中國航空航天業的發展趨勢
新中國成立以來,在幾代航天人的不懈努力下,中國的航空航天業從無到有,從小到大的發展了起來,并在一些重要領域已經躋身于世界先進行列。隨著中國經濟的快速發展和航空航天科學技術的不斷提高,中國航空航天業正面臨著前所未有的機遇,有著廣闊的發展空間。“神七”飛天,“嫦娥一號”繞月探測衛星的成功發射,大飛機、新支線飛機等民用航空及通用航空產業的發展,都將很大程度的推動中國的航空航天工業步入快速發展階段。
航空航天制造業是整個行業的基石。只有掌握了先進的制造技術,才能生產出高性能的航空航天產品。在未來的一段時間,航空航天制造業的發展趨勢主要有:產品信息集成程度越來越高,數字化設計、制造、管理一體化;零件的復雜程度不斷提高,大量零件采用整體結構、輕型結構和滿足特定需要的特殊結構,新工藝將在零件加工中不斷涌現;鈦合金和復合材料等新材料在零件中的應用比例將越來越大;航空航天產品對零件的壽命和可靠性要求越來越高,產品更新周期日益加快,因而對零件加工精度和加工效率的要求越來越高。
航空航天業對機床裝備的要求
機床工業作為裝備制造業的先導產業,它的地位不言而喻。數控加工設備已經成為航空航天產品制造的主要需求之一。未來幾年,航空航天工業對于機床工具裝備的需求無論是在數量上還是水平上都將大幅度增長。同時航空航天業也對機床裝備提出越來越高的要求。
機床應具有大功率、大扭矩、高剛性
鈦合金作為一種新型結構材料,具有密度小,比強度高,熱強度好,能耐各種酸、堿、海水、大氣等介質的腐蝕等一系列優良的力學、物理性能,因此在航空航天業的應用越來越廣泛。當今的F-22戰斗機中則占到了39%;B787客機和C-17軍用運輸機的鈦合金用量也分別達到了15%和10.3%。而且鈦合金是繼鎳基超合金以后的第二大噴氣式發動機常用材料,占結構質量的1/3以上。但是,由于鈦合金切屑變性系數小,導熱率低,切削時切削力比較大,切削溫度很高,導致切削功率大,主軸扭矩高。因此要求機床主軸有更大的扭矩和功率,同時機床也要有高剛性的床身和機床主軸,從而可以抑制工件的變性和振動,提高加工質量。另外,航空航天產品的零件無論是體積還是重量一般都非常大,切削時切削用量很大,材料去除率也很高,這就必然要求機床具有大功率切削的能力,機床本身也向重型、超重型化發展。
機床應具有高速性,精密性
鋁合金是航空航天制造的主體材料,一般采用高速切削加工。高速切削單位時間材料切除量提高3~5倍,加工時間可降至原來的1/10以下,加工效率高。而零件加工切削力可減少30%左右,使得工件在切削中的變形大大減小,提高了加工精度。切削中切削熱的95%~98%被切屑帶走,減少了工件的熱變形。高速加工激振頻率較高,遠遠超過了機床系統的固有振動頻率,因此工件加工時處于“無振動”切削狀態,這就會獲得較高的加工表面質量。航空產品零部件中的薄壁、筋板結構比較多,加工精度和加工質量要求高,加工時易發生變形,因此這種結構也特別適合高速加工。因此航空航天制造用機床應具備高速加工的能力。航空航天業是高精密領域,對機床精密性的要求也很高,機床多為高精密的數控機床,比如精密數控車床和車削中心、立臥轉換4-5軸銑削中心、高精度數控萬能磨床等。
機床應實現復合化、自動化
航空航天產品的很多零件結構很復雜,還有機械加工困難的窄槽、異型孔、微孔等等,這就需要多個工序和不同類型的機床來完成加工,這就造成了效率低下。為了解決這個問題,航空航天制造機床的復合化程度越來越高,這樣在機床上一次裝夾,就可完成多個甚至所以的加工工序,大大提高了加工效率。同時,航空航天制造用機床還應該具備自動裝夾找正、過程監控與誤差補償等能力,這樣才能大大提高加工效率和質量。
航空航天業中廣泛應用的機床類型
