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面向飞机结构件加工的数控机床的发展方向

发表时间:2015/4/21 作者:成飞数控加工技术研究实验室 骆金威 
关键字:数控机床 数控加工 
制造业是国民经济的基础,制造技术水平是衡量一个国家综合实力的重要标志之一。以飞机结构件为代表的航空零件结构尺寸大、形状复杂、加工精度要求极高。因此,航空制造技术被称为制造业的皇冠,代表着制造技术的最高水平。
  制造业是国民经济的基础,制造技术水平是衡量一个国家综合实力的重要标志之一。以飞机结构件为代表的航空零件结构尺寸大、形状复杂、加工精度要求极高。因此,航空制造技术被称为制造业的皇冠,代表着制造技术的最高水平。 
 
  数控(NC)是数字控制(Numerical Control)的简称,是20世纪中叶发展起来的一种用数字化信息进行自动控制的一种方法。装备数控技术的机床,称为数控机床[1]。与传统机床相比,数控机床具有高效率、高精度、高柔性化及高集成化等特点,既能保证加工质量,又能大大降低劳动强度,提高生产效率[2]。而飞机结构件是最早使用数控机床进行加工的产品之一。飞机结构件的加工要求在很大程度上是推动数控机床特别是高档数控机床发展的主要动力之一;换而言之,高档数控机床的整体水平又是决定航空制造水平的核心因素之一。 
 
  综上所述,面向飞机结构件加工的数控机床在很大程度上代表着未来数控机床特别是高档数控机床的发展方向。因此,我国从2006年开始已经把高档数控机床与基础制造装备专项列为国家重大科技专项。本文将结合作者从事的专业方向,浅谈一下未来面向飞机结构件加工的数控机床的发展方向。 
 
高效加工是数控机床发展永恒的主题 
 
  效率是企业生存的根本,是提高企业经济效益和竞争力的根本途径。一方面,现代航空工业处于高速发展中,随着飞机性能的不断提升,飞机结构设计开始向整体化、大型化、轻量化方向发展,伴随而来的是飞机结构件的形状越来越复杂、尺寸越来越大、材料去除率越来越高、加工工艺性越来越差。图1是我国国产大型客机C919的机头风挡窗框零件,其整体结构是空间自由曲面,材料去除率高达99.35%,属于典型的结构复杂、加工周期长的飞机结构件。 
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图1 C919飞机机头的风挡窗框
 
  另一方面,用户和市场对飞机的研制周期要求越来越短,从而加剧了飞机结构件结构日益复杂化与市场期望周期不断缩短之间的矛盾。在全球化竞争的背景下,航空制造企业别无选择,只有快速响应市场的需求,才能立于不败之地,而要快速地响应市场,就必须提高生产效率、缩短加工周期,高效的数控机床正是解决这一问题的有效手段。从目前数控机床的发展趋势来看,未来用于加工飞机结构件的高效数控机床主要包含以下几种。 
 
1 超高速、快进给的虚拟轴机床 
 
  在新机研制阶段,为了缩短产品的研制周期,必须在最短的时间内制造出样机,这就要求飞机结构件的制造必须高效、高质量的配套。而提高加工效率最直接最有效的方法就是使用加工效率更高的机床,换而言之,就是最大限度地提高机床的转速和进给速度。 
 
  然而,传统机床由于结构上的缺陷,提高转速和进给速度都受到很大限制,虚拟轴机床的出现,正是为了大幅度地提高数控机床的转速和进给速度而进行的一种新的尝试。相比传统的数控机床,虚拟轴机床具有刚性高、加工速度高、加工精度高等一系列显著优势。如德国DST机床(图2)高速虚拟轴机床主轴转速可达30000r/min,快速进给速度达到50m/min,加工进给速度为15m/min,可以极大地提高产品的加工效率,且加工精度不会随着转速和进给速度的提高而降低。目前市场上已经出现了转速高达50000r/min的超高速虚拟轴机床。随着飞机研制周期的越来越短,未来超高速的虚拟轴机床将会发挥越来越重要的作用。
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图2 DST 机床模型  
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