 沈陽機床航空制造機床的特點與優(yōu)勢 經(jīng)過十多年的研究，近期沈陽機床中捷鉆鏜床廠順應(yīng)航空航天制造需求，推出了立式五軸聯(lián)動加工中心，解決了國產(chǎn)高端設(shè)備在航空制造領(lǐng)域的諸多難題，VMC0656e門式五軸立式加工中心及其系列化產(chǎn)品是其中的集大成者。目前已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，年產(chǎn)超過500臺，國內(nèi)幾大軍品制造商是其忠實的用戶�！ ∥夜靖咚傥遢S加工中心的結(jié)構(gòu)特點：①采用龍門框架結(jié)構(gòu)，以增強機床剛性，且便于充分利用加工區(qū)的空間。 �、赮 軸利用重心驅(qū)動原理，采用雙絲杠驅(qū)動，減小了機床運行中的振動。采用箱中箱結(jié)構(gòu)，使整機具有高剛性和快捷響應(yīng)特性。③立柱導(dǎo)軌下方布置正六邊形蜂窩狀筋絡(luò)，增強了立柱的扭轉(zhuǎn)剛度，不但減小了鑄造時的收縮應(yīng)力，而且大大提高了機床的剛性。④切削采用微量潤滑，提高刀具壽命，綠色環(huán)保，冷卻效果顯著，故有利于提高模具及工件的加工精度�！ ∮捎谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)的優(yōu)勢，我公司與進口同類機床工具產(chǎn)品加工后的零部件質(zhì)量情況對比，其加工零件尺寸精度及表面粗糙度已與進口同類機床相差無幾，同等價格機床，我們的機床在零件尺寸、位置公差控制上能夠獲得更穩(wěn)定、更窄的實際公差帶，過程的節(jié)能環(huán)保方面則表現(xiàn)得更為出色。 組建研發(fā)團隊，攻堅航空制造工藝 根據(jù)航空產(chǎn)品零部件形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料多種多樣、加工精度要求嚴(yán)格等特點，我公司組建了針對航空制造用戶加工工藝的研發(fā)團隊，并進行了深入的研究，在此基礎(chǔ)上提出了針對航空制造業(yè)數(shù)控機床設(shè)備設(shè)計制造需求。 �。�1）高速、高效數(shù)控設(shè)備需求 薄壁零件由于具有重量輕、節(jié)約材料、結(jié)構(gòu)緊湊等特點，已在航空零部件中得到廣泛地應(yīng)用。但薄壁零件由于剛性差、強度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量。使用高速數(shù)控切削設(shè)備可以大大改善這種狀況，因為切削力隨著切削速度的提高而下降；切削產(chǎn)生的熱量絕大部分被切屑帶走；在高速切削范圍內(nèi)機床的激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍，并且可以盡量減少加工中的徑向切削力和熱變形�！ 追N常見的飛機結(jié)構(gòu)件，也是應(yīng)用高速加工的主要領(lǐng)域，特別是在鋁合金結(jié)構(gòu)件、復(fù)合材料構(gòu)件的切削中應(yīng)用廣泛。這類零件通常采用“整體制造法”，即在大塊毛坯上去除余量，形成薄壁，細(xì)筋結(jié)構(gòu)的零件，需要去除大量金屬材料，導(dǎo)致切削時間占用零件總生產(chǎn)時間比例很大，整體加工周期較長，最終零件成品的重量只有毛坯的10%～20%，其余的80%～90%材料都成了切屑。 使用高速高效數(shù)控設(shè)備可以實現(xiàn)這些零件對于高效、準(zhǔn)確加工的迫切需求。