Công nghệ và thiết bị gia công chính xác cho các cánh quạt mỏng, hình dạng đặc biệt và cấu trúc phức tạp của động cơ máy bay

Là một thành phần quan trọng để đạt được hiệu suất của động cơ phản lực, các cánh quạt có đặc điểm điển hình như tường mỏng, hình dạng đặc biệt, cấu trúc phức tạp, vật liệu khó gia công và yêu cầu cao về độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt. Làm thế nào để đạt được việc gia công chính xác và hiệu quả cho các cánh quạt là một thách thức lớn trong lĩnh vực sản xuất động cơ phản lực hiện nay. Qua việc phân tích các yếu tố then chốt ảnh hưởng đến độ chính xác của việc gia công cánh quạt, tình trạng nghiên cứu hiện tại về công nghệ và thiết bị gia công chính xác của cánh quạt được tổng kết toàn diện, và xu hướng phát triển của công nghệ gia công cánh quạt động cơ phản lực được dự báo.

Trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, các chi tiết có trọng lượng nhẹ, độ bền cao và thành mỏng được sử dụng rộng rãi và là các bộ phận then chốt để đạt được hiệu suất của thiết bị quan trọng như động cơ máy bay [1]. Ví dụ, các cánh quạt bằng hợp kim titan của động cơ máy bay có tỷ lệ vòng qua lớn có thể dài tới 1 mét, với hình dạng cánh phức tạp và cấu trúc nền giảm chấn, và độ dày của phần mỏng nhất chỉ khoảng 1.2 mm, đây là một chi tiết đặc biệt có kích thước lớn và thành mỏng điển hình [2]. Là một chi tiết đặc biệt thành mỏng yếu điển hình, lưỡi cánh dễ bị biến dạng và rung lắc trong quá trình gia công [3]. Những vấn đề này ảnh hưởng nghiêm trọng đến độ chính xác và chất lượng bề mặt của lưỡi cánh.

Hiệu suất của động cơ phụ thuộc rất lớn vào mức độ chế tạo của các cánh quạt. Trong quá trình vận hành của động cơ, các cánh quạt cần hoạt động ổn định trong các điều kiện làm việc cực đoan như nhiệt độ cao và áp suất cao. Điều này đòi hỏi vật liệu cánh quạt phải có độ bền tốt, khả năng chống mệt mỏi và khả năng chống ăn mòn ở nhiệt độ cao, đồng thời đảm bảo sự ổn định về cấu trúc [2]. Thông thường, hợp kim titan hoặc hợp kim nhiệt độ cao được sử dụng cho các cánh quạt động cơ máy bay. Tuy nhiên, hợp kim titan và hợp kim nhiệt độ cao có khả năng gia công kém. Trong quá trình cắt gọt, lực cắt lớn và công cụ mòn nhanh. Khi độ mòn của công cụ tăng lên, lực cắt sẽ tiếp tục tăng, dẫn đến biến dạng và rung động nghiêm trọng hơn trong quá trình gia công, gây ra độ chính xác kích thước thấp và chất lượng bề mặt kém của các bộ phận. Để đáp ứng yêu cầu hiệu suất làm việc của động cơ trong điều kiện làm việc cực đoan, độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt của các cánh quạt là cực kỳ cao. Ví dụ điển hình là các cánh quạt bằng hợp kim titan được sử dụng trong động cơ tuabin quạt tỷ lệ vòng tránh cao sản xuất trong nước, chiều dài tổng thể của cánh quạt là 681mm, trong khi độ dày nhỏ hơn 6mm. Yêu cầu về đường cong là -0.12 đến +0.03mm, độ chính xác kích thước của mép hút và thải là -0.05 đến +0.06mm, sai số xoắn của tiết diện cánh quạt nằm trong ± 10′, và giá trị độ nhám bề mặt Ra tốt hơn 0.4 μ m. Điều này thường yêu cầu gia công chính xác trên máy công cụ CNC năm trục. Tuy nhiên, do lưỡi dao có độ cứng yếu, cấu trúc phức tạp và vật liệu khó gia công, để đảm bảo độ chính xác và chất lượng gia công, nhân viên quy trình phải điều chỉnh các thông số cắt nhiều lần trong quá trình gia công, điều này nghiêm trọng hạn chế hiệu suất của trung tâm gia công CNC và gây lãng phí hiệu suất lớn [4]. Do đó, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ gia công CNC, làm thế nào để đạt được kiểm soát biến dạng và giảm rung động trong quá trình gia công chi tiết có thành mỏng và phát huy tối đa khả năng gia công của trung tâm gia công CNC đã trở thành nhu cầu cấp thiết đối với các công ty sản xuất tiên tiến.

