北京航空制造工程研究所高级工程师王文理先生
北京航空制造工程研究所是我国唯一的航空制造工艺技术研究所,其数控加工技术在我国我国航空制造领域起步较早,从事航空结构件的数控加工已有近三十年历史,曾承担了多种型号飞机的多项复杂航空关键难加工零部件的数控加工研制攻关,为我国的航空事业发展做出了十分重要的贡献。北京航空制造工程研究所拥有的大型数控设备均为自主开发,既包括高档数控设备研制,也包括数控加工工艺技术研发。
近几年,北京航空制造工程研究所承担了多项数控加工工艺科研课题,同时也承担了多项新型飞机复杂结构件和发动机结构件的研制与批量加工,包括铝合金座舱骨架组件、大型钛合金整体结构件等。突破了多项关键件的研制技术,在航空结构件数控加工工艺技术、五坐标后置处理技术、集成制造技术等方面颇具优势。
航空结构件的共同特点是:结构复杂,具有空间结构和复杂曲面结构;精度要求高,比三代飞机的精度要求普遍高出一个等级;整体化、大型化趋势十分明显;大多属于难加工材料,薄壁,切除率高。这些特点直接导致新型航空大型结构件的加工工艺复杂、数控加工周期长、成本高、质量风险大、对设备的依赖及要求高等特点。这些复杂航空结构件的特点决定了其数控加工必须使用大型高精度多坐标数控铣削加工设备。
北京航空制造工程研究所研制的大型数控设备都是针对航空结构件的加工工艺特点,为我国航空工厂专门研制的。例如高刚性强力数控龙门铣,主轴功率50kW,扭矩1900N.M,十分适合航空钛合金、高温合金、超高强度钢类难切削材料飞机结构件的强力铣削。双龙门四主轴大型龙门铣,工作台长达26m,每个龙门和主轴都能独立工作,主轴功率35kW,转速10000r/min,刚性和扭矩俱佳,加工效率极高。伺服电机、丝杠、导轨、轴承、液压件等重要功能部件都是来自世界著名厂商,数控系统可选配SIEMENS、NUM、FIDIA等著名厂商。这些国产设备的价格、精度、刚性、可靠性、维修服务、使用寿命等总体上是很好的,完全能够满足普通航空结构件的数控加工精度及效率的要求,我国的航空主机厂也配备了相当数量的国产数控设备。正是由于这些国产数控设备的存在,才大大拉低了进口高档数控设备的价格,同时这些国产数控设备也承担了庞大的任务,为我国的航空工业做出了巨大的贡献。
但与国外先进数控设备相比,国产数控设备存在着不少问题,主要是机床结构设计上缺乏创新,缺乏尖端自主技术核心技术,设备档次较低,高端装备领域及高精尖专用设备领域还依然是国外设备的天下。另外在数控系统及关键功能部件的设计制造方面技术相对落后。我国的数控设备发展应该注重研究加工工件的工艺性,开发出更有针对性的产品设计,将加工工艺植入在数控系统中,应该紧盯世界先进机床的新技术,借鉴他们的同时要有创新,要注重系统的集成与调试技术,提高设备的加工精度。可喜的是,虽然我国高档数控设备的研制起步较晚,但发展迅速,近些年在各方面都有不小的突破,与国外厂商竞争的实力不断增强。
先进的工艺技术可以极大弥补设备的不足,或极大提高设备的效能与精度。可以预期的是,国产的数控设备将会越来越多地进入到我国的航空制造企业,同时我们应大力开展工艺技术研发,使这些设备发挥更大的作用。
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