對于鎳基高溫合金、鈦合金以及高強度結(jié)構(gòu)鋼等被現(xiàn)代航空產(chǎn)品大量采用的難加工材料，由于這些材料強度大、硬度高，耐沖擊、加工中容易硬化，切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重，也只有采用高速切削技術(shù)，才可以有效地減少刀具磨損，大幅度提高生產(chǎn)率并提高零件的表面質(zhì)量。 數(shù)控機床廠家在保證加工精度的前提下，提高機床切削速度是適應(yīng)航空零件加工的一個方向�！ 。�2）多功能、多軸數(shù)控加工中心需求 隨著飛機產(chǎn)品飛行性能的提高，對現(xiàn)代航空零件加工精度的要求也逐步嚴(yán)格，復(fù)雜形狀表面的精度誤差從早期的±（0.15～0.3）mm，已經(jīng)提高到±（0.08～0.12）mm，表面粗糙度值從R a=6.4～1.6μm提高到R a=1.6～0.8μm。對于以機翼梁、機身框、翼肋及壁板為典型代表的飛機機體結(jié)構(gòu)件，以及以機匣、整體葉盤、葉片和軸、盤為典型代表的航空發(fā)動機零件，既要保證零件的表面質(zhì)量，又要保證加工的位置精度和形狀精度，這些零件，一般都要求一次裝夾、一次定位加工成形，只有多軸聯(lián)動的加工中心，才能滿足上述要求。 �。�3）數(shù)控機床適應(yīng)信息技術(shù)發(fā)展需求 隨著CAD、CAPP、CAM等信息技術(shù)的發(fā)展，為提高加工效率，許多企業(yè)都成立了數(shù)控編程中心，數(shù)據(jù)傳輸、模塊化設(shè)計以及成組加工技術(shù)對數(shù)控機床的硬件設(shè)計提出了更高的要求。另外，由于航空材料多為貴重稀有金屬或復(fù)合材料，虛擬切削加工技術(shù)將會得到進一步應(yīng)用。它對數(shù)控機床的軟、硬件提出了更高的要求，要求根據(jù)NC加工機床的實際狀況用NC代碼驅(qū)動虛擬加工環(huán)境中的NC機床進行虛擬切削加工，它能描述刀具的真實運動軌跡，完成碰撞、干涉檢查，還可逼真地描述加工后工件的形位誤差、幾何尺寸誤差和表面粗糙度等屬性，并將虛擬成品零件與設(shè)計零件進行比較，如零件精度不能滿足設(shè)計要求，則可對工藝參數(shù)（進給量、切削速度等）或工件裝卡方式進行調(diào)整改進，如有必要還可對零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計進行完善，以提高其可加工性�！ ∧壳�，該研發(fā)團隊共有研發(fā)人員36名，全部為碩士研究生及以上學(xué)歷，并在航空制造用數(shù)控機領(lǐng)域儲備了多項高端技術(shù)，隨著我國航空事業(yè)的發(fā)展，將陸續(xù)推動新技術(shù)在產(chǎn)品上的應(yīng)用。 針對航空制造推出系列產(chǎn)品 CNC控制系統(tǒng)是高速加工中心的重要組成部分，它在很大程度上決定著機床加工的速度、精度和表面質(zhì)量。因此，對于加工模具自由曲面的高速機床，數(shù)控系統(tǒng)的性能具有特別重要的意義�！ ∩蜿枡C床自主品牌的飛陽數(shù)控系統(tǒng)在航空制造方面有獨特的優(yōu)勢，高端產(chǎn)品基本列裝，由于其價格相對進口產(chǎn)品低廉，目前為國內(nèi)諸多中高檔用戶青睞�！ ♂槍娇罩圃旆矫嫖覀冎攸c推出了VMC-e系列和VMC-mu系列門式五軸加工中心，這兩個系列產(chǎn)品可一次性裝夾加工復(fù)雜曲面零件。如醫(yī)療器械及模具加工如型腔模、沖壓模等，也可用于航空用小型葉輪的加工。