Các nghiên cứu về công nghệ kiểm soát biến dạng của chi tiết có thành mỏng và độ cứng yếu đã thu hút sự chú ý của các kỹ sư và nhà nghiên cứu trong một thời gian dài. Trong thực tiễn sản xuất ban đầu, người ta thường sử dụng chiến lược đường nước bằng cách phay luân phiên cả hai bên của cấu trúc thành mỏng, điều này có thể giảm bớt tác động bất lợi của biến dạng và rung động đối với độ chính xác kích thước ở một mức độ nhất định. Ngoài ra, còn có cách cải thiện độ cứng gia công bằng cách đặt các cấu trúc hy sinh được chế tạo sẵn như dầm gia cường.

Công nghệ cắt cho vật liệu khó cắt

Để đáp ứng yêu cầu về dịch vụ ổn định trong môi trường nhiệt độ cao và áp suất cao, các vật liệu thường được sử dụng cho cánh tua-bin động cơ máy bay là hợp kim titan hoặc hợp kim nhiệt độ cao. Trong những năm gần đây, hợp kim liên kim loại titan-alumin cũng đã trở thành một vật liệu cánh với tiềm năng ứng dụng lớn. Hợp kim titan có đặc điểm dẫn nhiệt thấp, dẻo kém, mô đun đàn hồi thấp và tính kết dính mạnh, điều này khiến chúng gặp phải các vấn đề như lực cắt lớn, nhiệt độ cắt cao, cứng hóa nghiêm trọng và mài mòn công cụ lớn trong quá trình cắt. Chúng là các vật liệu khó cắt điển hình (hình thái vi cấu trúc xem Hình 2a) [7]. Đặc điểm chính của hợp kim nhiệt độ cao là độ dẻo và cường độ cao, dẫn nhiệt kém và có lượng lớn dung dịch rắn bên trong [8]. Biến dạng dẻo trong quá trình cắt gây ra sự biến dạng nghiêm trọng của mạng tinh thể, sức kháng biến dạng cao, lực cắt lớn và hiện tượng cứng lạnh nghiêm trọng, đây cũng là các vật liệu khó cắt điển hình (hình thái vi cấu trúc xem Hình 2b). Do đó, việc phát triển công nghệ cắt hiệu quả và chính xác cho các vật liệu khó cắt như hợp kim titan và hợp kim nhiệt độ cao là rất quan trọng. Để đạt được gia công hiệu quả và chính xác cho các vật liệu khó cắt, các học giả trong và ngoài nước đã tiến hành nghiên cứu sâu từ các góc độ phương pháp cắt sáng tạo, vật liệu công cụ gia công tối ưu và tham số cắt tối ưu.

2.1 Sự đổi mới của phương pháp gia công cắt

Về mặt nghiên cứu và phát triển sáng tạo về phương pháp cắt, các học giả đã giới thiệu các biện pháp phụ trợ như làm nóng bằng tia laser và làm mát bằng nhiệt độ cực thấp để cải thiện khả năng gia công của vật liệu và đạt được hiệu quả cắt cao. Nguyên lý hoạt động của gia công hỗ trợ bằng làm nóng tia laser [9] (xem Hình 3a) là tập trung một tia laser công suất cao lên bề mặt chi tiết trước lưỡi cắt, làm mềm vật liệu bằng cách làm nóng cục bộ từ tia laser, giảm độ bền chịu chảy của vật liệu, từ đó giảm lực cắt và mài mòn dao cụ, đồng thời cải thiện chất lượng và hiệu quả của quá trình cắt. Gia công hỗ trợ bằng làm mát nhiệt độ cực thấp [10] (xem Hình 3b) sử dụng các môi trường làm mát như nitơ lỏng, khí carbon dioxide áp suất cao phun vào phần cắt để làm mát quá trình cắt, tránh vấn đề nhiệt độ cắt cục bộ quá cao do tính dẫn nhiệt kém của vật liệu, và làm cho chi tiết trở nên giòn ở khu vực cục bộ, từ đó tăng cường hiệu quả gãy chips. Công ty Nuclear AMRC ở Anh đã thành công trong việc sử dụng khí carbon dioxide áp suất cao để làm mát quá trình gia công hợp kim titan. So sánh với trạng thái cắt khô, phân tích cho thấy rằng gia công hỗ trợ bằng làm mát nhiệt độ cực thấp không chỉ giảm lực cắt và cải thiện chất lượng bề mặt cắt mà còn hiệu quả giảm mài mòn dao cụ và tăng tuổi thọ của dao. Ngoài ra, gia công hỗ trợ bằng dao động siêu âm [11, 12] (xem Hình 3c) cũng là một phương pháp hiệu quả để cắt hiệu quả các vật liệu khó gia công. Bằng cách áp dụng dao động tần số cao, biên độ nhỏ cho dao cụ, sự tách rời gián đoạn giữa dao và chi tiết được thực hiện trong quá trình gia công, thay đổi cơ chế loại bỏ vật liệu, tăng cường sự ổn định của cắt động, tránh hiệu quả ma sát giữa dao và bề mặt gia công, giảm nhiệt độ cắt và lực cắt, giảm giá trị độ nhám bề mặt và giảm mài mòn dao cụ. Các hiệu ứng quy trình xuất sắc của nó đã nhận được sự quan tâm rộng rãi.

