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

航天產品對數控機(jī)床的需求
北京動力機械研究所研究(jiū)員 周愷 
 

       “十五”期間,航天科技工業將繼續(xù)做好載人航天工程的研製工作,突破大型無毒無汙染運載火箭關鍵技術,增強運載火箭的適應性(xìng),積極參與國(guó)際競爭,力爭使運載火箭的發射成功率再有提高。努力提高應用(yòng)衛星的研製水平,改進性能,提(tí)高壽命,並積極(jí)開發小衛星技(jì)術(shù),滿足國民經濟和國(guó)防現代化建設需要。

 

       航(háng)天產品對製(zhì)造技術提出了更高的要(yào)求,國內外的航天製造業都廣泛(fàn)地采用先進製造技術。現代數控(kòng)技(jì)術與裝備是先進製造技術中的重要(yào)組成,在航天產品製(zhì)造中已成(chéng)為決定性的關鍵(jiàn)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分明確而迫切,數控機床的數量、性能、精度、加工能力(lì)及應用水平,已經成為航天產品製造的關鍵因素。中國機床工業一方麵麵臨重大的巿場機(jī)遇,另一方麵,積極發展(zhǎn)適應於航天工業需求的大型精密高檔配套機床(chuáng)已是中國(guó)航天工業發展的當務之急。

 

一、航(háng)天產(chǎn)品的(de)工(gōng)藝特點


       機床工(gōng)業如何為航(háng)天工業服務,首先要了解航天產品的結(jié)構和工藝特點。航天產品從構成上(shàng)可分為主機(或彈體、箭體、星體)、發動機、機(彈、箭、星)載設備或部件等組成部(bù)分,其結構(gòu)特點(diǎn)是薄壁結構,形狀結構複雜,而且孔、空穴、溝槽(cáo)、加強筋等多,工藝剛性較差。為了提高零件強度和工作可靠性,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載荷(hé)和航程,進行輕量化設計,廣泛采用新型輕質材料(liào),大量采用鋁合金(jīn)、鈦(tài)合金、耐高溫合金(jīn)、高強度鋼、複合材料等。以上各部分(fèn)零部件(jiàn)中的大多數需要經過切削加工(gōng)這一工藝過(guò)程,數控加工技術和數控加工設備已成為航天產品製造中的主要需(xū)求之一。

 

二(èr)、航天產品對數控機床的需(xū)求


       航天產品製造對數控技術與裝備的需求呈現以下六個特點:
(1)機械加工的數控化率要(yào)求高,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)數控加工已成為CAD/CAPP/CAM集成應用及“無圖紙製造(zào)”的基礎;
(4)高速(sù)高精度數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(bù)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(tǐ)、箭體、星(xīng)體)製造對數控機床(chuáng)的需求


       機體(或彈體、箭體、星體)結構件的典(diǎn)型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭、滑軌等類(lèi)零件(jiàn),以扁平件、細長件(jiàn)、多腔件和超薄壁隔框(kuàng)結構(gòu)件為主。目前,國內90%以上為鋁合金件,少量為不鏽鋼和鈦合金鋼(gāng),且整體結構件越(yuè)來越(yuè)多,應用複合(hé)材料是(shì)今後的發展方向。加工機體(或彈體(tǐ)、箭體、星體)結構件(jiàn)典型零件所需(xū)主要設(shè)備:
(1)三坐(zuò)標加工中心,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心,應配備(bèi)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(gōng)作(zuò)台尺寸5m×20m,用於加(jiā)工梁類零(líng)件(jiàn);
(4)加工鋁合金件需要大功率高(gāo)速加工中心(xīn),功(gōng)率≥40kW,主(zhǔ)軸轉速20000r/min以上(shàng),帶兩坐標擺角銑頭;
(5)由於整體(tǐ)鋁合金件切削加工去除量大,為便於排屑,最好需要工作台可以翻轉90°的臥式加工中心;
(6)鈑金成形件主要涉及蒙皮(pí)、型材、導管等曲麵成(chéng)形,要求成(chéng)形精準。為保證製造精度,需要蒙皮拉伸機;蒙(méng)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(dài)機(鋪帶機在國內還是空白)和加工複合材料的特種加工(gōng)設(shè)備等等。

 

