为什么航空航天越来越依赖五轴加工？

以往有不少人认为, 5-axis machining不过是“稍微高端些的机床”。在真正接触涉足aerospace领域之后才发觉, 众多零件并非是“五轴加工会更便利”, 而是要是不采用五轴加工, 压根就没办法制作完成。

在这几年当中, 航空航天领域为何会愈发依赖五轴呢? 其缘由实际上特别现实, 那就是零件变得愈发复杂了, 同时也愈发轻了, 并且精度方面的要求也变得越来越高了。

先说一个最核心的变化——轻量化。

不管是飞机, 还是火箭, 亦或是卫星, 当下都在角逐减轻重量这件事。由于重量哪怕只是降低些许, 其背后兴许都是燃油、载荷以及成本方面的巨大变动。故而航空零件的发展趋向, 已然从“能够制作出来”, 转变成为“既具备轻便特质又拥有强大性能”。

于是大量复杂结构开始出现。

可以举例来说, 有整体框架件, 还有薄壁件, 以及复杂曲面件, 另外还有叶轮叶盘，包括蒙皮结构等等。诸多零件, 外貌看上去好似被“掏空”那般, 其内部筋位既薄且密, 传统的、运用三轴的机床在加工时颇具难度。

原因很简单：刀到不了。

三轴加工究其实质而言依旧是“自上向下去进行切削”, 于复杂角度的地方、侧面之处以及深腔位置, 常常会出现干涉的状况现象。为了能够对一个零件予以加工, 或许得反复进行装夹好多回之多。

而航空件最怕什么？不是慢，而是误差累积。

多装夹一回, 便添一次定位误差。一般零件或许问题不算大, 然而航空件不少精度方面的要求原本就极高, 位置度、轮廓度、表面一致性的标准都卡得极为严格, 误差一旦叠加, 零件就有可能直接报废。

五轴最大的价值，就是尽量减少装夹。

通过刀轴进行摆动, 机床能够从更多的角度去接近工件, 针对诸多复杂结构, 一次装夹便能够完成多面加工, 如此一来, 不但效率会更高, 而且精度的一致性也会更加稳定。

还有一个很关键的问题：材料越来越难加工。

航空航天领域当下大量运用钛合金, 还有高温合金以及碳纤维复合材料, 这些材料存在一个共同特征, 那就是加工难度颇高。

先说那钛合金, 切削产生的热量极是集中, 致使刀具相当容易出现磨损情况；再看高温合金, 硬度很高且韧性颇大, 在进行加工期间极易发生震刀现象；而复合材料则惧怕出现分层状况, 还怕起毛, 同样怕崩边, 总之各有各的难点。

这时候，五轴的优势就出来了。

它能够使刀具始终维持更为合理的切削角度, 使悬伸得以缩短, 让振动降低, 进而让切削状态变得更加稳定。在诸多原本极易出现烧刀、震纹以及崩刃的位置, 在采用五轴路径优化之后, 加工状态会显著改善。

还有一个行业趋势特别明显：整体化制造。

以往诸多结构为由多个零件进行拼装而成, 如今愈发多的开始制作整体件, 这是因为拼接的数量越少, 那么重量就越轻, 并且强度以及可靠性也会更好。

不过整体件常常尺寸较大, 并且结构繁杂, 其加工难度会呈指数级地攀升。特别是大型薄壁件, 在加工进程当中只要稍微存在受力不均衡的状况, 便极有可能发生变形。

所以现下, 航空行业针对五轴设备的要求, 已并非仅仅局限于“能联动”, 而是需要具备稳定的性能, 拥有高刚性的特质, 具备高动态精度特点, 甚至进一步还要拥有成熟的刀路以及工艺能力。

很多人觉得五轴贵，其实真正贵的不是设备，而是加工失败。

航空件其自身材料价格高昂, 制作所需工时漫长, 对于精度有着极高要求, 倘若一个零件一旦做废, 那么所造成的损失极有可能会非常巨大。与之相比较而言, 五轴所带来的稳定性, 以及其具备的加工能力和良品率, 反倒显得更为重要。

归根结底, 航空航天对五轴的依赖程度日益增加, 并非在于其具备“高级”属性, 而是鉴于当下诸多零件的复杂程度, 已然超越了传统加工方式所能企及的能力范畴。伴随轻量化、复杂化、一体化趋势愈发显著, 五轴正从“高端备选”, 逐渐演变为航空制造领域的“基础能力”。