“十五”期間,航天(tiān)科技工業將繼續做好載人航天工程的研(yán)製工(gōng)作,突破大(dà)型無毒無汙染運載火箭(jiàn)關(guān)鍵技(jì)術,增強運載火箭的適應性(xìng),積極參與國際競爭,力爭使運載火箭的發射成(chéng)功率再有提高。努力提高應用(yòng)衛星的研製水平,改進性能,提高壽命,並積極開發小衛星技術,滿足國民經濟和國(guó)防現代化(huà)建設需要。
航天產品對製造技術提出了(le)更高的(de)要求,國內外的航天製造業都廣(guǎng)泛地采用先進製造技(jì)術。現代數控(kòng)技術(shù)與裝備是先(xiān)進製造技術(shù)中的重要組(zǔ)成(chéng),在航天(tiān)產品製造中已成為決定性的關鍵技(jì)術之一。總體而言,航天產(chǎn)品製造(zào)對新型機床(chuáng)加工技術與裝備的需求量十分明(míng)確而迫切,數控機(jī)床的數量、性能、精度、加(jiā)工能力(lì)及應用水平,已經成為航天產品製造的關鍵因素。中國機床工(gōng)業一方麵麵臨重大(dà)的(de)巿場機遇,另一方麵,積極發展適應於航天工業需求的大型(xíng)精密高檔配套機床已是中國航天工業發展的(de)當務之急。
一、航天產品的工藝特點(diǎn)
機床工業如何為航天工(gōng)業服務,首先要了解航天(tiān)產品的結構和(hé)工藝特點。航天產品從構成上可分為主機(或彈體(tǐ)、箭體、星體)、發動機、機(彈、箭、星)載設備或部件等組成部分,其結構特點是薄壁結構,形狀結構複雜(zá),而且孔、空穴、溝槽、加強筋等多,工藝剛性較差(chà)。為了提高零件(jiàn)強度和工作可靠性,主要采用整體毛坯件和(hé)整體(tǐ)薄壁結構,為了(le)減輕重量,增加機動性和增加有效載荷和航程,進行輕量(liàng)化設計,廣泛采用新型(xíng)輕質材料,大量采(cǎi)用鋁合金、鈦合金、耐高溫合(hé)金、高強度鋼、複合材料等。以上各部分零部(bù)件中的大多數需要經過切削加(jiā)工(gōng)這一工藝過程,數控加(jiā)工技術和數控加工設備已成為(wéi)航天產品製造中的主要需(xū)求之一。
二、航天產品對數控(kòng)機床的需(xū)求
航(háng)天(tiān)產品製造對數控技術與裝備的需求呈現以下六(liù)個(gè)特點:
(1)機械加工的數控化率要求高,幾乎對各類數控機床(chuáng)都(dōu)有需求;
(2)對數控機床利用率及數控加工效率要求高;
(3)數(shù)控(kòng)加(jiā)工已成為CAD/CAPP/CAM集成應用及(jí)“無圖紙製造”的基礎;
(4)高速高精度(dù)數控(kòng)切削加工已成必然趨勢;
(5)要求對不同材(cái)料和結構的(de)零部件數控加工工藝及切削參數進行優化;
(6)部分(fèn)數控技術與裝備具(jù)有專用性。
1.機體(或彈體、箭體、星體)製造對數控機床的需求
機體(或彈體(tǐ)、箭體、星體(tǐ))結構件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭、滑軌等類零件,以扁平(píng)件、細長件、多腔件和超薄(báo)壁隔框結構(gòu)件為(wéi)主。目前,國內90%以上為鋁合金件(jiàn),少量為不鏽(xiù)鋼和鈦合金鋼,且(qiě)整體結構件越來越多,應用複合材料是今後的發(fā)展方向。加工機體(或彈體、箭體、星體)結構件典型零件所(suǒ)需主要設備:
(1)三坐(zuò)標加工中心,如大型龍門立(lì)式加工中心;
(2)五軸聯動加工中心,如大型龍門立式加(jiā)工中心,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坐標加工中心,工作台尺寸5m×20m,用於加工梁類零件;
(4)加工鋁合金(jīn)件需要大功率(lǜ)高速加工中心,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(lǚ)合金件切削加工去(qù)除量大,為便於排屑,最好需(xū)要工作台(tái)可(kě)以翻轉90°的臥式加工中心;
(6)鈑金成形件主要涉及蒙皮、型材、導管等曲麵成形,要求成形精準。為保證製造精度(dù),需要蒙皮拉(lā)伸機;蒙(méng)皮(pí)滾彎成形機;還有三軸滾校平(píng)機、型材(cái)拉彎機、導管成形機等;
(7)為減輕重量,複合材料的應用越來越多,製作複合材料構(gòu)件需要鋪帶機(鋪帶機在國(guó)內還是空白)和加工複合材(cái)料的特種加工設備等等。
