制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，制造技術(shù)水平是衡量一個國家綜合實力的重要標志之一。以飛機結(jié)構(gòu)件為代表的航空零件結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜、加工精度要求極高。因此，航空制造技術(shù)被稱為制造業(yè)的皇冠，代表著制造技術(shù)的**水平。
數(shù)控（NC）是數(shù)字控制（Numerical Control）的簡稱，是20世紀中葉發(fā)展起來的一種用數(shù)字化信息進行自動控制的一種方法。裝備數(shù)控技術(shù)的機床，稱為數(shù)控機床[1]。與傳統(tǒng)機床相比，數(shù)控機床具有**率、高精度、高柔性化及高集成化等特點，既能保證加工質(zhì)量，又能大大降低勞動強度，提高生產(chǎn)效率[2]。而飛機結(jié)構(gòu)件是最早使用數(shù)控機床進行加工的產(chǎn)品之一。飛機結(jié)構(gòu)件的加工要求在很大程度上是推動數(shù)控機床特別是**數(shù)控機床發(fā)展的主要動力之一；換而言之，**數(shù)控機床的整體水平又是決定航空制造水平的核心因素之一。
綜上所述，面向飛機結(jié)構(gòu)件加工的數(shù)控機床在很大程度上代表著未來數(shù)控機床特別是**數(shù)控機床的發(fā)展方向。因此，我國從2006年開始已經(jīng)把**數(shù)控機床與基礎(chǔ)制造裝備專項列為國家重大科技專項。本文將結(jié)合作者從事的專業(yè)方向，淺談一下未來面向飛機結(jié)構(gòu)件加工的數(shù)控機床的發(fā)展方向。
**加工是數(shù)控機床發(fā)展永恒的主題
效率是企業(yè)生存的根本，是提高企業(yè)經(jīng)濟效益和競爭力的根本途徑。一方面，現(xiàn)代航空工業(yè)處于高速發(fā)展中，隨著飛機性能的不斷提升，飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計開始向整體化、大型化、輕量化方向發(fā)展，伴隨而來的是飛機結(jié)構(gòu)件的形狀越來越復(fù)雜、尺寸越來越大、材料去除率越來越高、加工工藝性越來越差。圖1是我國國產(chǎn)大型客機C919的機頭風擋窗框零件，其整體結(jié)構(gòu)是空間自由曲面，材料去除率高達99.35%，屬于典型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工周期長的飛機結(jié)構(gòu)件。
newmaker.com
圖1 C919飛機機頭的風擋窗框
另一方面，用戶和市場對飛機的研制周期要求越來越短，從而加劇了飛機結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化與市場期望周期不斷縮短之間的矛盾。在全球化競爭的背景下，航空制造企業(yè)別無選擇，只有快速響應(yīng)市場的需求，才能立于不敗之地，而要快速地響應(yīng)市場，就必須提高生產(chǎn)效率、縮短加工周期，**的數(shù)控機床正是解決這一問題的**手段。從目前數(shù)控機床的發(fā)展趨勢來看，未來用于加工飛機結(jié)構(gòu)件的**數(shù)控機床主要包含以下幾種。
1 超高速、快進給的虛擬軸機床
在新機研制階段，為了縮短產(chǎn)品的研制周期，必須在最短的時間內(nèi)制造出樣機，這就要求飛機結(jié)構(gòu)件的制造必須**、高質(zhì)量的配套。而提高加工效率最直接***的方法就是使用加工效率更高的機床，換而言之，就是**限度地提高機床的轉(zhuǎn)速和進給速度。
立臥轉(zhuǎn)換機床**的特點是設(shè)備具有超大擺角行程的旋轉(zhuǎn)主軸，如圖4所示。一般情況下，主軸裝配在機床立柱上，擺角為0°時，主軸呈水平臥式加工狀態(tài)；擺角向下旋轉(zhuǎn)90°時，主軸呈豎直立式加工狀態(tài)。圖4所示的典型立臥轉(zhuǎn)換機床旋轉(zhuǎn)主軸的擺角區(qū)間為+60°~-120°，主軸旋轉(zhuǎn)范圍達180°[4]，機床加工狀態(tài)可以在立式與臥式之間自由轉(zhuǎn)化。配上可以旋轉(zhuǎn)的工作臺以后，只需一次裝夾。機床可以對零件6個方位進行***的加工，極大地提高零件的加工效率和設(shè)備利用率。未來這類機床必將成為加工飛機復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的重要選擇。
newmaker.com
圖4 立臥轉(zhuǎn)換機床的主軸旋轉(zhuǎn)范圍
4 多工作臺、快速換裝的柔性裝夾系統(tǒng)
與數(shù)控機床的切削效率相比，如今機床利用率已經(jīng)成為影響飛機結(jié)構(gòu)件加工效率的重要因素，其影響權(quán)重因子逐年增大。數(shù)據(jù)表明，與發(fā)達國家相比，我國數(shù)控加工的整體技術(shù)主要差距已不是機床的切削效率，而是機床的利用率，即單位時間內(nèi)機床**切削時間的百分比。除機床正常的保養(yǎng)和維修外，占用機床非加工時間最多的便是零件的裝夾和找正。目前，國內(nèi)絕大多數(shù)企業(yè)的裝夾方式還是在線上裝夾，這是造成設(shè)備利用率低下的主要原因之一。