尤其是VMC-mu系列，采用24 000r/min電主軸，快移速度40m/min，AC 軸轉(zhuǎn)臺為力矩電動機驅(qū)動，A /C 軸轉(zhuǎn)速在80～100r/min。 整機采用門式結(jié)構(gòu)，主要部件經(jīng)過有限元分析、優(yōu)化，結(jié)構(gòu)緊湊，剛性好，快速響應(yīng)性能好， 刀具冷卻采用油霧冷卻，能有效提高刀具使用壽命，且綠色環(huán)保，冷卻效果顯著。 航空零部件加工典型案例分析 整體葉輪作為動力機械的關(guān)鍵部件，廣泛應(yīng)用于航空航天等領(lǐng)域，葉輪葉片的型面非常復(fù)雜，對發(fā)動機性能影響大，設(shè)計研制周期長，制造工作量大，其加工技術(shù)一直被視為制造業(yè)中的重要課題。傳統(tǒng)加工工藝采取分體加工方案，即葉片與輪轂分別采用不同的毛坯，分別加工成形后將葉片焊接在輪轂上。該方案不僅費時費力，而且難以保證葉輪的各項性能指標(biāo)。 隨著高速銑削技術(shù)、多軸尤其是五軸數(shù)控機床及CAM技術(shù)的不斷發(fā)展，應(yīng)用五軸聯(lián)動數(shù)控機床進行葉輪加工，既可以保證刀具的球頭部分對工件進行準(zhǔn)確的切削，又可以利用其轉(zhuǎn)動軸工作以避免刀具的刀體或刀桿部分與工件其他部分發(fā)生干涉或過切，充分滿足了葉輪零件生產(chǎn)的要求�！ τ贑AD/CAM處理后產(chǎn)生的葉輪加工程序，在葉輪正式加工之前，都必須經(jīng)過刀具軌跡的干涉檢驗和程序試切。其目的就是為了檢驗和驗證NC程序的正確性，因而產(chǎn)生了虛擬現(xiàn)實技術(shù)的仿真技術(shù)，它能夠全面逼真地反映現(xiàn)實加工環(huán)境和加工的過程，如工件的裝夾定位、機床調(diào)整、切削參數(shù)選取、加工結(jié)果和設(shè)計結(jié)果的比較等；同時，對加工過程中出現(xiàn)的碰撞、干涉等進行提前預(yù)警。因此合理地評價了現(xiàn)場工、夾、刀具等的實用性，并能對產(chǎn)品、工裝等的可加工性和工藝規(guī)程的合理性進行評估，這也是工藝、編程人員所需要的。 航空制造機床的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展 我國機床工具行業(yè)下游產(chǎn)業(yè)的航空、航天、國防軍工等領(lǐng)域在“十二五”期間甚至更長一段時期，都將進行大范圍和深層次的結(jié)構(gòu)調(diào)整，這將給機床工具行業(yè)帶來巨大商機。針對航空制造領(lǐng)域需求變化，門式五軸加工中心將作為我公司未來重點的發(fā)展項目，對此我廠制訂了五年計劃，就機床裝配、精度檢驗、優(yōu)化部分進行改進，不斷提升產(chǎn)品品質(zhì)，使之達到歐洲標(biāo)準(zhǔn)。2012年4月，第三版改進樣機將參加南京CCMT2012機床展。 航空航天產(chǎn)業(yè)對數(shù)控機床特別是高速、高效、高精度、多軸聯(lián)動的高端數(shù)控機床還會有新的需求，其中可能包括制造復(fù)合材料整體構(gòu)件的自動鋪帶機等，對此在實現(xiàn)門式五軸加工中心產(chǎn)業(yè)化項目后，未來幾年，我公司主要發(fā)展自己的核心功能部件，逐步成立自己的數(shù)控加工生產(chǎn)線，及質(zhì)量控制體系，保證產(chǎn)品零件從加工到裝配都經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗，逐步實現(xiàn)經(jīng)濟型五軸項目配套產(chǎn)業(yè)化，以適應(yīng)航空領(lǐng)域的需求提升和變化。 |