2.發動機製造
發動機(jī)的關鍵件有機匣、各類葉片和(hé)整體葉盤。
(1)機匣加工
發動機機匣有三類,一類是對開環形結構,一類是整體環形結構,還有一種是異形殼體。機匣又是薄壁、弱剛性結構,型麵複雜,精度要(yào)求高,加工難度大,材料是一種難加工的耐高溫的高強度鈦合金材料。加工機(jī)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(jīng)密數控立車;
②工作台尺寸為2400mm×5000mm的龍門式五軸聯動加工中心(xīn),需(xū)具備雙工位、在線測量和仿(fǎng)真(zhēn)功能,刀庫容量(liàng)60把刀左右,數控係統具有高級編程功能,工作台3000mm×5000mm的龍門(mén)式數控鏜銑床。
(2)葉片和整體葉(yè)輪(lún)加工
①發(fā)動機的葉片和整體葉輪材料為耐高溫的鈦合金材料,需用五軸(zhóu)聯動加工中心(xīn)、五軸高速龍門銑等加工葉片形麵;
②葉根榫頭的加工(gōng)需用拉床和(hé)緩進給強力磨床,並希望緩進給強力(lì)磨床具有(yǒu)換砂輪功能和(hé)滾輪修砂輪裝置,還需要有在線測量、程序(xù)調整和自動補償功能(néng);
③葉片形麵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(pāo)光;
④葉片有很多冷卻用的小孔,用(yòng)電脈衝(chōng)打孔(kǒng),比用激光打孔好(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(zhěng)體葉盤是薄壁盤(pán)類零件(jiàn),葉盤圓周上有裝葉片的榫槽。
①直槽可用拉削加(jiā)工和磨削加工;
②圓弧形榫槽可用銑削和成形磨加工,但圓弧形榫(sǔn)槽(cáo)的檢(jiǎn)測困難;
③葉(yè)環和(hé)葉盤的加工需要數控臥車、精(jīng)密數控立車;
④整(zhěng)體葉盤的葉片部分,可用五(wǔ)軸高速加工中(zhōng)心加工(gōng),還可以用電火花成形加工。
3.機載設備
航天產品的彈/箭/星載設備主要為控製、導引、探(tàn)測部件等高精度的精密儀器與機械,關鍵部件種(zhǒng)類多(duō)、尺寸小、結構複雜、精度高,對精密數控鏜銑(xǐ)床(chuáng)和加工(gōng)中心、精密數控車(chē)床和車削中心、精密數控萬能外圓磨床(chuáng)、數控光(guāng)學坐標磨床和成形磨床、高精度數(shù)控電火花機床和線(xiàn)切割機(jī)床等數控(kòng)設備有重要的需求,以滿足(zú)各種殼體、閥體(tǐ)、液壓偶件、液壓平板閥、光管、激光陀螺反(fǎn)射鏡、非球麵光學零件(jiàn)等(děng)零部件的精(jīng)密、超精密加工要求。
三、立(lì)足國(guó)內,開發並(bìng)應用國產設備
目前,航天製造(zào)企業所使用的機床大部分是進口的,國產機床很少,主要原因是:現在國產機床的精(jīng)度保持性、質量(liàng)穩定性、服務及時性等方麵與航天用戶的要求(qiú)還有差距,有些機床國內還是空(kōng)白,例如加(jiā)工複合材料的激光加工單元和超聲波振動銑(xǐ)削加工中心等特種設備,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(zào)設(shè)備卻發展得日新月異,國內外在新技(jì)術領域存在較大(dà)差距(jù)。
國外機床製造企業設立了對應航(háng)空航天應用的開發部門,研究開發(fā)用於(yú)航空航天零件加工的工藝和程序,加強與航空航天製造企業的聯(lián)係(xì),反(fǎn)饋航空航天製(zhì)造市場的需求信息。為了改變(biàn)這種狀況,國內機(jī)床製造企業也可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(jiū)相適應的(de)工藝路線,提供(gòng)能夠滿足航天空(kōng)企業要求的機床。
所以,發展航天(tiān)技術必須立足國內,開發上述急需的加工設備,才能不受製於人。我國機床工業企業應勇挑重(chóng)擔,為國分憂。航(háng)天製造企業也(yě)要為振興我國(guó)裝備製造(zào)業(yè)出力,積極應用國產設備,盡早形成獨立自主(zhǔ)、自(zì)力更(gèng)生的局麵。
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