2.2 Lựa chọn vật liệu công cụ

Đối với các vật liệu khó gia công như hợp kim titan, việc tối ưu hóa vật liệu công cụ có thể cải thiện hiệu quả gia công [8, 13]. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng trong quá trình gia công hợp kim titan, có thể chọn các loại công cụ khác nhau tùy theo tốc độ gia công. Đối với gia công tốc độ thấp, sử dụng thép tốc độ cao chứa cobalt cao, đối với gia công tốc độ trung bình, sử dụng công cụ gốm kim loại có lớp phủ oxit nhôm, và đối với gia công tốc độ cao, sử dụng công cụ nitrua boron lập phương (CBN); đối với gia công hợp kim nhiệt độ cao, nên sử dụng thép tốc độ cao chứa vanadi cao hoặc công cụ gốm kim loại YG có độ cứng cao và khả năng chống mài mòn tốt để gia công.

2.3 Tham số cắt tối ưu

Các thông số cắt cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả gia công. Sử dụng các thông số cắt phù hợp cho các vật liệu tương ứng có thể cải thiện hiệu quả và chất lượng gia công. Lấy ví dụ về thông số tốc độ cắt, tốc độ cắt thấp có thể dễ dàng hình thành vùng mép tích tụ trên bề mặt vật liệu, làm giảm độ chính xác của bề mặt gia công; tốc độ cắt cao có thể dễ dàng gây tích tụ nhiệt, dẫn đến cháy công cụ và chi tiết. Về vấn đề này, nhóm của Giáo sư Zhai Yuansheng tại Đại học Khoa học và Công nghệ Harbin đã phân tích các đặc tính cơ học và vật lý của các vật liệu khó gia công thường gặp và tổng kết bảng khuyến nghị về tốc độ cắt cho các vật liệu khó gia công thông qua các thí nghiệm gia công trực giao [14] (xem Bảng 1). Sử dụng các công cụ và tốc độ cắt được khuyến nghị trong bảng để gia công có thể hiệu quả giảm thiểu khuyết tật gia công và mòn công cụ, đồng thời cải thiện chất lượng gia công.

công nghệ gia công CNC chính xác 3 trục cho các bề mặt lưỡi complex

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành hàng không và nhu cầu thị trường ngày càng tăng, yêu cầu về việc gia công hiệu quả và chính xác các lưỡi cánh mỏng đã được nâng cao đáng kể, và nhu cầu về công nghệ kiểm soát biến dạng chính xác hơn cũng trở nên cấp bách hơn. Trong bối cảnh công nghệ sản xuất thông minh, kết hợp công nghệ điện tử thông tin hiện đại để đạt được kiểm soát thông minh về biến dạng và rung động trong quá trình gia công lưỡi động cơ máy bay đã trở thành một chủ đề nóng đối với nhiều nhà nghiên cứu. Việc đưa hệ thống CNC thông minh vào quá trình gia công chính xác các bề mặt cong phức tạp của lưỡi cánh, và bù đắp chủ động các lỗi trong quá trình gia công dựa trên hệ thống CNC thông minh, có thể hiệu quả kiểm soát biến dạng và rung động.

Để bù đắp lỗi chủ động trong quá trình gia công, nhằm đạt được tối ưu hóa và kiểm soát các thông số gia công như đường đi của dụng cụ, trước tiên cần phải xác định ảnh hưởng của các thông số quy trình đến biến dạng và rung động trong gia công. Có hai phương pháp thường được sử dụng: một là phân tích và suy luận kết quả của mỗi lần qua của dụng cụ thông qua đo lường trên máy và phân tích lỗi [15]; còn lại là thiết lập mô hình dự đoán về biến dạng và rung động trong gia công thông qua các phương pháp như phân tích động học [16], mô hình phần tử hữu hạn [17], thí nghiệm [18] và mạng nơ-ron [19] (xem Hình 4).

