航天大尺寸铝蜂窝芯板切割机床设计研究

航天大尺寸铝蜂窝芯板切割机床设计研究

袁靖

中国科学院光电技术研究所  四川成都  610209

摘要：大尺寸铝蜂窝芯板切割机床在航天领域的应用范围较为广泛，本文将详细介绍大尺寸铝蜂窝芯板切割机床的运用优势，通过专业的研究与调查，优化设计航天大尺寸铝蜂窝芯板切割机床，设计过程包含明确设计需求与目标、科学挑选刀具、设计总体结构及开展切割试验，再根据试验结果详细分析铝蜂窝芯板切割机床的使用状态，确保机床设计运用的规范性、科学性。

关键词：切割机床；铝蜂窝芯板；切割试验；航天

引言：随着航天领域切割机床专业程度的增加，切割机床的设计内容与内部架构也变得愈加复杂，要根据航天领域的实际需求，科学设计大尺寸铝蜂窝芯板切割机床。操作人员要在切割机床的整体设计中明确机床内部系数，合理规划铝蜂窝芯板中的各项系数，确保切割机床在航天领域的使用效果。

1大尺寸铝蜂窝芯板切割机床的运用优势

（1）加工速度快。在使用了大尺寸铝蜂窝芯板切割机床后，可发现该类机床的运行速度较快，最快的加工速度为3000mm/min。（2）切割较为精准。大尺寸铝蜂窝芯板切割机床在正式运用时，内部系数的变化范围可得到精准控制，即切割作业中的数值变化控制较为精准，其误差范围多处在0.03mm以内。（3）操作简单。铝蜂窝芯板切割机床中的内部结构较为合理，各项操作作业内容比较清晰，使切割机床中的各项作业变得较为简单，利用全自动操作来探索出刀具使用路径与图纸设计内容。（4）高效环保。铝蜂窝芯板切割机床中的各项器械带有吸尘防尘功能，可高效营造出环保空间，促进相关企业的健康发展。（5）操作效率较高。大尺寸铝蜂窝芯板切割机床在运用过程中可发现切割作业的使用状态较佳，在完成切割操作后，相关物体的表面光滑无毛刺，无形中缩减了人工打磨的时间与成本，提升操作效率。

2航天大尺寸铝蜂窝芯板切割机床的优化设计

2.1明确设计需求与目标

正式开展航天大尺寸铝蜂窝芯板切割机床设计前，要明确该类机床的设计需求。具体来看，铝蜂窝芯材料形态多为铝蜂窝芯板，在正式应用前要利用切割操作来形成条状，再经过合适的拉伸作业后进行使用。当前部分大尺寸铝蜂窝芯板切割设备在使用中出现了材料使用率低、加工精度低与生产效率低等问题，造成了较为严重的粉尘污染。随着航天事业的快速发展，增加了铝蜂窝芯板切割机床的需求数量，而当前的切割工艺与切割技术又较难满足上述需要，要利用合适试验来优化设计可适用在航天领域中的大尺寸铝蜂窝芯板切割机床，外观图形如图1所示。在明确航天切割机床的设计需求，要为机床设计设置出恰当目标，使大尺寸铝蜂窝芯板切割机床设计过程与设计目标紧密结合，确保切割机床设计质量[1]。（1）铝蜂窝芯板切割机床采用的切割工艺为高速干式切削，对切割机床中的内部精度进行合理控制，使切割机床的运行变得更为稳定[2]。（2）在保障切割机床精度的基础上，合理把控切削速度，使速度始终保持在2000m/min以上。（3）铝蜂窝芯板切割机床的切割技术在使用过程中要不断缩减环境污染，加工材料中的废料要保持在30%以内。（4）若切割机床的加工长度为2500mm，加工尺寸的公差要控制在0.08mm以内，且最大加工尺寸的长宽高应为2500mm*450mm*50mm。（5）完成大铝蜂窝芯板切割机床的切割操作后，可发现残余废料的宽度不可超出30mm。

图 1 铝蜂窝芯板机床外观示意图

2.2科学挑选刀具

在进行铝蜂窝芯板切割机床设计时，工作人员要科学挑选刀具。当前铝蜂窝芯板的切割方式多为带锯切割和圆盘锯切割，而无论采用何种切割方式其产生的切口都比较窄，增加了切割难度，为缩减材料成本，要在切割操作开始前合理选择刀具[3]。切割刀具的选择即为切割方式的选择，要全面观察铝蜂窝芯板可能出现的切割状态，当采用带锯切割方式时，切割时不会产生带刀问题，铝蜂窝条的中间位置和头部位置存在一致性，可切割后的表面却存在较差的光整度，严重影响铝蜂窝芯板切割机床设计使用效果[4]。运用圆盘锯切割方法期间，可发现铝蜂窝芯板内的头部位置极易产生带刀现象，增加铝蜂窝芯板中间位置与头部位置的误差，切割断面的光整度较佳。在明确了带锯切割和圆盘锯切割方式的多种细节后，操作人员应根据大尺寸铝蜂窝芯板切割机床的设计需求，找寻出合适的切割方式，该类机床对误差控制的要求较高，根据误差控制状态，可挑选圆盘锯切割方法，并依照该方式来挑选对应刀具，刀具具体形态如图2所示。

