作者：三鋁大夫
一、飛機蒙皮鏡像銑削技術概述
蒙皮鏡像銑削技術是一種新興的航空制造技術，主要用于飛機蒙皮的高精度加工。該技術通過特殊的雙軸聯(lián)動機床，實現(xiàn)對飛機蒙皮等薄壁構件的精密加工。
蒙皮鏡像銑削是一種先進的飛機蒙皮加工技術，它具有高精度、小污染、能耗小的特點，能夠實現(xiàn)飛機單曲和雙曲蒙皮的先進制造工藝技術。
這種技術通過使用雙五軸鏡像銑切系統(tǒng)，能夠在一次裝夾下完成蒙皮的所有加工需求，包括銑面、銑下陷、銑通窗、切邊和鉆孔等。
鏡像銑削（Mirror Milling）之所以被稱為"鏡像"，是因為在這種加工過程中，銑削刀具和背面的支撐裝置（頂撐裝置）在空間中的位置和姿態(tài)是相互對稱的，就像鏡像反射一樣。這種對稱性是通過同步協(xié)調兩者的運動來實現(xiàn)的，確保了蒙皮加工的高精度和穩(wěn)定性。
以下是幾個關鍵點來解釋為什么這種技術被稱為鏡像銑削：
1.對稱性：在鏡像銑削中，銑削刀具和支撐裝置在加工過程中保持對稱的位置關系，這種對稱性類似于平面鏡中的鏡像反射。
2.同步運動：銑削刀具和支撐裝置進行同步運動，即當銑削刀具向一個方向移動時，支撐裝置也相應地向相反方向移動，保持兩者之間的相對位置不變。
3.加工穩(wěn)定性：鏡像銑削通過同步協(xié)調銑削刀具和支撐裝置的運動，可以有效地減少加工過程中的顫振，提高加工的穩(wěn)定性和精度。
4.誤差補償：在某些鏡像銑削系統(tǒng)中，支撐裝置可能包含超聲測厚裝置，能夠實時監(jiān)測蒙皮厚度并將誤差傳遞給控制系統(tǒng)，實現(xiàn)實時誤差補償。
5.雙五軸控制：鏡像銑削通常需要雙五軸或以上的數(shù)控機床來實現(xiàn)銑削刀具和支撐裝置的復雜運動，這種機床能夠提供更多的自由度來保證加工精度。
6.SINUMERIK DGEN功能：使用SINUMERIK DGEN（Dual Generic Transformation）功能，可以實現(xiàn)雙五軸鏡像結構機床的鏡像控制，這是實現(xiàn)鏡像銑削的關鍵技術之一。
7.高效加工：鏡像銑削技術可以一次性完成蒙皮的所有加工需求，包括銑面、銑下陷、銑通窗、切邊和鉆孔等，提高了加工效率。
因此，鏡像銑削的名稱來源于其獨特的對稱性加工原理，這種原理使得該技術在飛機蒙皮加工領域具有顯著的優(yōu)勢。
二、技術發(fā)展與應用
蒙皮鏡像銑削技術的發(fā)展始于對傳統(tǒng)蒙皮加工方法的改進需求。鋁合金是制造飛機蒙皮的主要材料之一。C919大飛機的蒙皮制造過程中，就采用了這項技術。
1. 飛機蒙皮結構特征
飛機蒙皮是飛機結構的重要組成部分，它們覆蓋在骨架上，形成流線型的外表面，并且直接承受氣動載荷。因此蒙皮是決定飛機疲勞壽命的主承載零件，占機身面積80%，重量 21%。蒙皮零件外形復雜，精度要求高，其厚度方向的精度要求達到了±0.1mm，考慮到飛機減重設計，蒙皮零件設計大量的下陷面，最薄處厚度約1mm，對于本身是復雜曲面薄壁零件的蒙皮零件，其加工工藝一直是制造領域中研究的熱點，其大尺寸、弱剛性以及形狀復雜使飛機蒙皮零件的數(shù)控加工成為制造業(yè)的一個難題。
2. 蒙皮工件加工現(xiàn)狀2.1 第一代：傳統(tǒng)工藝-化銑飛機蒙皮工件通過拉伸成形或滾彎成形后，通常采用化銑工藝進行后續(xù)加工?；婋m然可以解決復雜凹腔 / 凹面的加工問題，但存在化學污染、耗電量大、消耗鋁材無法回收等問題。
2.2 第二代：數(shù)銑近幾年，國內多家主機廠從國外購買真空柔性吸附裝置，配以五軸數(shù)控銑床加工蒙皮工件。然而真空柔性吸附裝置裝夾只能對蒙皮曲面進行多點離散支承夾持，在刀具對夾持點之間的懸空區(qū)域，特別是較薄蒙皮切削加工時，蒙皮會不可避免地發(fā)生顫振，銑切深度和表面粗糙度無法控制，達不到精度要求，因此僅通過柔性夾持裝置和五軸數(shù)控銑床組合式加工仍無法完全替代化銑。
2.3 第三代：鏡像銑針對傳統(tǒng)蒙皮工件加工存在的問題，一種新技術應用到蒙皮工件的加工中，即蒙皮鏡像銑切系統(tǒng)。在蒙皮鏡像銑切系統(tǒng)中，銑削刀具的位置和姿態(tài)與背部協(xié)同頂撐裝置的位置和姿態(tài)時刻成鏡像關系，同步協(xié)同運動，完成蒙皮加工。蒙皮鏡像銑切系統(tǒng)可替代化銑加工步驟及所需設備，一次裝夾完成蒙皮所有加工（銑面、銑下陷、銑通窗、切邊、鉆孔），具有高精度、小污染、能耗小的特點，可實現(xiàn)飛機單曲和雙曲蒙皮的先進制造工藝技術。
三、全球掌握鏡像銑削技術的公司
1. 法國杜菲工業(yè)公司（Dufieux）（13501282025）：法國杜菲是全球領先的高端制造設備供應商，尤其在航空制造領域享有盛譽。這家公司以其先進的技術和創(chuàng)新的解決方案，在航空航天蒙皮加工設備方面具有顯著的地位。
2. 西班牙機械制造商MTorres（13522079385）：西班牙機械制造商MTorres也是全球能夠生產(chǎn)鏡像銑設備的公司之一。MTorres是一家專注于自動化解決方案的工業(yè)集團，其專業(yè)領域包括航空航天、風力發(fā)電和海軍工業(yè)等。MTorres以其創(chuàng)新技術和制造系統(tǒng)而聞名，特別是在復合材料的自動化生產(chǎn)方面擁有顯著的地位。
3. 上海拓璞數(shù)控科技股份有限公司（15910974236）：該公司是國內唯一一家、全球三家之一的研制出雙五軸鏡像銑并實現(xiàn)工程化應用的企業(yè)。上海拓璞的鏡像銑削技術與裝備已在航空航天領域交付了27臺/套，為我國航空航天薄壁件的智能制造提供了有力支撐。公司還曾獲得上海市技術發(fā)明獎特等獎，其董事長兼總經(jīng)理、上海交通大學教授王宇晗帶領團隊完成的“航空航天大型曲面蒙皮/箱底雙五軸鏡像銑削技術與裝備”項目，攻克了鏡像銑加工“雞蛋殼”難題。
總之，蒙皮鏡像銑削技術是飛機蒙皮加工領域的一項重要技術進步，它通過高精度的加工手段，提升了飛機蒙皮的性能和質量，對航空制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。
主要參考資料：
1. 蒙皮制造工藝-第三代工藝五軸加工鏡像銑