Dựa trên mô hình dự đoán hoặc công nghệ đo lường trực tiếp, con người có thể tối ưu hóa và thậm chí kiểm soát các thông số gia công theo thời gian thực. Hướng chính là bù đắp các lỗi do biến dạng và rung động bằng cách lập lại đường đi của dao cụ. Phương pháp thường được sử dụng trong hướng này là phương pháp "bù đắp gương" [20] (xem Hình 5). Phương pháp này bù đắp biến dạng từ một lần cắt duy nhất bằng cách hiệu chỉnh quỹ đạo dao cụ danh nghĩa. Tuy nhiên, việc bù đắp đơn lẻ sẽ tạo ra biến dạng gia công mới. Do đó, cần thiết lập mối quan hệ lặp đi lặp lại giữa lực cắt và biến dạng gia công thông qua nhiều lần bù đắp để sửa chữa từng biến dạng. Ngoài phương pháp bù đắp lỗi chủ động dựa trên quy hoạch đường đi dao cụ, nhiều học giả cũng đang nghiên cứu cách kiểm soát biến dạng và rung động bằng cách tối ưu hóa và kiểm soát các thông số cắt và thông số dao cụ. Đối với việc cắt một loại cánh tua-bin động cơ máy bay nhất định, các thông số gia công đã được thay đổi qua nhiều vòng thử nghiệm vuông góc. Dựa trên dữ liệu thử nghiệm, ảnh hưởng của mỗi thông số cắt và thông số dao cụ đến biến dạng gia công và phản ứng rung động của cánh tua-bin đã được phân tích [21-23]. Một mô hình dự đoán kinh nghiệm đã được thiết lập để tối ưu hóa các thông số gia công, giảm hiệu quả biến dạng gia công và kiểm soát rung động khi cắt.

Dựa trên các mô hình và phương pháp trên, nhiều công ty đã phát triển hoặc cải tiến hệ thống CNC của trung tâm gia công CNC để đạt được điều khiển thích ứng thời gian thực đối với các thông số gia công của chi tiết có thành mỏng. Hệ thống phay tối ưu của công ty OMAT ở Israel [24] là một đại diện tiêu biểu trong lĩnh vực này. Nó chủ yếu điều chỉnh tốc độ cho ăn thông qua công nghệ thích ứng để đạt được mục đích phay lực hằng định và thực hiện gia công hiệu quả cao và chất lượng cao cho các sản phẩm phức tạp. Ngoài ra, Bắc Kinh Jingdiao cũng đã áp dụng công nghệ tương tự trong trường hợp kỹ thuật điển hình khi hoàn thành việc khắc hoa văn trên bề mặt vỏ trứng thông qua bù trừ thích ứng đo lường trên máy [25]. THERRIEN của GE ở Hoa Kỳ [26] đã đề xuất phương pháp hiệu chỉnh thời gian thực cho mã gia công CNC trong quá trình gia công, cung cấp phương tiện kỹ thuật cơ bản cho gia công thích ứng và điều khiển thời gian thực của các cánh quạt có thành mỏng phức tạp. Hệ thống sửa chữa tự động của Liên minh châu Âu cho các bộ phận turbin động cơ máy bay (AROSATEC) thực hiện phay chính xác thích ứng sau khi cánh được sửa chữa bằng sản xuất thêm, và đã được áp dụng vào sản xuất sửa chữa cánh của công ty MTU ở Đức và công ty SIFCO ở Ireland [27].

