飛機制造業對機床等設備的需求

 　　2008年2月，國務院原則上批準大型飛機科技重大專項正式立項。溫家寶總理說：自主研制大飛機是中共中央、國務院做出的重大戰略決策，這意味著中國人要用自己的雙手和智慧制造出在世界上有競爭力的大飛機。 什么叫有競爭力？就是要實現批量生產，并且達到安全、經濟、舒適這三項重要目標，在國內、國際市場上有競爭力。制造大飛機不容易，要突破許多關鍵技術，特別是發動機、材料和電子設備。

　　5月11日，中國商用飛機有限責任公司在上海正式成立，標志著中國大型客機研制項目正式啟動。中國商用飛機公司主要從事民用飛機的設計、研制、生產、制造和承接飛機零部件的加工生產等業務。

　　我國通過研制支線客機，在人才、技術、材料、制造、項目管理等方面積累了一定的經驗，為下一步研制大飛機奠定了堅實的基礎。目前我國一些飛機制造企業在為波音、空客等公司生產關鍵零部件，在一定程度上具備了制造大飛機的生產能力。

　　研制大飛機重點要加強飛機研發、關鍵部件制造及總裝、市場營銷等方面的能力，要突破飛機發動機、機載設備、材料等關鍵核心技術。典型零件和難加工材料的加工也是其中的一個關鍵環節。

　　機床工業如何為航空工業服務，首先要了解飛機等航空零部件的結構和工藝特點。

　　一、飛機零件的結構特點

　　典型的飛機零件的結構特點是薄壁結構，形狀復雜，外形變斜角變化大，外形多為雙曲面，要求成形精確。為了減輕飛機重量，增加飛機的機動性和增加有效載荷和航程，進行輕量化設計，廣泛采用新型輕質材料。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。現在大量采用鋁合金、鈦合金、耐高溫合金、高強度鋼、復合材料等。結構復雜的薄壁件、蜂窩件不僅形狀復雜，而且孔、空穴、溝槽、加強筋等多，工藝剛性較差。

　　二、飛機制造中需要用機床加工的典型零件

　　飛機制造中需要用機床加工的典型零件，主要有飛機機身結構件和發動機的關鍵零件兩部分：

　　1、機身結構件典型零件

　　飛機機身結構件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭、滑軌等類零件。以扁平件、細長件、多腔件和超薄壁隔框結構件為主。毛坯為板材、鍛件和鋁合金擠壓型材。材料利用率僅為5%-10%左右，原材料去除量大。目前，國內飛機零件，90%以上為鋁合金件，少量為不銹鋼和鈦合金鋼，且整體結構件越來越多，應用復合材料是今后的發展方向。

　　機身結構件典型零件的結構特點

　　1）、零件的輪廓尺寸越來越大。如有的梁類零件的長度已達到13m。

　　2）、零件的變斜角角度變化大，超薄壁等。最薄處尺寸只有0.76mm左右，所以，加工工藝剛性差。

　　3）、零件的結構越來越復雜，很多零件采用整體結構。

　　4）、零件的尺寸精度和表面質量要求越來越高，如有些零件加工后出現的毛刺等缺陷，不允許用人工去除。

　　加工飛機機身典型零件所需主要設備

　　⑴ 三坐標加工中心，如大型龍門立式加工中心；

　　⑵ 五軸聯動加工中心，如大型龍門立式加工中心，應配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭；

　　⑶ 從發展考慮，需要大型龍門式雙主軸五坐標加工中心，工作臺尺寸5m×20m，用于加工梁類零件；

　　⑷ 加工鋁合金件需要大功率高速加工中心，功率≥40KW，主軸轉速20000r/min以上，帶兩坐標擺角銑頭；

　?、?由于整體鋁合金件切削加工去除量大，為便于排屑，最好需要工作臺可以翻轉90o的臥式加工中心，目前，國內尚無這種臥式加工中心；

　?、曙w機機身結構件品種多，形狀各異，且工藝剛性差，需用大量卡具。為降低成本，縮短生產準備周期，需要各種柔性卡具；

　?、蒜k金成形件主要涉及蒙皮、型材、導管等曲面成形，要求成形精準。為保證制造精度，需要大規格蒙皮拉伸機；蒙皮滾彎成形機；還有三軸滾校平機、型材拉彎機、導管成形機等。飛機部件裝配還需自動鉆鉚設備；

　?。?）為減輕飛機重量，復合材料的應用越來越多，制作復合材料構件需要鋪帶機等等（鋪帶機在國內還是空白）。

　　2、飛機發動機的關鍵件與加工要求

　　飛機發動機的關鍵件有機匣、各類葉片和整體葉盤。

　　機匣加工

　　航空發動機機匣有三類，一類是對開環形結構，一類是整體環形結構，還有一種是異形殼體。機匣材料是一種難加工的耐高溫的高強度鈦合金材料。機匣又是薄壁、弱剛性結構，型面復雜，精度要求高，加工難度大。機匣是大型零件，一臺推力為15000公斤航空發動機機匣直徑為φ800mm。大飛機的大型風扇機匣外形尺寸φ1823.5mmx546mm，最薄處壁厚3mm。所以，機匣加工需要中、大型多功能、高精度數控機床。如加工直徑為φ2000mm的數控立車和精密數控立車；工作臺尺寸為2400mm×5000mm的龍門式五軸聯動加工中心，需具備雙工位、在線測量和仿真功能，刀庫容量60把刀左右，數控系統具有高級編程功能，工作臺3000mm x 5000mm的龍門式數控鏜銑床。

