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

航天產品對數控機床的需求
北京動力機械研究所研究員(yuán) 周愷 
 

       “十五”期間,航天(tiān)科(kē)技工業將繼續做(zuò)好載人(rén)航天(tiān)工程(chéng)的研製(zhì)工作,突破大型無毒(dú)無(wú)汙染運載火箭關鍵技術,增強運(yùn)載火箭的適應(yīng)性,積極參(cān)與國際競(jìng)爭,力爭使運載火箭的發射成功率再有提高。努力提高應(yīng)用衛星的研製水(shuǐ)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(xū)要。

 

       航天產品對製造技術提出了更高的要求,國(guó)內外的航天製造業都廣泛地采用(yòng)先進製造技術。現代數控技術與裝備是先進製造技術中的(de)重要組成,在航天產品(pǐn)製造中(zhōng)已成(chéng)為決定性的關(guān)鍵技術之一。總體而言,航天產品(pǐn)製造對新型機床加工技術與裝備的需求量十(shí)分明確而迫(pò)切,數(shù)控機床的數(shù)量、性能、精度、加工能力及應用水平,已經成為(wéi)航天產品製造的關鍵因素。中國機床工業一方麵麵臨重大的巿場機遇,另一方(fāng)麵,積極發(fā)展適應(yīng)於航天工業需求的大型精密高檔配套機床已是中國航天工(gōng)業發展的當務之急。

 

一、航天產品的工藝特(tè)點


       機床工業如何為航天工業服務,首(shǒu)先(xiān)要了解航天產品的結構和工藝特點。航天產品從構成上可分為主機(或彈體、箭體、星體)、發動(dòng)機、機(彈、箭(jiàn)、星)載設備或部(bù)件等組成部分,其結構特點是薄壁結構,形狀結構複雜,而且孔、空穴、溝槽、加強筋等多,工藝(yì)剛性較差。為了提高零件強(qiáng)度和工作可靠性,主要采用整(zhěng)體毛坯件和整體薄壁結構,為了(le)減輕重量(liàng),增加機動性和增加有(yǒu)效載(zǎi)荷和航程,進行輕(qīng)量化設計,廣泛采用新型輕質材料,大量采用鋁合金、鈦合金、耐高溫合金、高強度鋼、複合材料等。以(yǐ)上各部分零部件中的大多數需要經(jīng)過切削加工這一工藝過程,數控(kòng)加(jiā)工技術和數控加工設備(bèi)已成為航天產(chǎn)品製造中的主要需(xū)求之一。

 

二(èr)、航天產品對數控機床的需求


       航天產品製造對數控技術與裝備的需(xū)求(qiú)呈現以下六個特點:
(1)機械加工的數控(kòng)化率要求高,幾乎(hū)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(lǜ)要(yào)求(qiú)高;
(3)數控加工已成為(wéi)CAD/CAPP/CAM集成應用及(jí)“無圖紙製(zhì)造”的基礎;
(4)高速高精度數控切削加(jiā)工已成(chéng)必然趨勢;
(5)要求對不(bú)同材料和結構的(de)零(líng)部件數控加工工藝及切削參數進行優化;
(6)部分數(shù)控(kòng)技術與裝備具有(yǒu)專(zhuān)用性。


       1.機體(或彈體、箭體、星體)製造對數控機床的(de)需(xū)求(qiú)


       機體(或彈體、箭體、星體)結構件的典(diǎn)型零件有梁、筋、肋(lèi)板、框、壁板、接頭、滑軌等類零(líng)件(jiàn),以扁平件、細長件、多腔件和(hé)超薄壁隔(gé)框結構件為(wéi)主。目前,國內90%以上為鋁合金件,少量為(wéi)不鏽鋼和鈦合金鋼,且整體結構件越來越多,應用複合材料(liào)是今後(hòu)的發展方向。加工機體(或彈體、箭體、星(xīng)體)結構件典型零件所需主要設備:
(1)三坐標(biāo)加工(gōng)中心,如大型龍門立式加工中心;
(2)五軸聯動加工中心,如大型龍門立式加工中(zhōng)心,應配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭;
(3)大型龍門式雙主軸五(wǔ)坐標加工中心(xīn),工作台(tái)尺寸5m×20m,用於加工梁類零件;
(4)加工鋁合(hé)金(jīn)件需要大功率高(gāo)速加工中心,功率≥40kW,主軸轉速20000r/min以上,帶兩坐標擺角銑(xǐ)頭(tóu);
(5)由(yóu)於整體鋁合金件切削加工去(qù)除(chú)量大,為便於排屑,最好需要工作(zuò)台可以翻轉90°的臥式加工中心;
(6)鈑金成形件主要涉(shè)及蒙皮、型材、導管等曲麵成形,要求成形精準。為保證製造精度,需要蒙皮拉伸機;蒙皮滾彎成形機;還有三軸滾校平機、型材拉彎機、導管成(chéng)形機等;
(7)為減輕(qīng)重量,複合材料的應用越來越多,製作複合材料構件需要鋪帶機(jī)(鋪帶機在國內還是空白(bái))和加工複合材料的特種(zhǒng)加工設備等等(děng)。