4. Cải thiện độ cứng trong gia công dựa trên thiết bị chế tạo thông minh

Sử dụng thiết bị quy trình thông minh để cải thiện độ cứng của hệ thống quy trình và cải thiện đặc tính giảm chấn cũng là một cách hiệu quả để ức chế biến dạng và rung động trong gia công cánh quạt mỏng, nâng cao độ chính xác của quá trình gia công và cải thiện chất lượng bề mặt. Trong những năm gần đây, một số lượng lớn các loại thiết bị quy trình khác nhau đã được sử dụng trong việc gia công nhiều loại lưỡi cánh động cơ phản lực [28]. Vì lưỡi cánh động cơ phản lực thường có đặc điểm cấu trúc mỏng và không đều, diện tích kẹp và định vị nhỏ, độ cứng gia công thấp và biến dạng cục bộ dưới tác động của tải trọng cắt gọt, thiết bị gia công lưỡi cánh thường áp dụng sự hỗ trợ phụ trợ cho chi tiết trên cơ sở tuân thủ nguyên tắc định vị sáu điểm [29] để tối ưu hóa độ cứng của hệ thống quy trình và ức chế biến dạng trong quá trình gia công. Các bề mặt cong mỏng và không đều đặt ra hai yêu cầu đối với việc định vị và kẹp chặt của đồ gá: thứ nhất, lực kẹp hoặc lực tiếp xúc của đồ gá nên được phân bố đều nhất có thể trên bề mặt cong để tránh biến dạng cục bộ nghiêm trọng của chi tiết dưới tác động của lực kẹp; thứ hai, các yếu tố định vị, kẹp chặt và hỗ trợ phụ trợ của đồ gá cần phải phù hợp hơn với bề mặt cong phức tạp của chi tiết để tạo ra lực tiếp xúc bề mặt đồng đều tại mỗi điểm tiếp xúc. Đáp ứng hai yêu cầu này, các học giả đã đề xuất một hệ thống đồ gá linh hoạt. Hệ thống đồ gá linh hoạt có thể được chia thành đồ gá linh hoạt thay đổi pha và đồ gá linh hoạt thích ứng. Đồ gá linh hoạt thay đổi pha tận dụng sự thay đổi về độ cứng và giảm chấn trước và sau khi thay đổi pha của chất lỏng: chất lỏng ở trạng thái lỏng hoặc di động có độ cứng và giảm chấn thấp, và có thể thích ứng với bề mặt cong phức tạp của chi tiết dưới áp suất thấp. Sau đó, chất lỏng được chuyển hóa thành trạng thái rắn hoặc được cố định bởi các lực bên ngoài như điện/từ/nhiệt, và độ cứng cùng với khả năng giảm chấn được cải thiện đáng kể, từ đó cung cấp sự hỗ trợ linh hoạt và đồng đều cho chi tiết và ức chế biến dạng và rung động.

Thiết bị quy trình trong công nghệ chế tạo truyền thống của cánh tua-bin động cơ máy bay là sử dụng vật liệu thay đổi pha như hợp kim điểm nóng chảy thấp để làm vật hỗ trợ phụ. Nghĩa là, sau khi phôi được định vị và kẹp tại sáu điểm, tiêu chuẩn định vị của chi tiết được đúc thành khối thông qua hợp kim điểm nóng chảy thấp để cung cấp hỗ trợ phụ cho chi tiết, chuyển đổi việc định vị điểm phức tạp thành việc định vị bề mặt đều đặn, sau đó thực hiện gia công chính xác cho phần cần xử lý (xem Hình 6). Phương pháp quy trình này có những khuyết điểm rõ ràng: việc chuyển đổi tiêu chuẩn định vị dẫn đến giảm độ chính xác định vị; việc chuẩn bị sản xuất phức tạp, và quá trình đúc và tan chảy của hợp kim điểm nóng chảy thấp cũng gây ra vấn đề về tàn dư và làm sạch trên bề mặt chi tiết. Đồng thời, điều kiện đúc và tan chảy cũng tương đối kém [30]. Để giải quyết các khuyết điểm quy trình nêu trên, một phương pháp phổ biến là giới thiệu cấu trúc hỗ trợ đa điểm kết hợp với vật liệu thay đổi pha [31]. Đầu trên của cấu trúc hỗ trợ tiếp xúc với chi tiết để định vị, và đầu dưới ngập trong buồng hợp kim điểm nóng chảy thấp. Hỗ trợ phụ linh hoạt được đạt được dựa trên đặc tính thay đổi pha của hợp kim điểm nóng chảy thấp. Mặc dù việc giới thiệu cấu trúc hỗ trợ có thể tránh các khuyết tật bề mặt do hợp kim điểm nóng chảy thấp tiếp xúc với lưỡi cánh, nhưng do hạn chế về hiệu suất của vật liệu thay đổi pha, công cụ linh hoạt thay đổi pha không thể đồng thời đáp ứng hai yêu cầu lớn là độ cứng cao và tốc độ phản hồi cao, và khó áp dụng cho sản xuất tự động hiệu quả cao.