航空航天結構件一般采用整體設計,通常尺寸和重量都較大。龍門結構機床由于結構剛性好、加工范圍大、占地面積小、操作方便等優點,成為航空航天大型數控加工機床結構的首選。這種機床的寬度一般在2.5米以上,單龍門工作臺的長度為12米左右,而雙龍門工作臺為28米左右。下圖為北京第一機床廠生產的數控動梁龍門系列鏜銑床,它的工作臺行程為8米到73米。而龍門結構機床中,多龍門多主軸的機床占了很大一部分比例,這種結構的機床能顯著提高加工效率和工作臺的利用率。

并聯機床也是航空航天領域受歡迎的機床之一。自1994年起,并聯機床開始風靡全球,曾有人把并聯機床的誕生稱為21世紀的機床革命。這種機床具有敏捷加工、一次裝夾加工、復合角度加工等優點,非常適合航空航天零件制造。美國波音公司是第一家在實際生產中采用并聯運動機床的公司。1996年至今,第一臺機床并聯機床一直在高質高效的加工生產波音727和737的底梁部件。歐洲空中客車公司也已應用并聯運動機床多年, 主要用于大型飛機結構件上鉆孔與切邊。下圖是哈量集團應用瑞典愛克斯康公司的最新并聯機床技術開發的LINKS-EXE700新一代并聯機床,可滿足航空航天業需要的靈活加工技術。

目前在航空航天制造業廣泛使用的機床設備種類很多,主要有:高速加工中心、多軸聯動加工中心、雙主軸車削中心和車銑中心、精密磨床和復合磨床、精密電加工機床、精密大型龍門鏜銑床和精密落地鏜銑床、高效數控專機等。這些機床的市場占有量很大,也是航空航天客戶引進比較多的機床。
國內機床商為航空航天提供機床的現狀
與普通的數控機床相比,航空航天數控機床有著規格大、聯動坐標多、控制功能強、主軸轉速范圍大、坐標運動精度高等優點,機床設計制造的難度很大,造價也比較高。目前我國航空航天制造業的機床設備大部分是從國外進口的,國產機床設備占的比重比較小。出現這種狀況的原因主要是國產機床裝備的水平不能滿足航空航天制造的要求。目前,國內機床裝備在精度、穩定性、可靠性、售后服務方面同進口機床還存在著一定的差距。國內只有少數的機床生產廠家可以提供用戶滿足要求的技術成熟的可靠產品。
近些年國產機床與進口機床之間的差距也在縮小。國產機床在高速、高精、多軸、復合等方面都有較大突破,尤其是龍門加工中心和數控龍門鏜銑床更為突出。北京一機、濟南二機、沈陽機床廠、江蘇多棱等多家實力雄厚的國內機床商已經推出了多種五軸聯動龍門加工中心和數控龍門鏜銑床。目前我國航空工業采購國產機床設備的比例從以前的10%~20%上升到30%~40%。相信在不遠的將來,隨著機床制造技術的不斷發展和國內機床制造商的不斷努力,國產機床肯定能占據大部分的國內市場,為中國航空航天業提供更優質的數控機床,滿足航空工廠的要求。
國際金融危機對航空航天業和機床業的影響
由美國次貸危機引起的金融危機席卷全球,給世界經濟帶來沉重的打擊,航空航天業也不能幸免,許多航空公司陷入了困境。近期我國三大航空集團已取消或縮減了部分國內和國際航班。中國第一家民營航空公司奧凱航空于2008年12月3日接到了民航總局的“停飛令”,已經面臨破產的境地。航空公司融資和經營出現困難,會推遲或者取消航空制造的訂單,進而會影響到航空制造商。據統計,2008年上半年全球新增飛機訂單總數不到去年一半。金融危機已經對航空業產生了嚴重的負面影響。
面對金融危機,我國的航空制造產業也表現出了強勁的生命力。2008年珠海航展期間,中國商用飛機有限責任公司與美國通用航空公司簽署25架ARJ21支線客機購機協議,中國制造的飛機將第一次翱翔北美的天空。與此同時,幸福航空與西安飛機工業集團簽 下購買新舟60飛機意向合同,首批3架新舟60飛機將在2009年2月前陸續交付并投入商業運營。展望未來,隨著大飛機項目的進展,我國航天事業的不斷進步,中國航空制造業必然會沖破金融危機帶來的阻礙,前途仍然一片光明。同時,這次金融危機對我國的機床制造業也是一個警示。中國機床制造商只有不斷提升自己的技術實力和服務水平,才能更好的推動航空航天制造業前進,才能使自己在日益加劇的競爭中立于不敗之地。
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