가 낮고 저압 하에서 공작물의 복잡한 곡면에 적응할 수 있습니다. 그 후 유체는 전기/자기/열과 같은 외부 힘에 의해 고체상으로 변환되거나 통합되며 강성 및 감쇠가 크게 개선되어 공작물에 균일하고 유연한 지지를 제공하고 변형 및 진동을 억제합니다.

항공기 엔진 블레이드의 기존 가공 기술에서의 공정 장비는 저융점 합금과 같은 상변화 재료를 사용하여 보조 지지대를 채우는 것입니다. 즉, 공작물 블랭크를 6개 지점에 위치시키고 클램핑한 후, 저융점 합금을 통해 공작물의 위치 기준이 주조 블록으로 주조되어 공작물에 대한 보조 지지대를 제공하고, 복잡한 지점 위치가 일반적인 표면 위치로 변환된 다음, 가공할 부품의 정밀 가공이 수행됩니다(그림 30 참조). 이 공정 방법에는 명백한 결함이 있습니다. 위치 기준 변환으로 인해 위치 정확도가 떨어지고, 생산 준비가 복잡하며, 저융점 합금의 주조 및 용융으로 인해 공작물 표면에 잔류물 및 세척 문제가 발생합니다. 동시에 주조 및 용융 조건도 비교적 열악합니다[31]. 위의 공정 결함을 해결하기 위해 일반적인 방법은 상변화 재료와 결합된 다중 지점 지지 구조를 도입하는 것입니다[XNUMX]. 지지 구조의 상단은 위치 지정을 위해 작업물에 접촉하고 하단은 저융점 합금 챔버에 잠긴다. 저융점 합금의 상 변화 특성을 기반으로 유연한 보조 지지가 달성된다. 지지 구조를 도입하면 저융점 합금이 블레이드와 접촉하여 발생하는 표면 결함을 피할 수 있지만 상 변화 재료의 성능 한계로 인해 상 변화 유연한 툴링은 높은 강성과 높은 응답 속도라는 두 가지 주요 요구 사항을 동시에 충족할 수 없으며 고효율 자동화 생산에 적용하기 어렵다.

위상 변화 유연 툴링의 단점을 해결하기 위해 많은 학자들이 유연 툴링의 연구 및 개발에 적응 개념을 통합했습니다. 적응형 유연 툴링은 전기 기계 시스템을 통해 복잡한 블레이드 모양과 가능한 모양 오류를 적응적으로 일치시킬 수 있습니다. 접촉력이 전체 블레이드에 고르게 분산되도록 하기 위해 툴링은 일반적으로 다중 지점 보조 지지대를 사용하여 지지 매트릭스를 형성합니다. 칭화 대학의 왕 후이 팀은 근접 순형 블레이드 가공에 적합한 다중 지점 유연 보조 지지대 공정 장비를 제안했습니다[32, 33](그림 7 참조). 툴링은 다중 유연 소재 클램핑 요소를 사용하여 근접 순형 블레이드의 블레이드 표면을 지지하여 접촉 영역을 늘립니다. ​​각 접촉 영역과 클램핑 힘이 각 접촉 부분과 전체 블레이드에 고르게 분산되도록 보장하여 프로세스 시스템의 강성을 개선하고 블레이드의 국부적 변형을 효과적으로 방지합니다. 툴링에는 여러 개의 수동 자유도가 있어 과도한 배치를 피하면서 블레이드 모양과 오류를 적응적으로 일치시킬 수 있습니다. 유연한 재료를 통해 적응적 지지를 달성하는 것 외에도 전자기 유도의 원리도 적응적 유연 툴링의 연구 개발에 적용됩니다. 베이징 항공 우주 대학의 Yang Yiqing 팀은 전자기 유도의 원리를 기반으로 보조 지지 장치를 발명했습니다[34]. 툴링은 전자기 신호에 의해 여기되는 유연한 보조 지지대를 사용하여 프로세스 시스템의 감쇠 특성을 변경할 수 있습니다. 클램핑 프로세스 동안 보조 지지대는 영구 자석의 작용으로 작업물의 모양에 적응적으로 일치합니다. 가공하는 동안 작업물에서 생성된 진동은 보조 지지대로 전달되고 역 전자기력은 전자기 유도의 원리에 따라 여기되어 얇은 벽의 작업물 가공의 진동을 억제합니다.

