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航天產品對數(shù)控機床的需求
2011-12-16  來源:北京動力機械研究所  作者(zhě):周愷

航天(tiān)產品對數控機床的(de)需求
北京動力機械研究所研究員 周愷 
 

       “十五”期間,航天科技工業將繼續做好(hǎo)載人(rén)航天工程的研製(zhì)工作,突(tū)破大型無毒無汙染運載火箭關鍵技(jì)術,增強運載(zǎi)火箭的適應性,積極參與國際競爭(zhēng),力爭使運載火箭的發射成功率再有(yǒu)提高。努力提高應(yīng)用衛星的研製水平,改進性能,提高壽命,並積極(jí)開發小衛星技術,滿足國民經濟和國防現代化建設需要。

 

       航天產品對製(zhì)造技術提出了(le)更高(gāo)的要求,國內(nèi)外的航天製(zhì)造(zào)業都廣泛地采用先進製造技術。現代數控技術與裝備是先(xiān)進製造技術(shù)中的重要組成,在航(háng)天產品製造中已成為(wéi)決(jué)定性的關鍵技術之一。總體而言,航(háng)天(tiān)產(chǎn)品製造對新型(xíng)機床(chuáng)加工技術與裝備的需求(qiú)量十分明確而迫切,數控機(jī)床的數量、性(xìng)能、精度(dù)、加工能力及應用水平,已經成為(wéi)航天(tiān)產品製造的關鍵因素(sù)。中國機床工業一方(fāng)麵(miàn)麵臨重大的巿場機(jī)遇,另(lìng)一方麵,積極發展適應於航天工業需求的大(dà)型精密(mì)高檔配套機床已是中國航天工業發展的當務之急。

 

一、航天產品的工(gōng)藝特點


       機床(chuáng)工業如何為(wéi)航天工業(yè)服務,首(shǒu)先(xiān)要了解航天產品的結構和工藝特(tè)點。航天產品從構成上可(kě)分為主機(或彈體、箭體、星體)、發動機(jī)、機(彈、箭、星)載設備或部(bù)件等(děng)組成部分,其結構特點是薄(báo)壁結構,形狀結構複雜,而且孔、空穴、溝槽、加強筋等多,工藝剛性(xìng)較差。為了提高零件強度(dù)和工作可靠性,主要采用整體毛坯件和整體薄壁結構,為了減輕重量,增加機動性和增加有效(xiào)載荷和航程,進行輕量化設計(jì),廣泛采用新型輕質材料,大量采(cǎi)用鋁合金、鈦合金、耐高溫合金、高強度鋼、複合材料等。以上各部分零部(bù)件中的(de)大多數需要經過切削(xuē)加工這(zhè)一工藝(yì)過程,數控加工技術和(hé)數控加工(gōng)設備已成為航天產品製造中的主要需求之一。

 

二、航天產品對數控機床的需求


       航天產品製造對數(shù)控技術與裝(zhuāng)備的需求呈(chéng)現以下六個特點:
(1)機械加工的數控化率(lǜ)要求高(gāo),幾乎對各類數控機床都有需求;
(2)對數控機床利用率及數控加工效率要求高;
(3)數控加(jiā)工已成為CAD/CAPP/CAM集成(chéng)應用及“無圖紙製造”的基礎;
(4)高速高(gāo)精度數(shù)控切削加工已成必然趨勢;
(5)要求對不同材料和結構的零部件數控加工工藝及切削參數進行優化;
(6)部(bù)分數控技術與裝備具有(yǒu)專用性。


       1.機體(或彈體、箭體、星體)製造對數控(kòng)機床(chuáng)的需(xū)求


       機體(或彈體、箭體、星體(tǐ))結構件(jiàn)的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁(bì)板、接頭、滑軌等(děng)類零件,以扁平件(jiàn)、細長件、多腔件和超薄壁隔框結(jié)構(gòu)件為主。目前,國(guó)內90%以上(shàng)為鋁合金件,少量為不鏽鋼和鈦合金鋼,且整體結構件越來越多,應用複合材料是今後的發展方向。加工機體(或彈體、箭體、星體)結構件典型零件所需(xū)主(zhǔ)要設備:
(1)三坐標加工中心,如大型龍門立式加工中心;
(2)五軸(zhóu)聯動加工中心,如大型(xíng)龍門立式加工中心,應配備(bèi)A/B擺角銑頭(tóu)或A/C擺角(jiǎo)銑頭;
(3)大型龍門式雙主(zhǔ)軸五坐標加工中心,工作台尺(chǐ)寸5m×20m,用於加(jiā)工梁類零件;
(4)加工鋁(lǚ)合金(jīn)件需要大功率高速加(jiā)工中(zhōng)心,功率≥40kW,主軸轉速20000r/min以上,帶兩坐標擺角銑頭;
(5)由於整體鋁合金件切削加工(gōng)去除(chú)量大,為便於排屑,最好需要工作台可以翻轉90°的臥式(shì)加工中心;
(6)鈑金成形件主(zhǔ)要涉及蒙皮、型材、導(dǎo)管等曲麵成形,要求成(chéng)形精準。為保證製造精(jīng)度,需要蒙皮拉伸機;蒙皮滾彎成形機;還(hái)有三軸滾校(xiào)平機、型材拉彎機、導管成形機等;
(7)為(wéi)減輕重量,複合材料的(de)應用越(yuè)來越多(duō),製作複合材料構件需要鋪帶機(鋪帶機在國內還是空(kōng)白)和加工複合材料的特種加工設備等等。