 

       2.發動(dòng)機製造


       發動機的關鍵件有機匣、各類葉片和整體葉盤。

(1)機匣加工
發動機機匣有三類,一類是(shì)對開環形結(jié)構,一類是整體環形結構,還有一種是異形殼體。機匣(xiá)又是薄壁、弱剛性結(jié)構,型麵複雜,精度要求高,加工難度大,材(cái)料是一種難加(jiā)工(gōng)的耐高溫的高強度(dù)鈦合(hé)金材料。加工機匣典型零件所需主要設備:
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2400mm×5000mm的龍(lóng)門式五軸聯動加工(gōng)中心,需具備(bèi)雙工位、在線測量(liàng)和仿真功能,刀庫(kù)容量60把刀左右,數控係統具有高級編(biān)程(chéng)功能,工作台3000mm×5000mm的龍門式數控鏜銑(xǐ)床。


(2)葉片和整體葉輪加工
①發動機的葉片和整體(tǐ)葉輪材(cái)料為耐高溫的鈦合金材料,需用五軸聯動加工中心、五軸(zhóu)高速龍門(mén)銑等加工(gōng)葉片(piàn)形麵;
②葉根榫頭的加工需用拉床和緩(huǎn)進給強力磨床,並希望緩進給強力磨床具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(zì)動補償功能;
③葉片形麵用電解加工可大大提高加工效率,還(hái)需用數控六軸砂帶拋光設備拋光;
④葉片有很多冷卻用的小孔,用電脈衝(chōng)打孔,比(bǐ)用激光打(dǎ)孔好(激光打孔有硬化層),但現在,電加工打孔機(jī)床沒有打孔深淺(qiǎn)的顯示,操作困難;


(3)整體葉盤(pán)加工
整體葉盤是薄壁盤類零件,葉盤圓周上有裝葉片的榫槽(cáo)。
①直(zhí)槽可用(yòng)拉削加工和磨削加工(gōng);
②圓弧形榫槽可用銑削和成形磨加工(gōng),但圓弧形榫槽的檢測困難;
③葉環和葉盤的加(jiā)工需(xū)要數控(kòng)臥車、精密數控立車;
④整體葉盤的葉片(piàn)部分,可用五(wǔ)軸高速加工中心加(jiā)工,還可以用電火花成形(xíng)加工。


       3.機載設備


      航天產品的彈/箭/星載設備主要為控製、導引、探測部件等高精度的精密儀器與機械,關(guān)鍵部件種類多、尺寸小、結構複雜、精度高,對精密數控鏜銑床和加工中心、精密數控車床和車削中(zhōng)心、精密數控萬能外圓磨床、數控光(guāng)學坐標磨床(chuáng)和成形磨床、高精度數控電火花機床和線切割機床等數(shù)控設備有(yǒu)重要的需求,以滿足各種殼體、閥體、液壓偶(ǒu)件、液壓平板閥、光管、激光陀螺反(fǎn)射鏡、非球麵光學零件(jiàn)等零部件的精密、超精密加(jiā)工要求。

 

       三、立足國(guó)內,開發並應用國(guó)產設備(bèi)
      

       目前,航天(tiān)製造企業所使用的機床大(dà)部分(fèn)是進口的(de),國產機床很少,主要原(yuán)因是:現在(zài)國產機床的精度保持性、質量穩定性(xìng)、服務及時性等(děng)方麵與(yǔ)航天用戶的要求(qiú)還有差(chà)距,有些機床國內還是空白,例如加工複合材料的激光加工單元和超聲波振(zhèn)動銑削加(jiā)工中心等特種設(shè)備,目前國內技術不成熟,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新月(yuè)異,國內外(wài)在新技術領域存在較(jiào)大差距(jù)。


       國外機(jī)床製(zhì)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(háng)天零(líng)件加工的工藝(yì)和程序,加(jiā)強與航空航天製造企業的聯係,反饋航空航天製造市場的需求信息。為了改變這種狀況,國內機床製造企業(yè)也可(kě)借鑒國外的這種先進做法,首(shǒu)先要了解航天製造企業的需求和零件的製造工藝,據此製定機床設計方案,研究相適應的(de)工藝路線,提供能(néng)夠滿(mǎn)足航天空企業要求(qiú)的機床。


 

       所以,發展航天技術必須立足國內,開發上(shàng)述(shù)急需的加工設備,才能不受製於(yú)人。我國機床(chuáng)工業企業應勇挑重擔,為國分憂。航天製造企業也(yě)要為振興我國裝備製造業出(chū)力,積極應用國產設備,盡早形成獨立自主、自力更生的局麵。


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