현재 공정 장비 설계 과정에서는 일반적으로 유한 요소 분석, 유전 알고리즘 및 기타 방법을 사용하여 다중 지점 보조 지지대의 레이아웃을 최적화합니다[35]. 그러나 최적화 결과는 일반적으로 한 지점의 가공 변형이 최소화되도록 보장할 수 있으며 다른 가공 부품에서 동일한 변형 억제 효과를 얻을 수 있음을 보장할 수 없습니다. 블레이드 가공 공정에서는 일반적으로 동일한 공작 기계의 공작물에 일련의 공구 패스가 수행되지만 다른 부품을 가공하기 위한 클램핑 요구 사항은 다르고 시간에 따라 달라질 수도 있습니다. 정적 다중 지점 지지 방법의 경우 보조 지지대의 수를 늘려 공정 시스템의 강성을 개선하면 한편으로는 공구의 질량과 부피가 증가하고 다른 한편으로는 공구의 이동 공간이 압축됩니다. 다른 부품을 가공할 때 보조 지지대의 위치가 재설정되면 가공 공정이 불가피하게 중단되고 가공 효율이 감소합니다. 따라서 가공 공정에 따라 지지 레이아웃과 지지력을 온라인으로 자동 조정하는 후속 공정 장비[36-38]가 제안되었다. 후속 공정 장비(그림 8 참조)는 가공 절차가 시작되기 전에 시간 가변 절삭 공정의 공구 궤적과 작업 조건 변화에 따라 공구와 공구의 조정된 협력을 통해 동적 지지를 달성할 수 있다. 먼저 보조 지지대를 현재 가공 변형을 억제하는 데 도움이 되는 위치로 이동하여 가공 영역이 작업물이 능동적으로 지지되는 반면, 작업물의 다른 부분은 가능한 한 접촉이 적은 상태로 위치를 유지하므로 가공 과정 중 시간에 따라 변하는 클램핑 요구 사항을 충족할 수 있습니다.

공정장비의 적응형 동적 지지 기능을 더욱 향상시키고, 가공 공정에서 더욱 복잡한 클램핑 요구 사항에 부응하며, 블레이드 가공 생산의 품질과 효율성을 개선하기 위해 후속 보조 지지를 다수의 동적 보조 지지로 구성된 그룹으로 확장합니다. 각 동적 보조 지원은 제조 공정의 시간적 변화 요구 사항에 따라 동작을 조정하고 지원 그룹과 작업물 간의 접촉을 자동으로 빠르게 재구성하는 데 필요합니다. 재구성 과정은 전체 작업물의 위치를 ​​방해하지 않으며 국부적인 변위나 진동을 일으키지 않습니다. 이 개념을 기반으로 하는 공정 장비는 자체 재구성 가능 그룹 픽스처[39]라고 하며 유연성, 재구성 가능성 및 자율성의 이점이 있습니다. 자체 재구성이 가능한 그룹 고정 장치는 제조 공정의 요구 사항에 따라 지지 표면의 다양한 위치에 여러 개의 보조 지지대를 할당할 수 있으며, 넓은 면적의 복잡한 모양의 작업물에 적응할 수 있으며, 충분한 강성을 보장하고 중복되는 지지대를 제거할 수 있습니다. 이 고정물의 작동 방식은 컨트롤러가 프로그래밍된 프로그램에 따라 명령을 보내고, 모바일 베이스가 명령에 따라 지지 요소를 목표 위치로 가져오는 것입니다. 지지 요소는 작업물의 국부적 기하학적 모양에 맞춰 조정되어 호환되는 지지를 달성합니다. 단일 지지 요소와 국부 작업물 사이 접촉 영역의 동적 특성(강성 및 감쇠)은 지지 요소의 매개변수를 변경하여 제어할 수 있습니다(예를 들어, 유압 지지 요소는 일반적으로 입력 유압을 변경하여 접촉 특성을 변경할 수 있습니다). 공정 시스템의 동적 특성은 여러 지지 요소와 작업물 사이의 접촉 영역의 동적 특성의 결합에 의해 형성되며, 각 지지 요소의 매개변수와 지지 요소 그룹의 레이아웃과 관련됩니다. 자체 재구성 가능한 그룹 고정 장치의 다중 지점 지지 재구성 계획을 설계하려면 다음 세 가지 문제를 고려해야 합니다. 즉, 작업물의 기하학적 모양에 적응하고, 지지 요소를 빠르게 재배치하고, 다중 지지 지점의 협력을 조정하는 것입니다[40]. 따라서 자체 재구성 가능한 그룹 고정 장치를 사용할 때는 작업물 형상, 하중 특성, 내재적 경계 조건을 입력으로 사용하여 다양한 가공 조건에서 다중점 지지 레이아웃과 지지 매개변수를 해결하고, 다중점 지지 이동 경로를 계획하고, 솔루션 결과에서 제어 코드를 생성하여 컨트롤러로 가져와야 합니다. 현재 국내외 학자들은 자체 재구성이 가능한 그룹 픽스처에 대한 연구와 시도를 진행하고 있다. 외국에서는 EU 프로젝트 SwarmItFIX가 작업대에서 자유롭게 움직이고 실시간으로 재배치하여 가공된 부품을 더 잘 지지할 수 있는 일련의 모바일 보조 지지대를 사용하는 새로운 고도로 적응성이 뛰어난 자체 재구성 가능 고정 시스템[41]을 개발했습니다. 이 프로젝트에는 SwarmItFIX 시스템의 프로토타입이 구현되었으며(그림 9a 참조) 이탈리아 항공기 제조업체의 현장에서 테스트되었습니다. 중국에서는 Tsinghua 대학의 Wang Hui 팀이 공작 기계와 협력하여 제어할 수 있는 42점 클램핑 지원 작업대를 개발했습니다[9](그림 XNUMXb 참조). 이 작업대는 캔틸레버형 테넌을 지지하고 터빈 블레이드의 테넌을 정밀 가공하는 동안 공구를 자동으로 피할 수 있습니다.

