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航空制造技術對機床工具發展的需求

資訊詳情

航空制造技術對機床工具發展的需求

分類:
公司新聞
作者:
來源:
2019/01/15 14:46
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【摘要】:
機床工具産業是國民經濟發展的基礎,是裝備制造業發展的重中之重。以航空制造業爲代表的高新技術産業的快速發展,勢必帶動和促進裝備制造業的發展,爲機床工具行業市場開拓帶來了新的契機和巨大的商機,對裝備制造業的産品結構和生産方式都將産生深遠影響。在重點工程的支持和市場需求的拉動下,我國航空工業獲得了長足的進步,取得了一系列的自主創新成果,新型先進戰機已成爲我國軍隊裝備的主力,ARJ21、“新舟”60、“

機床工具産業是國民經濟發展的基礎,是裝備制造業發展的重中之重。以航空制造業爲代表的高新技術産業的快速發展,勢必帶動和促進裝備制造業的發展,爲機床工具行業市場開拓帶來了新的契機和巨大的商機,對裝備制造業的産品結構和生産方式都將産生深遠影響。

 

在重点工程的支持和市场需求的拉动下,我国航空工业获得了长足的进步,取得了一系列的自主创新成果, 新型先进战机已成为我国军队装备的主力,ARJ21、“新舟”60、“新舟”600、“新舟”700等民用飞机的研发制造也取得了重大进展,这些成果为我国航空工业的跨越式发展奠定了坚实的基础。

 

航空制造技術分析

 

航空産品零件的結構特點:現代飛機爲滿足高速、高機動、高負載和遠航程等性能要求,大量地采用新技術、新結構、新材料,其零件越來越向尺寸大型化、型面複雜化、結構輕量化、材料多元化和制造精密化發展。如飛機機身結構件的典型零件梁、框、肋、壁板、桁條以及航空發動機的關鍵件機匣、各類葉片和整體葉盤等,其輪廓大而形狀各異。爲了減輕飛機的重量,增加飛機的機動性及有效載荷和航程,現代飛機都進行了輕量化設計,廣泛采用高強度的新型輕質材料。而爲了提高零件的強度和可靠性,主要采用了整體毛坯件和薄壁整體框架結構,零件材料除了大量采用鋁合金外,還廣泛采用钛合金、耐高溫合金、高強度鋼、複合材料和工程陶瓷等難加工材料。

 

航空产品零件的工艺特点:各类零件规格尺寸和结构相差悬殊,机床工具等工艺装备通用性不高。如加工机身结构件需要采用高刚性的高效、大型、高速机床,加工发动机关键件需要采用精度及柔性高的精密机床,加工机载设备零件的需要采用多功能的复合机床;现代航空制造业所面临的通常都是多品种、小批量、短生产周期的生产任务,因此要求工艺系统有较高的响应速度;产品零件结构复杂,加工难度大。零件的外形涉及机身外形、机翼外形、翼身融合区等, 多数零件与飞机的气动外形相关,周边轮廓与其他零件还有复杂的装配协调关系;零件切削加工量大。由于越来越多地采用整体结构设计,使得需要切削加工的零件数量大幅增加,而且大部分零件在切削过程中材料去除量非常大,部分飞机结构件的材料去除率达90%以上;薄壁易产生加工变形。飞机存在大量的薄壁、深腔结构, 为典型的弱刚性结构,加工精度高。由于要实现无余量装配,对工艺分离面的对缝、间隙等要求十分严格,零件制造精度要求高;刀具及切削参数选用困难。由于刀具工业的发展赶不上新材料的开发和应用步伐,又缺少加工切削数据库的支持,使得如何合理选择刀具和科学选用加工参数成为工艺技术的一个难点。

 

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航空制造技術現狀:經過航空制造業界的不懈努力,我國飛機制造技術水平、加工質量逐年穩步提高,航空發動機研發和制造的技術瓶頸也取得重大突破,數控加工機床在行業內也基本得到普及。

 

目前,我国航空制造技术虽然取得了长足的进步,但与国外发达国家相比还是存在较大的差距。主要表现在数控加工技术的应用水平整体不高, 与优质高效的加工要求相去甚远;对新型机床的性能及其加工技术掌握不够;部分关键零件的工艺还依赖于个人的经验,工艺能力普遍不足;切削工具的制造、管理和配套水平低,刀具及其切削参数的选用缺少科学依据, 制造成本居高不下;航空制造数据库还没有系统的建立起来,各先进制造单元大多数还处于独立运行状态,集成度差,未能形成先进制造技术的综合实力。

 