Để giải quyết những nhược điểm của công cụ linh hoạt thay đổi pha, nhiều học giả đã tích hợp khái niệm thích ứng vào nghiên cứu và phát triển công cụ linh hoạt. Công cụ linh hoạt thích ứng có thể tự động khớp với các hình dạng lưỡi complex và các lỗi hình dạng có thể xảy ra thông qua các hệ thống điện cơ. Để đảm bảo rằng lực tiếp xúc được phân bố đều trên toàn bộ lưỡi, công cụ thường sử dụng các điểm hỗ trợ phụ để tạo thành một ma trận hỗ trợ. Đội ngũ của Vương Huy tại Đại học Tsinghua đã đề xuất thiết bị quy trình hỗ trợ phụ nhiều điểm linh hoạt phù hợp cho việc gia công lưỡi gần hình dạng cuối cùng [32, 33] (xem Hình 7). Công cụ sử dụng nhiều phần tử kẹp vật liệu linh hoạt để hỗ trợ bề mặt lưỡi của lưỡi gần hình dạng cuối cùng, tăng diện tích tiếp xúc của ​​ mỗi khu vực tiếp xúc và đảm bảo rằng lực kẹp được phân bố đều trên mỗi phần tiếp xúc và toàn bộ lưỡi, từ đó cải thiện độ cứng của hệ thống quy trình và ngăn ngừa hiệu quả sự biến dạng cục bộ của lưỡi. Công cụ có nhiều bậc tự do thụ động, có thể thích ứng với hình dạng lưỡi và sai số của nó mà không gây quá định vị. Ngoài việc đạt được hỗ trợ thích ứng thông qua vật liệu linh hoạt, nguyên lý cảm ứng điện từ cũng được áp dụng vào nghiên cứu và phát triển công cụ linh hoạt thích ứng. Đội ngũ Dương Nghị Thanh tại Đại học Hàng không Vũ trụ Bắc Kinh đã phát minh ra một thiết bị hỗ trợ phụ dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ [34]. Công cụ sử dụng một hệ thống hỗ trợ phụ linh hoạt được kích thích bởi tín hiệu điện từ, có thể thay đổi đặc tính giảm chấn của hệ thống quy trình. Trong quá trình kẹp, hệ thống hỗ trợ phụ sẽ thích ứng với hình dạng chi tiết dưới tác động của nam châm vĩnh cửu. Trong quá trình gia công, rung động sinh ra bởi chi tiết sẽ được truyền đến hệ thống hỗ trợ phụ, và lực điện từ ngược sẽ được kích thích theo nguyên lý cảm ứng điện từ, từ đó ức chế rung động trong quá trình gia công của chi tiết mỏng.

Hiện nay, trong quá trình thiết kế thiết bị quy trình, các phương pháp như phân tích phần tử hữu hạn, thuật toán di truyền và các phương pháp khác thường được sử dụng để tối ưu hóa bố cục của các điểm hỗ trợ phụ đa điểm [35]. Tuy nhiên, kết quả tối ưu thông thường chỉ có thể đảm bảo rằng biến dạng gia công tại một điểm được giảm thiểu, và không thể đảm bảo rằng cùng hiệu quả kiểm soát biến dạng có thể đạt được ở các phần gia công khác. Trong quá trình gia công lưỡi cánh, một loạt các lần chạy dao thường được thực hiện trên chi tiết công việc trên cùng một máy công cụ, nhưng yêu cầu kẹp chặt cho việc gia công các phần khác nhau là khác nhau và thậm chí có thể thay đổi theo thời gian. Đối với phương pháp hỗ trợ đa điểm tĩnh, nếu độ cứng của hệ thống quy trình được cải thiện bằng cách tăng số lượng các điểm hỗ trợ phụ, mặt khác, khối lượng và kích thước của đồ gá sẽ tăng lên, và mặt khác, không gian chuyển động của dụng cụ sẽ bị nén lại. Nếu vị trí của điểm hỗ trợ phụ được đặt lại khi gia công các phần khác nhau, quá trình gia công chắc chắn sẽ bị gián đoạn và hiệu suất gia công sẽ giảm xuống. Do đó, thiết bị quy trình theo dõi [36-38] đã được đề xuất, tự động điều chỉnh bố cục hỗ trợ và lực hỗ trợ trực tuyến theo quy trình gia công. Thiết bị quy trình theo dõi (xem Hình 8) có thể đạt được hỗ trợ động thông qua sự hợp tác đồng bộ giữa dụng cụ và đồ gá dựa trên quỹ đạo dụng cụ và sự thay đổi điều kiện làm việc của quá trình cắt thay đổi theo thời gian trước khi bất kỳ quy trình gia công nào bắt đầu: trước tiên di chuyển điểm hỗ trợ phụ đến một vị trí giúp giảm biến dạng gia công hiện tại, để khu vực gia công  phần công件 được hỗ trợ chủ động, trong khi các phần khác của công件 vẫn giữ nguyên vị trí với mức tiếp xúc ít nhất có thể, từ đó đáp ứng yêu cầu kẹp chặt thay đổi theo thời gian trong quá trình gia công.