图 2 铝蜂窝芯板刀具具体形态图

2.3设计总体结构

在设计铝蜂窝芯板切割机床时，要明确机床内部结构，在机床内部展现出不同形态的切割内容。当前铝蜂窝芯板切割机床包含除尘装置、排屑系统、切割装置、直线模组、进给装置、工作台面与工作台架等。工作台架属切割机床中的主框架，框架内部结构的连接方式为型材焊接[5]。利用不同种类的螺栓将工作台面固定在工作台架内，且表面镶嵌着不同类习惯的滚动钢珠。当前的进给装置包括动力机构、执行机构，而伺服电机则要利用带轮来完成滚珠转动，将执行机构和滑块进行有效连接，并借助直线运动来完成工件进给操作。执行机构始终处在工作台面内，多为压块与推板

[6]。在安装使用切割装置时，可发现其作用在直线模组内的滑块中，利用主轴电机的合理运行来引导圆盘锯转动，继而开展并完成切削加工工作。排屑系统属切割机床内部的独立系统，利用链板类输送机将机械内部的铝屑传输到机床外部，再运用收集箱精准收集已输出的铝屑，保障排屑系统周围环境。除尘装置在实际运用中可不断缩减铝屑形成的加工环境污染，增加设备运用寿命，避免铝屑材料给切割工件的精度带来不良影响，保障铝蜂窝芯板切割机床设计使用状态，图3为铝蜂窝横向节点图。

图 3 铝蜂窝横向节点图

2.4开展切割试验

为探究铝蜂窝芯板切割机床内部的切割精度，工作人员应根据切割机床的整体架构与运行状态，开展适当的切割试验。设计切割试验前，要明确切割机床内部的几何误差范围，科学设计不同轴向的定位误差、俯仰误差、偏转误差与滚转误差等，并明确切割刀具中的各项设备参数[7]。比如，当前切割试验中的刀具规格为12寸305*3.0*25.4*120，变频调速系统为动力头调速系统，进给装置为3KW的伺服电机，电机规格为GYH302C6-HC2，切割装置的内部规格为XT40-1-NT40，直线模组伺服电机的规格为GYH302C6-TC2，操作人员可利用触摸屏装置来改变或调整切削用量，将游标卡尺当成主要的测量工具[8]。在明确了切割设备中的各项系数后，要对铝蜂窝芯板工件开展切割试验，将试验中的工件设置成A、B符号。当前试验中的试件A与试件B的层数、长度、宽度分别为600、1500mm、450mm；1200、1500mm、450mm。操作人员借助变量控制法，全面开展了加工工件、进给速率、刀具转速等项目的试验，在获取重要参数指标以后，详细观察各个工件拉伸后的实际宽度，再精准测量各段宽度，确保切割试验件内部数值的准确性。在完成铝蜂窝芯板切割机床的切割试验后，要仔细比较试验内部切割数据与此前试验标准的区别，高效划分区别范围，将切割工件中的各项数据控制在理想范围中。

2.5切割操作试验结论

    在完成大尺寸铝蜂窝芯板切割机床切割设计后，工作人员可发现铝蜂窝芯板在进行切削操作时出现的切削热会增加芯板内部切削端面的膨胀度，其端面表面生成微撅问题，即切割操作完成后铝蜂窝芯板的下面要对上面薄，形成了不同程度的梯形结构。同时，切削铝蜂窝芯板期间，随着刀具温度的升高，刀具极易出现变形问题，而变形后的刀具较难开展板料切割工作，无形中降低了切割板料的一致性。若铝蜂窝芯板切割机床切割操作中的进给速率、转速相同，要精准探究出板料层数，即切割后板料的层数越低，表面精度就越呈现较高趋势[9]。此外，在观察影响铝蜂窝芯板切割机床切削精度的重要因素时，可发现刀具转速与进给速率会改变切割机床的切削精度，要对上述要素的数据变化过程进行合理规范，确认刀具转速与进给速率的实际变化范围，确保铝蜂窝芯板切割机床设计应用效果[10]。当铝蜂窝芯板的层数超出600时，由于该类芯板的层数较高，要借助相应试验来观察工艺参数的变化范围，借助信息技术手段，可高效搭建铝蜂窝芯板数据信息库，将不同层数的工艺参数传输到数据信息库中，全面分析各层工艺参数对芯板质量的影响，继而确认铝蜂窝芯板中各项工艺参数的精度，保障铝蜂窝芯板切割机床设计应用质量。

总结：综上所述，为更好地设计航天大尺寸铝蜂窝芯板切割机床，操作人员全面了解了当前切割机床的应用需求，并设计了具体目标。在开展切割试验的过程中，详细掌握了铝蜂窝芯板切割机床中的数据变化范围，在精准规划了总体结构后，加强了切割机床的设计使用质量，将该类机床的内在优势全部发挥出来。

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