航空制造技术的发展趋势:实现产品全生命周期的数字化管理是发展的核心。包括数字化样机、数字化设计、数字化加工、数字化装配、数字化检测及数字化信息管理等,最终达到完全实现产品在各个阶段的信息集成与共享;新型复合材料的应用比例越来越大。以碳纤维为代表的陶瓷基、树脂基及高温复合材料将不断地开发出来并应用于现代飞机上,给机床及刀具工业提出了新的要求;航空整体结构件将取代传统的“多件连接”的结构形式,复杂形状构件的整体精密成形和“锻造+切削加工”的生产方式将成为航空结构件发展的必然趋势;数控复合加工技术是提高加工效率、增加装备柔性、保证产品质量的有效手段, 必将成为航空制造业主要采用的零件加工技术;高速、高效的切削加工技术需求强烈,发展迅速,推广应用的前景广阔;为减少切削量和实现无余量装配,成形技术和加工技术日趋精密化;虚拟制造和网络加工技术将广泛应用。以仿真技术为基础的虚拟制造技术能够大幅缩短产品的研制周期, 提高产品合格率。而基于网络的加工技术可以组建产品级的动态企业联盟, 从而实现协同设计和异地制造。

 

航空制造業對機床工具的需求

 

随着我国航空工业的快速发展, 对数控机床的需求正处于上升阶段, 尤其是研制大飞机必将吸纳大量的高品质的机床工具为其服务,对机床工具行业的发展提出了挑战的同时也提供了难得的发展机遇。

 

航空制造業需機械加工的典型零件主要有機身結構件、發動機關鍵件、起落架零件及機載産品零件等。由于它們的結構和性能要求各異,對機床工具的需求也各有側重。

 

飞机机身结构件主要有梁、框、肋、壁板等零件,此类零件大多为铝合金或钛合金材料,一般外形轮廓尺寸都很大,属薄壁多腔的整体框架结构, 机械切削去除量大,表面质量要求高。加工此类零件需要大型、重型机床装备,要求工作台承重10吨以上,有效行程在15米以上的高刚性机床。如数控龙门镗铣床、数控龙门加工中心、数控落地镗铣床和数控五轴联动龙门加工中心等。由于机械切削量大,对能实现柔性、复合加工的大功率数控高速切削机床需求尤为迫切,如多主轴的大型组合式复合加工中心等。

 

飞机发动机关键零部件有压气机、燃烧室、涡轮等。此类产品的零件多为高温合金或耐高温的复合材料,一般为异型环状结构,刚性差、精度高、型面复杂、加工难度大。加工此类零件需要大、中型多功能、高精度数控机床, 要求设备具有较高的柔性、优良的数控系统、在线测量功能强大、工位多、刀具库容量大,如大型精密数控立式车削中心、五轴联动加工中心及多轴数控龙门铣,另外还需针对发动机叶轮开发高性能叶轮加工专用机床。

 

飞机起落架一般采用高强度钢的锻造毛坯经机械加工而成。锻造起落架的毛坯需要万吨级压力机, 毛坯的加工需要中、大型数控落地镗铣床、五轴联动龙门加工中心等设备。

 

机载产品零件种类繁多、结构复杂、材料多样、性能各异。加工此类零件需要中、小型高精度的多功能数控复合机床及高速数控铣床, 如高精度的立、卧式加工中心及高精度的车、铣、磨复合加工中心等机床设备。

 

機床工具服務于航空航天制造業的發展之路

 

國家重大裝備的發展需求,給機床工具産業的發展指明了方向。針對航空航天裝備的需求與發展特點,如何滿足航空航天工業對制造裝備的需求,更好地服務于航空航天工業是機床工具企業必須解決的問題。

 

機床制造業要力爭通過承擔國家科技重大專項,瞄准世界先進水平,引進先進技術和專業人才,推動數控機床行業的技術升級和産品換代,研制可以滿足航空航天等重點領域所急需的高檔機床裝備。

 

要借助“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项启动实施之机,加强数控机床基础理论研究和应用研究, 提升机床工具自主研发和创新设计能力。重点开发高速精密复合数控金切机床、重型数控金切机床、大飞机制造所需的各种数控专用设备,逐渐摆脱我国高端机床依赖进口的局面。

 

大力發展多功能的複合機床。雖然目前有的加工中心已實現能將車、銑、镗、磨、抛光等多種機加工工序複合在一台機床上,但這仍不能完全滿足未來航空關鍵零件的加工。而將機械加工與激光、電、化學、超聲波等不同機理的加工方法進行複合,兼備多種不同工藝特點的複合加工機床在今後的航空航天制造業中將有廣闊的發展應用前景。

 

協調機床主機與數控系統、功能部件、切削刀具和測量裝備的平衡發展,完善産品功能,提高關鍵配套設備自主開發和制造能力。

 

深入进行用户的加工工艺研究, 开发成套的机床装备和工艺技术。装备服务于工艺,工艺是装备的目的, 为实现工艺与装备的紧密融合,机床企业必须了解和熟悉用户工艺,关注用户制造工艺技术发展的动态,准确地为产品进行市场定位,研发满足用户要求的新装备。力争在提供给用户机床设备的同时,也提供工艺技术上的整体解决方案,以提升企业和产品的竞争力。

 

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重视系统设计,融入信息技术, 推行数字化制造,大力提高机床装备的制造工艺水平和整机的可靠性及稳定性。在机床装备研发技术路线上,坚持以数字化为主体,以集成化为手段, 以复合化为特色,以高速化、精密化和绿色化为目标,突出自动化、网络化, 并最终实现智能化。