Để tiếp tục nâng cao khả năng hỗ trợ động thích ứng của thiết bị quy trình, đáp ứng các yêu cầu kẹp chặt phức tạp hơn trong quá trình gia công và cải thiện chất lượng cũng như hiệu suất sản xuất gia công lưỡi cánh, hệ thống hỗ trợ phụ trợ được mở rộng thành một nhóm bao gồm nhiều điểm hỗ trợ phụ trợ động. Mỗi điểm hỗ trợ phụ trợ động cần phải phối hợp hành động và tự động tái cấu trúc nhanh chóng sự tiếp xúc giữa nhóm hỗ trợ và chi tiết theo yêu cầu thay đổi theo thời gian của quy trình sản xuất. Quá trình tái cấu trúc này không can thiệp vào việc định vị toàn bộ chi tiết và không gây ra sự dịch chuyển hoặc rung động cục bộ. Thiết bị quy trình dựa trên khái niệm này được gọi là k加紧 cụ nhóm tự tái cấu hình [39], có những ưu điểm về tính linh hoạt, khả năng tái cấu hình và tính tự chủ. K加紧 cụ nhóm tự tái cấu hình có thể phân bổ nhiều điểm hỗ trợ phụ trợ đến các vị trí khác nhau trên bề mặt được hỗ trợ theo yêu cầu của quy trình sản xuất, và có thể thích ứng với các chi tiết có hình dạng phức tạp và diện tích lớn, đồng thời đảm bảo độ cứng đủ và loại bỏ các điểm hỗ trợ dư thừa. Cách thức hoạt động của k加紧 cụ là bộ điều khiển gửi lệnh theo chương trình đã lập trình, và cơ sở di động đưa phần tử hỗ trợ đến vị trí mục tiêu theo lệnh. Phần tử hỗ trợ thích ứng với hình dáng địa phương của chi tiết để đạt được sự hỗ trợ tuân thủ. Đặc trưng động (độ cứng và độ giảm chấn) của khu vực tiếp xúc giữa một phần tử hỗ trợ đơn lẻ và chi tiết địa phương có thể được kiểm soát bằng cách thay đổi các thông số của phần tử hỗ trợ (chẳng hạn, phần tử hỗ trợ thủy lực thường có thể thay đổi áp lực thủy lực đầu vào để thay đổi đặc trưng tiếp xúc). Đặc trưng động của hệ thống quy trình được tạo thành từ sự ghép nối của đặc trưng động của khu vực tiếp xúc giữa nhiều phần tử hỗ trợ và chi tiết, và liên quan đến các thông số của mỗi phần tử hỗ trợ và bố cục của nhóm phần tử hỗ trợ. Thiết kế phương án tái cấu trúc hỗ trợ đa điểm của k加紧 cụ nhóm tự tái cấu hình cần xem xét ba vấn đề sau: thích ứng với hình dáng của chi tiết, tái định vị nhanh chóng các phần tử hỗ trợ, và phối hợp hợp tác của nhiều điểm hỗ trợ [40]. Do đó, khi sử dụng k加紧 cụ nhóm tự tái cấu hình, cần sử dụng hình dạng chi tiết, đặc trưng tải và điều kiện biên cố hữu làm đầu vào để giải quyết bố cục hỗ trợ đa điểm và thông số hỗ trợ dưới các điều kiện gia công khác nhau, lập kế hoạch đường đi vận động hỗ trợ đa điểm, tạo mã điều khiển từ kết quả giải pháp và nhập vào bộ điều khiển. Hiện nay, các học giả trong và ngoài nước đã tiến hành một số nghiên cứu và thử nghiệm về k加紧 cụ nhóm tự tái cấu hình. Ở nước ngoài, dự án SwarmItFIX của EU đã phát triển một hệ thống k加紧 cụ tự tái cấu hình có khả năng thích ứng cao mới [41], sử dụng một loạt các điểm hỗ trợ phụ trợ di động để di chuyển tự do trên bàn làm việc và tái định vị thời gian thực để hỗ trợ tốt hơn các bộ phận được gia công. Nguyên mẫu của hệ thống SwarmItFIX đã được thực hiện trong dự án này (xem Hình 9a) và thử nghiệm tại nhà máy của một nhà sản xuất máy bay Ý. Tại Trung Quốc, đội ngũ của Vương Huy tại Đại học Thanh Hoa đã phát triển một bàn k加紧 cụ hỗ trợ bốn điểm có thể được điều khiển phối hợp với máy công cụ [42] (xem Hình 9b). Bàn này có thể hỗ trợ phần tenon cantilever và tự động tránh dụng cụ trong quá trình gia công tinh của tenon của lưỡi cánh tua-bin. Trong quá trình gia công, bốn điểm hỗ trợ phụ trợ phối hợp với trung tâm gia công CNC để tái cấu trúc trạng thái tiếp xúc bốn điểm theo vị trí di chuyển của dụng cụ, không chỉ tránh sự can thiệp giữa dụng cụ và hỗ trợ phụ trợ mà còn đảm bảo hiệu quả hỗ trợ.