       2.發動機製造


       發動機的關(guān)鍵件有機匣、各類葉片和(hé)整體(tǐ)葉盤。

(1)機(jī)匣加工
發動機機匣有三(sān)類,一類是對開環形結構,一(yī)類是整體環形結構,還有(yǒu)一種是異形殼體。機匣又是薄壁(bì)、弱(ruò)剛性結構,型麵複雜,精度要求高,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。加工機匣典型(xíng)零件所需主要設備:
①加工(gōng)直徑(jìng)為φ2000mm的數控立車和精密數控立車;
②工作台尺寸為(wéi)2400mm×5000mm的龍門式(shì)五軸聯動加工中心,需(xū)具備雙工位、在線測量和仿(fǎng)真功能,刀庫容量60把刀左右(yòu),數控(kòng)係統具有高級編(biān)程(chéng)功能,工作台3000mm×5000mm的龍門式數控鏜銑床。


(2)葉片和整(zhěng)體葉輪加工
①發(fā)動機的葉(yè)片(piàn)和整體葉輪材料為耐(nài)高溫(wēn)的鈦合金材料,需用五軸聯動加工中心、五軸高速龍門銑等加工葉(yè)片形麵;
②葉根榫頭的加工需用拉床和緩進(jìn)給強力磨床,並希望緩進(jìn)給強力(lì)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、程序調整和自動補(bǔ)償功能;
③葉片形麵用電解加工可大大提高加工效率,還需用數控六軸砂帶拋光設備(bèi)拋光;
④葉片有很多冷卻用的小孔,用電(diàn)脈衝打孔,比用激光打孔好(激光打孔有硬化層),但現(xiàn)在,電加工打孔(kǒng)機床沒有打孔深淺的顯示,操作困難(nán);


(3)整體(tǐ)葉盤加工(gōng)
整(zhěng)體葉盤是薄壁盤類(lèi)零件,葉(yè)盤圓周上(shàng)有裝葉片的榫槽。
①直槽可用(yòng)拉削(xuē)加工和磨削加(jiā)工;
②圓弧形(xíng)榫槽可用銑削和成(chéng)形(xíng)磨加工,但圓弧(hú)形榫槽的檢測困難;
③葉環和(hé)葉盤的加工需要數控臥車、精密數控立車(chē);
④整體葉盤的葉片部分,可用五軸高速加工中心加工,還(hái)可以用電(diàn)火花成形加工。


       3.機載設備


      航天產品的彈/箭/星載設備(bèi)主要為控製、導引、探測部件等高精度的精密(mì)儀(yí)器與機械,關鍵部件種類(lèi)多、尺寸小、結構複雜、精度高(gāo),對精密(mì)數控鏜銑床和(hé)加工中心、精密數控(kòng)車床和車削中心、精密(mì)數控萬(wàn)能外圓磨床、數(shù)控光學(xué)坐標(biāo)磨床和成形磨床、高(gāo)精度(dù)數控電火花機(jī)床和線切割機(jī)床等數控設備有重要的需求(qiú),以滿足各種殼體、閥體、液壓偶件(jiàn)、液壓平板(bǎn)閥、光管、激光陀螺反射鏡、非球麵光學(xué)零件等零部件的精密、超精密加工(gōng)要求。

 

       三、立足(zú)國內,開發並應用國產設備
      

       目前,航天製造(zào)企業所使用的機床(chuáng)大(dà)部分是進口的,國產機(jī)床很少,主(zhǔ)要原因是:現在國產機床的精度保(bǎo)持性、質量穩定(dìng)性、服務及時性等方(fāng)麵與航天用戶的要求還有差距,有些(xiē)機(jī)床國內還(hái)是空白,例如加工(gōng)複合材(cái)料的激光加工單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(de)新技術製造設備卻發(fā)展得日新月異,國內外(wài)在新技術領域存在(zài)較(jiào)大差距(jù)。


       國(guó)外(wài)機床製造企業設立(lì)了對應航空航天應用的開發部門,研究開發用於航空航天零件加工的工藝和程序(xù),加強與(yǔ)航空航天製造企業的聯係,反饋航空航(háng)天製造市場的需求信息。為(wéi)了改變這種狀況,國內機床製造企業也可(kě)借鑒(jiàn)國外的這種先進做法,首先(xiān)要了(le)解航天(tiān)製造企業的需求和零件的(de)製造工藝(yì),據(jù)此製定機床設計方案,研究相適應的工藝路線,提供能夠滿足航天空企業要求的機床。


 

       所以,發展航天技術必須立足國(guó)內,開發上述急需的加工設備,才能不受製於人(rén)。我國(guó)機床工業企業(yè)應勇挑(tiāo)重擔,為國分憂。航天製造企業也要為振(zhèn)興我(wǒ)國裝備製造業出力(lì),積極應用國產設(shè)備,盡早形成獨立自主、自力更生的局麵。


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