5 미래 발전 추세에 대한 논의

5.1 새로운 자료

항공기 엔진의 추력 대 중량비 설계 요구 사항이 계속 증가함에 따라 부품 수가 점차 감소하고 부품의 응력 수준이 점점 더 높아지고 있습니다. 두 가지 주요 전통 고온 구조 재료의 성능은 한계에 도달했습니다. 최근 몇 년 동안 항공기 엔진 블레이드용 신소재가 빠르게 개발되었으며 점점 더 많은 고성능 소재가 얇은 벽 블레이드를 만드는 데 사용됩니다. 그 중, γ-TiAl 합금[43]은 높은 비강도, 고온 저항성, 양호한 산화 저항성과 같은 우수한 특성을 가지고 있습니다. 동시에 밀도는 3.9g/cm3로 고온 합금의 절반에 불과합니다. 앞으로 700-800℃ 온도 범위에서 블레이드로서 큰 잠재력을 가지고 있습니다.℃. 이기는 하지만 γ-TiAl 합금은 우수한 기계적 성질을 가지고 있지만 경도가 높고 열전도도가 낮으며 파괴인성이 낮고 취성이 높아 표면 무결성이 낮고 정밀도가 낮습니다. γ-절단 시 TiAl 합금 소재는 부품의 수명에 심각한 영향을 미칩니다. 따라서 가공 연구는 γ-TiAl 합금은 중요한 이론적 의의와 가치를 지니고 있으며, 현재 블레이드 가공 기술의 중요한 연구 방향입니다.

5.2 시간 가변 적응 처리

항공기 엔진 블레이드는 복잡한 곡면을 가지고 있으며 높은 형상 정확도가 필요합니다. 현재 정밀 가공은 주로 경로 계획 및 모델 재구성을 기반으로 하는 기하학적 적응 가공 방법을 사용합니다. 이 방법은 위치 지정, 클램핑 등으로 인한 오류가 블레이드 가공 정확도에 미치는 영향을 효과적으로 줄일 수 있습니다. 영향. 그러나 다이 단조 블레이드 블랭크의 두께가 고르지 않아 계획된 경로에 따라 절삭 공정 중에 공구의 다른 영역에서 절삭 깊이가 달라 절삭 공정에 불확실한 요소가 발생하고 가공 안정성에 영향을 미칩니다. 앞으로 CNC 적응 가공 공정 중에 실제 가공 상태 변화를 더 잘 추적하여[44] 복잡한 곡면의 가공 정확도를 크게 향상시키고 실시간 피드백 데이터를 기반으로 절삭 매개변수를 조정하는 시간 가변 제어 적응 가공 방법을 형성해야 합니다.

5.3 지능형 공정 장비

엔진에서 가장 큰 부품 유형으로서 블레이드의 제조 효율성은 엔진의 전반적인 제조 효율성에 직접적인 영향을 미치고 블레이드의 제조 품질은 엔진의 성능과 수명에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 블레이드의 지능형 정밀 가공은 오늘날 세계 엔진 블레이드 제조의 개발 방향이 되었습니다. 공작 기계 및 공정 장비의 연구 개발은 지능형 블레이드 가공을 실현하는 데 핵심입니다. CNC 기술의 발전으로 공작 기계의 지능 수준이 빠르게 향상되었고 가공 및 생산 용량이 크게 향상되었습니다. 따라서 지능형 공정 장비의 연구 개발 및 혁신은 박벽 블레이드의 효율적이고 정밀한 가공을 위한 중요한 개발 방향입니다. 고도로 지능형 CNC 공작 기계는 공정 장비와 결합되어 지능형 블레이드 가공 시스템(그림 10 참조)을 형성하여 박벽 블레이드의 고정밀, 고효율 및 적응형 CNC 가공을 실현합니다.