5 Thảo luận về xu hướng phát triển trong tương lai

5.1 Vật liệu mới

Do yêu cầu thiết kế tỷ lệ đẩy-trọng lượng của động cơ máy bay tiếp tục tăng lên, số lượng các bộ phận dần được giảm xuống và mức độ ứng suất của các bộ phận ngày càng cao hơn. Hiệu suất của hai vật liệu cấu trúc nhiệt độ cao truyền thống chính đã đạt đến giới hạn. Trong những năm gần đây, vật liệu mới cho cánh quạt động cơ máy bay đã phát triển nhanh chóng, và ngày càng nhiều vật liệu hiệu suất cao được sử dụng để chế tạo các cánh mỏng. Trong số đó, γ -Hợp kim TiAl[43] có những đặc tính tuyệt vời như cường độ riêng cao, khả năng chịu nhiệt tốt và chống oxy hóa tốt. Đồng thời, mật độ của nó là 3.9g/cm3, chỉ bằng một nửa so với hợp kim nhiệt độ cao. Trong tương lai, nó có tiềm năng lớn làm cánh quạt trong dải nhiệt độ từ 700-800 ℃ . Mặc dù γ -Hợp kim TiAl có các tính chất cơ học tuyệt vời, độ cứng cao, khả năng dẫn nhiệt thấp, độ dai phá vỡ thấp và tính giòn cao dẫn đến sự toàn vẹn bề mặt kém và độ chính xác thấp của γ -vật liệu hợp kim TiAl trong quá trình cắt, điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến tuổi thọ của chi tiết. Do đó, nghiên cứu gia công của γ -hợp kim TiAl có ý nghĩa lý thuyết quan trọng và giá trị, đồng thời là một hướng nghiên cứu quan trọng của công nghệ gia công lưỡi dao hiện nay.

5.2 Gia công thích ứng theo thời gian

Lưỡi tua-bin có các bề mặt cong phức tạp và yêu cầu độ chính xác hình học cao. Hiện nay, việc gia công chính xác của chúng chủ yếu sử dụng phương pháp gia công thích ứng hình học dựa trên quy hoạch đường đi và tái tạo mô hình. Phương pháp này có thể hiệu quả giảm thiểu tác động của các lỗi do định vị, kẹp chặt, v.v. đến độ chính xác của quá trình gia công lưỡi. Tuy nhiên, do độ dày không đều của phôi đúc ép lưỡi, độ sâu cắt ở các khu vực khác nhau của công cụ trong quá trình cắt theo đường đi đã được lập kế hoạch là khác nhau, điều này mang lại các yếu tố không chắc chắn cho quá trình cắt và ảnh hưởng đến sự ổn định của quá trình gia công. Trong tương lai, trong quá trình gia công thích ứng CNC, cần theo dõi tốt hơn những thay đổi về trạng thái gia công thực tế [44], từ đó cải thiện đáng kể độ chính xác của việc gia công các bề mặt cong phức tạp và hình thành phương pháp gia công thích ứng kiểm soát theo thời gian, điều chỉnh các thông số cắt dựa trên dữ liệu phản hồi thời gian thực.

5.3 Thiết bị quy trình thông minh

Là loại linh kiện lớn nhất trong động cơ, hiệu suất sản xuất của các cánh quạt直接影响 đến hiệu quả sản xuất tổng thể của động cơ, và chất lượng sản xuất của các cánh quạt直接影响 đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Do đó, gia công chính xác thông minh cho các cánh quạt đã trở thành hướng phát triển của việc sản xuất cánh quạt động cơ trên thế giới hiện nay. Nghiên cứu và phát triển máy móc và thiết bị quy trình là chìa khóa để thực hiện gia công thông minh của cánh quạt. Với sự phát triển của công nghệ CNC, mức độ thông minh của máy móc đã được cải thiện nhanh chóng, và năng lực sản xuất và chế tạo đã được tăng cường đáng kể. Vì vậy, nghiên cứu, phát triển và đổi mới của thiết bị quy trình thông minh là một hướng phát triển quan trọng cho việc gia công hiệu quả và chính xác các cánh quạt mỏng vách. Máy công cụ CNC thông minh kết hợp với thiết bị quy trình để tạo thành hệ thống xử lý cánh quạt thông minh (xem Hình 10), thực hiện gia công CNC chính xác cao, hiệu quả cao và thích ứng cho các cánh quạt mỏng vách.