- 成都威諾精密機(jī)械有限公司
- CHENGDU VINO PRECISION MACHINERY CO.,LTD
在無(wú)人機(jī)行業(yè)蓬勃發(fā)展的當(dāng)下，其應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)拓展，從影視航拍捕捉絕美畫(huà)面，到物流配送實(shí)現(xiàn)“最后一公里”的高效送達(dá)，再到農(nóng)業(yè)植保助力精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，無(wú)人機(jī)已深度融入人們的生產(chǎn)生活。然而，在這看似一片繁榮的背后，無(wú)人機(jī)零件加工環(huán)節(jié)卻面臨著諸多棘手的痛點(diǎn)，嚴(yán)重制約著行業(yè)的進(jìn)一步飛躍。
材料特性難題：“硬骨頭”不好啃
為了讓無(wú)人機(jī)實(shí)現(xiàn)輕量化、高強(qiáng)度、耐腐蝕等卓越性能，諸多新型材料被廣泛應(yīng)用于零件制造。像高強(qiáng)度鋁合金，憑借良好的強(qiáng)度重量比，成為機(jī)身框架、機(jī)翼等主承力部件的理想之選；而碳纖維復(fù)合材料，以其出色的比強(qiáng)度和比模量，在追求極致性能的高端無(wú)人機(jī)中備受青睞；還有鈦合金，因具備優(yōu)異的耐腐蝕性和高溫性能，常用于制造關(guān)鍵的發(fā)動(dòng)機(jī)部件與起落架等。
但這些材料在帶來(lái)性能優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也給加工過(guò)程帶來(lái)了極大挑戰(zhàn)。以高強(qiáng)度鋁合金為例，其良好的導(dǎo)熱性使得在加工時(shí)熱量迅速擴(kuò)散，導(dǎo)致刀具磨損加劇，難以維持穩(wěn)定的加工精度。并且，由于鋁合金材質(zhì)較軟，在切削過(guò)程中容易產(chǎn)生變形和粘刀現(xiàn)象，尤其是對(duì)于一些薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，加工難度呈指數(shù)級(jí)上升。在加工某款無(wú)人機(jī)的鋁合金機(jī)翼框架時(shí)，因切削參數(shù)把控不當(dāng)，導(dǎo)致零件尺寸偏差超過(guò)允許范圍，廢品率一度高達(dá)20%，極大地增加了生產(chǎn)成本與時(shí)間成本。
碳纖維復(fù)合材料同樣棘手，其內(nèi)部是由高強(qiáng)度的碳纖維與基體樹(shù)脂復(fù)合而成，碳纖維硬度極高，而樹(shù)脂基體又較為脆弱。在加工過(guò)程中，若刀具選擇或工藝參數(shù)設(shè)置不合理，極易出現(xiàn)纖維斷裂、分層等缺陷，嚴(yán)重影響零件的力學(xué)性能。對(duì)碳纖維復(fù)合材料的無(wú)人機(jī)螺旋槳進(jìn)行鉆孔加工時(shí)，稍有不慎就會(huì)引發(fā)螺旋槳表面的碳纖維撕裂，致使整個(gè)螺旋槳報(bào)廢，不僅浪費(fèi)了昂貴的原材料，還延誤了生產(chǎn)進(jìn)度。
高精度加工困境：“失之毫厘，謬以千里”
無(wú)人機(jī)零件對(duì)于加工精度有著近乎苛刻的要求，因?yàn)槟呐率菢O其微小的尺寸偏差或形位公差超標(biāo)，都可能在飛行過(guò)程中被放大，進(jìn)而嚴(yán)重影響無(wú)人機(jī)的飛行性能與穩(wěn)定性。以無(wú)人機(jī)的電機(jī)軸為例，其直徑尺寸公差通常需控制在±0.002mm以內(nèi)，圓柱度誤差要小于0.001mm，一旦軸的精度不達(dá)標(biāo)，電機(jī)在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，不僅降低電機(jī)效率、縮短使用壽命，還可能導(dǎo)致無(wú)人機(jī)飛行時(shí)出現(xiàn)失控等危險(xiǎn)狀況。
再看無(wú)人機(jī)的飛控系統(tǒng)零部件，這些零件往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜且尺寸微小，對(duì)加工精度和表面質(zhì)量要求極高。飛控主板上的微小安裝孔，孔徑精度需控制在±0.01mm，孔壁的表面粗糙度要達(dá)到Ra0.2μm以下，否則將影響電子元件的安裝與電氣性能，進(jìn)而干擾飛控系統(tǒng)對(duì)無(wú)人機(jī)姿態(tài)和飛行參數(shù)的精準(zhǔn)控制。