 

       2.發動機製造


       發(fā)動機的(de)關鍵件有機(jī)匣、各(gè)類葉片和整體葉(yè)盤。

(1)機匣加工
發動機機匣有三類,一類是對開環形結構,一類是(shì)整體環形結構,還有一種是異形殼體。機匣又(yòu)是薄壁、弱剛性結(jié)構,型麵複雜,精度要求高,加工(gōng)難度大,材料(liào)是一(yī)種難加工的耐高溫的高強度鈦合金材料。加工機匣典型零(líng)件所需主要設備:
①加工直徑為φ2000mm的數控立車和精密數控立(lì)車;
②工作台尺寸為(wéi)2400mm×5000mm的龍門式五軸聯動加工中心,需具備雙工位、在線(xiàn)測量和仿真功能,刀庫(kù)容量(liàng)60把刀左右,數控係統具有高級(jí)編程(chéng)功能(néng),工作台3000mm×5000mm的龍(lóng)門式數控鏜銑床。


(2)葉片和整體葉輪加工
①發動機的葉片和整體葉輪材料(liào)為耐高溫的鈦合金材料(liào),需用(yòng)五軸聯動加工中心(xīn)、五軸高速龍(lóng)門銑等加工葉片(piàn)形(xíng)麵;
②葉根榫頭的加工需用拉床和緩進給強(qiáng)力磨床,並希望緩進給強力磨床具(jù)有換砂輪功能和滾輪修砂輪裝置,還需要有在線測量、程序調整和自動補償功能;
③葉片形麵(miàn)用電解加工可大大提高加工效率,還需用數(shù)控六軸砂帶拋光設備拋光(guāng);
④葉片(piàn)有很多冷(lěng)卻用的小孔,用電脈衝打孔,比用激(jī)光打孔好(激光打孔有硬化層),但現在,電加工打孔機床沒(méi)有打孔深淺的顯示,操作困難;


(3)整體葉盤加工
整體葉盤是薄壁盤類零件,葉(yè)盤圓周上有裝葉片的榫槽。
①直槽(cáo)可用拉(lā)削加工和磨削加工;
②圓弧形榫槽可用銑削和成形磨加工,但圓弧形(xíng)榫槽的檢測困難;
③葉(yè)環和葉盤(pán)的加工需要數控臥車、精密數控立車;
④整體葉盤的葉片部分,可用(yòng)五軸高速加工中心加工,還可以用電火花成形加工。


       3.機載設備


      航天產品的(de)彈/箭/星載設備主要為控製、導引(yǐn)、探測部件等高(gāo)精度(dù)的精密儀器與機械,關鍵(jiàn)部(bù)件種類多(duō)、尺寸小、結構複雜、精度高,對精密數(shù)控鏜銑床(chuáng)和加工中心、精密數控車床和車削(xuē)中心(xīn)、精(jīng)密數控萬能外圓磨床、數控光學坐標磨(mó)床和成形磨床、高精度數控電火花機床和線切割機床等數控設備有(yǒu)重要的需求,以滿足(zú)各種(zhǒng)殼體、閥體、液壓偶(ǒu)件、液壓平板閥、光管、激光陀螺反射(shè)鏡、非球麵光學零件等零部(bù)件的精密、超精密加工要求(qiú)。

 

       三、立足(zú)國內,開發並應用國(guó)產設備
      

       目前,航天製造企業(yè)所使(shǐ)用的機床大部分是進(jìn)口的,國產機(jī)床很少,主要原因是:現在國產機(jī)床的精度保持性、質量穩定性、服務及(jí)時性等方麵與航天用戶的(de)要求還(hái)有差距,有些機床國內還是空白,例(lì)如加工複合材料的激光加工單(dān)元和超聲波振動銑削(xuē)加工中心等特種設備,目前國內技(jì)術不成熟,而國外以DMG機床廠商為代表的新技術製造設備卻發展得日(rì)新(xīn)月異,國內外在新技術領(lǐng)域(yù)存在較大差距。


       國外機床製造企業設立了對應航空航天應用的開發部門(mén),研究開發用於航空航天零件加工的工(gōng)藝和程序,加強與(yǔ)航空航天製造企業的聯係,反饋航空航天製(zhì)造市場的需求信息。為了改變這(zhè)種狀況,國內機床製造企業也可(kě)借鑒國外的這種先進做法,首先要了解(jiě)航(háng)天製造企業的需求和零(líng)件的製造工藝,據此(cǐ)製定(dìng)機床設計方案,研究相適應的工藝(yì)路線,提供能夠滿足航天空企業要(yào)求(qiú)的(de)機(jī)床。


 

       所以,發展航天技術必須立足國內,開(kāi)發(fā)上述急(jí)需的加工設備,才能不受製於人。我國機床工業企業應勇(yǒng)挑重擔,為國(guó)分憂。航天製造企業也要為振興我國裝備製造業出力,積極應用國產設備,盡早形成獨(dú)立自主、自力更生的局麵。


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