　　葉片加工

　　航空發動機的葉片材料為耐高溫的鈦合金材料，需用五軸聯動加工中心，五軸高速龍門銑等加工葉片形面。葉根榫頭的加工需用拉床和緩進給強力磨床，并希望緩進給強力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、程序調整和自動補償功能。

　　葉片形面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拋光。希望有葉片形面檢測設備。

　　大型寬弦空心風扇葉片采用寬弦、空心、帶阻尼凸臺結構，直徑φ1600mm以上，風扇葉尖速度高達457m/s,選用重量更輕的鈦合金或樹脂基材料，制造這類葉片需要五坐標葉片銑床；自動拋光機；組合封焊和擴散連接及超塑成形設備等。

　　葉片有很多冷卻用的小孔，用電脈沖打孔，比用激光打孔好（激光打孔有硬化層），但現在，電加工打孔機床沒有打孔深淺的顯示，操作困難。希望能解決這個問題，能顯示打孔的深淺。而耐1100°C高溫的鎳基單晶渦輪葉片具有很好的高溫強度和綜合性能，葉片上有許多直徑為φ0.3mm-φ0.4mm的冷卻氣膜孔，制作這類葉片，需要定向/單晶熔鑄爐、陶瓷型芯焙燒爐、制芯機、磨削中心、數控緩進給磨床以及葉片制孔的電液束流設備和小孔加工單元等裝置。

　　整體葉盤加工

　　整體葉盤是薄壁盤類零件，葉盤圓周上有裝葉片的榫槽。直槽可用拉削加工和磨削加工。圓弧形榫槽可用銑削和成形磨加工，但圓弧形榫槽的檢測困難。葉環和葉盤的加工需要數控臥車、精密數控立車。要求加工機床的剛性好，定位精度高，定位精度約為2μm～3μm。整體葉盤的葉片部分，可用五軸高速加工中心加工，還可以用電火花成形加工。重型燃機葉盤直徑可達2000mm～3000mm，需要用砂輪線速度100m/s以上的高速磨床加工。

　　加工發動機關鍵零件所需的主要設備有：

　　帶A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭的五軸聯動加工中心；
　　五坐標葉片銑床；
　　整體葉盤高效加工中心；
　　工作臺3000mm x 5000mm數控龍門鏜銑床；
　　精密數控立式車削中心；
　　數控立式車床；
　　精密數控車床；
　　車銑復合加工中心；
　　榫齒倒圓專用加工中心；
　　激光熔覆加工機床；
　　電火花銑削加工機床；
　　數控臥式車床；
　　數控立式磨床；
　　數控緩進給磨床；
　　端面弧齒磨床；
　　高速轉子葉尖磨床；
　　700t電動螺旋壓力機；
　　板類件無模多點成形壓力機；
　　定向/單晶熔鑄爐；
　　用于葉片制孔的電液束流設備、小孔加工單元以及真空熱處理爐等等。

　　上述設備要求機床具有足夠的剛性，操作簡單，人機界面清楚，具備樣條插補（NURBS）功能,過程均勻控制，以減少對拐角處加工精度的影響，還具有在線測量和仿真功能。

　　三、發展大飛機必須立足國內，開發并應用國產設備

　　目前，飛機制造企業所使用的機床大部分是進口的，國產機床很少，而且大部分用于粗加工，主要原因是：現在國產機床的精度保持性、質量穩定性、服務及時性等方面與航空用戶的要求還有差距，有些機床國內還是空白。

　　為了改變這種狀況，國外機床制造企業在與航空制造企業合作方面有一些好的做法值得借鑒。如國外一些機床制造企業設立了對應航空應用的開發部門，該部門的職責是收集航空制造企業的需求，向產品設計部門轉達這些需求，研究開發用于航空零件加工的工藝和程序。機床制造企業還設置航空客戶銷售經理，專門負責航空制造市場的銷售，加強與航空制造企業的聯系，反饋航空制造市場的需求信息。國內機床制造企業也可借鑒國外的這種先進做法，首先要了解航空制造企業的需求和飛機零件的制造工藝，據此制定機床設計方案，研究相適應的工藝路線，提供能夠滿足航空企業要求的機床。大部分航空制造企業都表示，如果國產機床能夠滿足要求，還是愿意使用國產機床的，因為國產機床的成本低。另外，購買國外的高檔數控機床，國外設定了很多限制，甚至不賣給我們。

　　所以，發展大飛機必須立足國內，開發上述急需的加工設備，才能不受制于人。我國機床工業企業應勇挑重擔，為國分憂。航空發動機制造企業和飛機制造企業也要為振興我國裝備制造業出力，積極應用國產設備，幫助改進國產設備，盡早形成產學研用的互動創新機制。