為了提高設(shè)備的利用率，較好的解決方案是機床有多個工作臺，使機床在正常加工的同時進行線下的裝夾準備工作�？紤]到飛機結(jié)構(gòu)件形狀復(fù)雜、品種多樣性的特點，工作臺還應(yīng)具備較好的柔性，便于不同類型零件的快速裝夾。圖5為沈陽機床有限公司生產(chǎn)的帶有雙工作臺的五坐標臥式加工中心。它可在零件加工的同時進行線下裝夾零件，顯著提高了設(shè)備利用率。隨著經(jīng)濟全球化進一步加深和國際數(shù)控加工市場競爭日益激烈，未來這種具備多工作臺、快速換裝的機床必將受到廣大航空制造企業(yè)的青睞。
用于復(fù)合材料加工的專用數(shù)控機床逐漸增多
波音和空客公司代表當今世界**進的民機制造技術(shù)。近幾年，復(fù)合材料的使用比例越來越大（圖6），且增長趨勢突飛猛進。復(fù)合材料在飛機上的用量和應(yīng)用部位已成為衡量飛機結(jié)構(gòu)先進性的重要指標之一，以空客350為例，其復(fù)合材料構(gòu)件重量約占全機結(jié)構(gòu)重量的50%。因此，未來飛機結(jié)構(gòu)件的機床很大程度上要面對復(fù)合材料加工。目前，飛機結(jié)構(gòu)件中使用的復(fù)合材料主要包括芳綸紙蜂窩材料、金屬蜂窩材料、碳纖維復(fù)合材料、玻璃鋼復(fù)合材料和泡沫材料等�，F(xiàn)有的數(shù)控設(shè)備加工復(fù)合材料面臨的**問題是加工過程中產(chǎn)生的大量粉塵等污染物對環(huán)境的污染非常大，因此，必須采用新的加工設(shè)備從切削機理上來杜絕粉塵等污染物，以降低復(fù)合材料加工對環(huán)境的影響。
newmaker.com
圖6 波音和空客部分機型的復(fù)合材料用量
相關(guān)產(chǎn)品推薦地址：
數(shù)控切割機 http://www.hycsk.com
數(shù)控火焰切割機 http://www.hycsk.com
數(shù)控等離子切割機 http://www.hycsk.com
數(shù)控切割機價格 http://www.hycsk.com/category-7.html
數(shù)控火焰切割機價格 http://www.hycsk.com/category-14.html
數(shù)控等離子切割機價格 http://www.hycsk.com/category-15.html
龍門式數(shù)控切割機 http://www.hycsk.com/category-7.html
龍門式數(shù)控火焰切割機 http://www.hycsk.com/product-17.html
龍門式數(shù)控等離子切割機 http://www.hycsk.com/product-16.html
龍門式數(shù)控火焰等離子切割機 http://www.hycsk.com/product-61.html
便攜式數(shù)控切割機 http://www.hycsk.com/category-10.html
便攜式數(shù)控火焰切割機 http://www.hycsk.com/product-34.html
便攜式數(shù)控等離子切割機 http://www.hycsk.com/product-38.html
臺式數(shù)控等離子切割機 http://www.hycsk.com/taishishukongdengliziqiegeji.html
臺式等離子切割機 http://www.hycsk.com/product-44.html
風管等離子切割機 http://www.hycsk.com/category-5.html
通風管道等離子切割機 http://www.hycsk.com/product-43.html
風管等離子切割機價格 http://www.hycsk.com/product-12.html
數(shù)控精細等離子切割機 http://www.hycsk.com/product-57.html
小蜜蜂數(shù)控火焰切割機 http://www.hycsk.com/product-46.html
小蜜蜂數(shù)控等離子切割機 http://www.hycsk.com/product-47.html
相貫線切割機 http://www.hycsk.com/shukongxiangguanxianqiegeji.html
便攜式相貫線切割機 http://www.hycsk.com/product-59.html
目前，用于加工芳綸紙蜂窩芯的超聲波機床，如圖7所示，已在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。該機床的主要原理是以切割的方式來加工蜂窩芯，工程應(yīng)用結(jié)果表明，用于加工芳綸紙蜂窩芯的超聲波機床能顯著改善加工環(huán)境，提高加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。目前，國內(nèi)外一些企業(yè)已經(jīng)把超聲波機床用于碳纖維復(fù)合材料的加工。此外，水切割設(shè)備、磨料水射流設(shè)備等已經(jīng)開始嘗試用于復(fù)合材料的加工。隨著復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)件中所占的比重逐漸增長，未來必將出現(xiàn)更多專用的設(shè)備用于加工復(fù)合材料。
開放的數(shù)控系統(tǒng)是未來機床的必然選擇
IEEE對于開放式系統(tǒng)的定義是：經(jīng)過恰當實現(xiàn)的應(yīng)用程序能夠在不同廠商的多個平臺上運行，能夠與其他系統(tǒng)的應(yīng)用程序互相操作，并且能夠提供一致性的人機交互界面[6]。與傳統(tǒng)的封閉式專用數(shù)控系統(tǒng)相比，開放式數(shù)控系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于：在體系結(jié)構(gòu)上給用戶留有進行二次開發(fā)更多的余地，能夠迅速**地響應(yīng)新的加工需求。雖然開放式數(shù)控系統(tǒng)自20世紀就成為國內(nèi)外機床廠家和學術(shù)界的熱點問題，但迄今為止仍然沒有較好的實施方案。