實(shí)現(xiàn)如此高精度的加工，需要先進(jìn)的加工設(shè)備、精湛的加工工藝以及經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員。但現(xiàn)實(shí)情況是，許多無(wú)人機(jī)制造企業(yè)在設(shè)備投入上相對(duì)有限，難以購(gòu)置超精密加工機(jī)床等高精尖設(shè)備。即便擁有部分高精度設(shè)備，在實(shí)際加工過(guò)程中，也會(huì)因設(shè)備的穩(wěn)定性、環(huán)境因素的干擾以及操作人員技能水平的差異等，導(dǎo)致加工精度難以穩(wěn)定保持在理想狀態(tài)。某企業(yè)在加工一款新型無(wú)人機(jī)的關(guān)鍵傳動(dòng)齒輪時(shí)，前期雖能達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求，但隨著加工時(shí)間的推移以及設(shè)備的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪的齒形誤差逐漸增大，最終超差，使得整批零件報(bào)廢，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工挑戰(zhàn)：“九曲十八彎”難應(yīng)對(duì)
為了滿足空氣動(dòng)力學(xué)、輕量化以及多功能集成等設(shè)計(jì)需求，無(wú)人機(jī)零件的結(jié)構(gòu)愈發(fā)復(fù)雜多樣。例如，一些無(wú)人機(jī)的機(jī)翼內(nèi)部采用了蜂窩狀或桁架式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這種結(jié)構(gòu)在減輕重量的同時(shí)，極大地提高了機(jī)翼的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。但在加工過(guò)程中，由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)的加工方法難以觸及，導(dǎo)致加工難度劇增。使用傳統(tǒng)切削加工工藝對(duì)這種機(jī)翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行加工時(shí)，刀具極易產(chǎn)生干涉，無(wú)法精確加工出所需的形狀和尺寸，嚴(yán)重影響機(jī)翼的整體性能。
還有無(wú)人機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣道，為了優(yōu)化氣流進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，其內(nèi)部流道往往設(shè)計(jì)成不規(guī)則的復(fù)雜曲面形狀。加工這樣的進(jìn)氣道流道，需要具備五軸聯(lián)動(dòng)甚至更高端的加工技術(shù)，以確保刀具能夠在復(fù)雜的空間內(nèi)靈活運(yùn)動(dòng)，精確地加工出符合設(shè)計(jì)要求的曲面。然而，五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)不僅對(duì)設(shè)備要求極高，而且編程難度大，加工過(guò)程中的工藝參數(shù)優(yōu)化也極為復(fù)雜，需要技術(shù)人員具備深厚的專業(yè)知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。許多企業(yè)在面對(duì)此類復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的加工時(shí)，往往因技術(shù)能力不足而望而卻步，不得不尋求外部加工協(xié)作，這不僅增加了生產(chǎn)成本，還難以保證加工質(zhì)量和交貨周期。
表面質(zhì)量把控難點(diǎn)：“細(xì)微之處見(jiàn)真章”