按照開放式系統(tǒng)的定義，目前數(shù)控系統(tǒng)（如FANUC、SIEMENS等系統(tǒng)）都不是開放的，兼容性較差，彼此封閉。隨著技術(shù)進步，市場競爭加劇，這種數(shù)控系統(tǒng)越來越不適應(yīng)制造業(yè)發(fā)展的趨勢。這是因為現(xiàn)代**機床的數(shù)控系統(tǒng)，不但要有更高的精度和快速的運算處理能力，而且要求程序在不同廠商的系統(tǒng)上運行，并且用戶可以根據(jù)自己的需求嵌入和擴展其功能，如故障診斷、加工結(jié)果重現(xiàn)、加工數(shù)據(jù)監(jiān)控等。
飛機結(jié)構(gòu)件形狀復(fù)雜，可加工性較差，很多零件的加工故障診斷以及加工程序的優(yōu)化單憑工藝技術(shù)人員的經(jīng)驗已經(jīng)無法做出正確的判斷，這就迫切需要在數(shù)控系統(tǒng)上嵌入相關(guān)的軟硬件設(shè)備對加工過程進行相關(guān)數(shù)據(jù)的采集和分析，根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果來調(diào)整優(yōu)化當前的工藝方案和切削參數(shù)，以實現(xiàn)飛機結(jié)構(gòu)件的高性能加工。因此，未來加工飛機結(jié)構(gòu)件的數(shù)控機床對開放式數(shù)控系統(tǒng)的需求十分迫切。
結(jié)束語
數(shù)控機床的發(fā)展極大地提高了航空制造技術(shù)的整體水平，同樣，航空制造技術(shù)特別是飛機結(jié)構(gòu)件加工的技術(shù)要求也加快了數(shù)控機床的發(fā)展歷程，正是由于兩者相互促進才使彼此得到共同的發(fā)展。文章從面向飛機結(jié)構(gòu)件的技術(shù)要求出發(fā)，對未來數(shù)控機床發(fā)展方向進行了展望，包括**數(shù)控機床的發(fā)展方向，難加工材料機床的發(fā)展方向，加工復(fù)合材料機床的發(fā)展方向以及數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向幾個方面。
數(shù)控等離子切割機http://www.158cnc.com
光纖激光切割機http://www.158cnc.com/list-14-1.html
數(shù)控等離子切割機價格http://www.158cnc.com/list-10-1.html
數(shù)控火焰切割機價格http://www.158cnc.com/list-11-1.html
龍門式數(shù)控切割機http://www.158cnc.com/list-12-1.html
龍門式數(shù)控火焰切割機http://www.158cnc.com/show-12-121-1.html
龍門式數(shù)控等離子切割機http://www.158cnc.com/show-10-115-1.html
便攜式數(shù)控切割機http://www.158cnc.com/list-48-1.html
便攜式數(shù)控火焰切割機http://www.158cnc.com/show-48-123-1.html
便攜式數(shù)控等離子切割機http://www.158cnc.com/show-48-124-1.html
小蜜蜂數(shù)控切割機http://www.158cnc.com/list-39-1.html
小蜜蜂數(shù)控火焰切割機http://www.158cnc.com/show-39-125-1.html
小蜜蜂數(shù)控等離子切割機http://www.158cnc.com/show-39-126-1.html
臺式數(shù)控等離子切割機http://www.158cnc.com/list-40-1.html
相貫線切割機http://www.158cnc.com/list-41-1.html
全自動激光切管機http://www.158cnc.com/list-42-1.html
參考文獻
[1] 吳連連，黃愛華.淺談我國數(shù)控機床的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢.機械管理開發(fā)，2013(3):115-118.
[2] 唐克巖.我國數(shù)控機床產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與展望.機床與液壓，2012(5):145-147.
[3] 邵欽作. 從EM0201 3歐洲機床展看數(shù)控機床的發(fā)展趨勢.世界制造技術(shù)與裝備市場，2014(1):90-94.
[4] 劉宇.**裝夾技術(shù)在立臥轉(zhuǎn)換機床上的應(yīng)用.航空制造技術(shù)，2014(22):78-82.
[5] 王向明，蘇亞東，吳斌.增材技術(shù)在飛機結(jié)構(gòu)件研制中的應(yīng)用.航空制造技術(shù)，2014(22):16-20.
[6] 劉繁茂，尹何遲，文澤軍. 全軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)研究.機械與電子，2009(9)：44-46. (end)
資訊來源：
數(shù)控切割機
您當前的位置: 首頁 > 行業(yè)資訊