無(wú)人機(jī)零件的表面質(zhì)量同樣不容忽視，它直接關(guān)系到零件的疲勞壽命、耐腐蝕性以及整體性能。在一些承受交變載荷的零件，如無(wú)人機(jī)的旋翼槳葉，表面的微小缺陷或劃痕都可能成為疲勞裂紋的萌生源，在長(zhǎng)期的飛行過(guò)程中，裂紋逐漸擴(kuò)展，最終導(dǎo)致槳葉斷裂，引發(fā)嚴(yán)重的飛行事故。為了提高槳葉的疲勞壽命，其表面粗糙度通常要求達(dá)到Ra0.4μm以下，并且不能有任何肉眼可見(jiàn)的劃痕、凹坑等缺陷。
而對(duì)于一些需要在惡劣環(huán)境下工作的無(wú)人機(jī)零件，如沿海地區(qū)使用的無(wú)人機(jī)，其外殼和零部件需要具備良好的耐腐蝕性。這就要求零件表面具有致密、均勻的防護(hù)涂層，且涂層與基體之間要有足夠的附著力。在實(shí)際加工過(guò)程中，無(wú)論是采用機(jī)械加工、表面處理還是涂層工藝，都需要嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)，以確保零件表面質(zhì)量符合要求。但由于影響表面質(zhì)量的因素眾多，如加工設(shè)備的精度、刀具的磨損、切削液的選擇、表面處理工藝的穩(wěn)定性等，任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)偏差，都可能導(dǎo)致表面質(zhì)量下降。在對(duì)無(wú)人機(jī)鋁合金外殼進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理時(shí)，因氧化時(shí)間和電流密度控制不當(dāng)，導(dǎo)致外殼表面出現(xiàn)氧化膜厚度不均勻、色澤不一致的問(wèn)題，不僅影響了外觀質(zhì)量，還降低了外殼的耐腐蝕性。
成本與效率矛盾：“魚(yú)與熊掌”難兼得
隨著無(wú)人機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，企業(yè)在保證產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，還需要嚴(yán)格控制生產(chǎn)成本并提高生產(chǎn)效率。然而，在零件加工環(huán)節(jié)，成本與效率之間往往存在著難以調(diào)和的矛盾。為了實(shí)現(xiàn)高精度、高質(zhì)量的加工，企業(yè)通常需要投入大量資金購(gòu)置先進(jìn)的加工設(shè)備、高精度的刀具以及高性能的切削液等，這些設(shè)備和耗材的采購(gòu)成本、維護(hù)成本以及更新?lián)Q代成本都非常高昂。并且，復(fù)雜零件的加工往往需要采用多道工序、多次裝夾以及精細(xì)的工藝參數(shù)優(yōu)化，這不僅增加了加工時(shí)間，還提高了人工成本。在加工一款高端無(wú)人機(jī)的復(fù)雜鈦合金零件時(shí)，由于需要使用五軸聯(lián)動(dòng)加工中心進(jìn)行多道工序的精密加工，設(shè)備的每小時(shí)運(yùn)行成本高達(dá)數(shù)千元，加上刀具損耗、人工操作等費(fèi)用，單個(gè)零件的加工成本超過(guò)了上萬(wàn)元，嚴(yán)重壓縮了企業(yè)的利潤(rùn)空間。
另一方面，為了提高生產(chǎn)效率，企業(yè)可能會(huì)選擇提高切削速度、增大進(jìn)給量等方式，但這又往往會(huì)對(duì)加工精度和表面質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，導(dǎo)致廢品率上升，反而增加了成本。一些企業(yè)為了趕訂單進(jìn)度，在加工無(wú)人機(jī)電機(jī)轉(zhuǎn)子時(shí)，過(guò)度提高切削參數(shù)，結(jié)果導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的尺寸精度和表面粗糙度嚴(yán)重超標(biāo)，大量零件報(bào)廢，不僅沒(méi)有提高效率，反而因?yàn)榉倒ず椭匦录庸?，延誤了交貨時(shí)間，給企業(yè)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和聲譽(yù)影響。
