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航空工业 引领机床产业升级

導讀: 目前,我國航空制造業中加工飛機關鍵件的機床設備主要還是依賴于進口,而這些機床裝備都屬于難以從國外進口或者國外不向我國出口的産品,因此大飛機項目對提升我國高端機床的國産化技術水平提出了迫切要求。

  自“运十”下马到大飞机项目启动,虽然延宕20余年,却足以让一代民航人的“飞天梦”不再遥不可及。 2008年5月11日,负责自主研制我国大飞机的项目公司——中国商用飞机有限责任公司在上海成立,该公司注册资本达190亿元。整个研制过程将历时10年以上,对拉动相关产业的增长起到积极作用。

  作爲裝備制造業的“工作母機”,機床工具行業擔負著爲大型客機制造提供優良裝備的使命。中航技國際工貿公司總經理張輝認爲,航空工業需要有更多自己的裝備制造産品,這是國家行爲,要有企業去響應。同時,國家也要去積極引導。

  聞“機”起舞

  为适应我国航空工业发展需要, 2008年底我国航空工业体制进行了新的改革,将原航空工业一集团和二集团合并重组为新的中国航空工业集团公司,表明了国家要集中资源和精力发展以大飞机为代表的高新航空产业的坚定意志和决心。根据有关预算,从大飞机前期的研发费用到生产能力建设,再到产品最终投放市场,相关投入总体上将超过 2000亿元。

  航空航天工業産品零件的特點是耐高溫、高強度、難加工,同時合金材料和複合材料多、複雜結構件多、工藝要求高。大飛機的梁、框、肋和壁板的毛坯所用的板材或鍛件,都是重則幾百公斤甚至數噸的大塊頭,得用重型、超重型機床加工。

  大飞机立项之后,中国的装备制造企业聞“機”起舞,围绕着大飞机项目,展开了各方面的工作。机床行业就是其中之一,希望在“大飞机”项目中获得提高产品档次、提升产业芗兜机会。

  毛坯75%~95%的材料都需要被車磨镗銑掉,因此需要大型、高速、精密、多軸的高性能數控落地銑床、加工中心;發動機加工需要用精密加工中心和坐標镗銑加工中心;還需要大量高剛性、高效率的專用機床和柔性自動生産線。

  除机床外,国产的多通道模块化数控系统问世,可同时实现铣、磨、钻等 16个以上工序的加工及动作,特别是一次装卡技术极大地提高了工件加工精度。

  此外,機床行業不僅要爲飛機制造廠設計、制造、安裝機床、柔性生産線和加工中心,還要爭取爲飛機制造廠提供咨詢建議、設備成套、工程承包和交鑰匙工程等一攬子服務。因此,大飛機制造給了機床工具行業難得的發展機遇,機床行業或將借機實現騰飛。

  需求各有側重

  現代飛機爲滿足高速、高機動、高負載和遠航程等性能要求,大量地采用新技術、新結構、新材料,其零件越來越向尺寸大型化、型面複雜化、結構輕量化、材料多元化和制造精密化發展。如飛機機身結構件的典型零件梁、框、肋、壁板、桁條以及航空發動機的關鍵件機匣、各類葉片和整體葉盤等,其輪廓大而形狀各異。

  由于現代航空制造業所面臨的通常都是多品種、小批量、短生産周期的生産任務,因此要求工藝系統有較高的響應速度。航空制造業需機械加工的典型零件主要有機身結構件、發動機關鍵件、起落架零件及機載産品零件等。由于它們的結構和性能要求各異,對機床工具的需求也各有側重。

  飛機機身結構件主要有梁、框、肋、壁板等零件,此類零件大多爲鋁合金或钛合金材料,一般外形輪廓尺寸都很大,屬薄壁多腔的整體框架結構,機械切削去除量大,表面質量要求高。加工此類零件需要大型、重型機床裝備,要求工作台承重10噸以上,有效行程在15米以上的高剛性機床。

  而飛機發動機關鍵零部件有壓氣機、燃燒室、渦輪等。此類産品的零件多爲高溫合金或耐高溫的複合材料,一般爲異型環狀結構,剛性差,精度高,型面複雜,加工難度大。加工此類零件需要大、中型多功能、高精度數控機床,要求設備具有較高的柔性,優良的數控系統,在線測量功能強大,工位多,刀具庫容量大,如大型精密數控立式車削中心,五軸聯動加工中心及多軸數控龍門銑,另外還需針對發動機葉輪開發高性能葉輪加工專用機床。

  飛機起落架一般采用高強度鋼的鍛造毛坯經機械加工而成。鍛造起落架的毛坯需要萬噸級壓力機,毛坯的加工需要中、大型數控落地镗銑床、五軸聯動龍門加工中心等設備。機載産品零件種類繁多,結構複雜,材料多樣,性能各異。加工此類零件需要中、小型高精度的多功能數控複合機床及高速數控銑床,如高精度的立、臥式加工中心及高精度的車、銑、磨複合加工中心等機床設備。

  高端缺口

  中國大飛機立項後,數控機床行業開始積極研制生産大飛機零部件的機床,華中數控是國內從事數控系統研發和生産的企業,五軸聯動數控龍門銑床,能加工飛機渦輪等複雜機器部件。湖北省機床行業的兩大龍頭企業武重與華中數控,也醞釀在産、學、研上開展合作,爲生産大飛機提供高質量的加工機床。

  “大型客机的零部件数量有300万~ 500万之多。”北京航空航天大学飞行器制造工程系教授刘继红在接受本报记者采访时曾表示,“大飞机”项目将推动装备制造业的发展,加快高档机械装备的研制步伐。

  “飛機本身就是一個裝備,由很多其他裝備制造出來。”他說,“在研制‘大飛機’的過程中需要成套的大型精密高檔數控機床,比如組成機翼的大型結構件就需要機床具有多軸聯動和高速加工性能。據了解,現代飛機的主要承力結構如梁、框、肋和大型壁板等整體結構件的毛坯都是板材或鍛件,重則幾百公斤甚至數噸,但毛坯的很多材料將被加工掉,因此加工工作量極大,飛機采用高速數控加工技術是一種趨勢。

  目前,我國的大型精密高檔數控機床的能力亟須提高。《國務院關于加快振興裝備制造業的若幹意見》將高檔數控機床列爲16個重大發展專項之一。“高檔機床也需要基礎元器件的支撐,比如傳感器、高速精密主軸、齒輪等,在這方面,我國相關企業與國外也存在差距,有很大的提升空間。”劉繼紅說,科技部“十一五”科技支撐計劃中,就將包括上述元器件在內的衆多基礎元器件,列爲機械制造技術突破和發展的重點。

  爲適應航空工業的發展,我國裝備制造業已經取得一些成果,比如研制成功面向飛機大型板類件加工的橫梁移動式龍門五軸加工中心,能對飛機機翼、渦輪、螺旋槳進行深加工。

  值得一提的是, 8万吨重型模锻液压机的立项则初步体现了“大飞机”项目对装备制造业的拉动。作为支撑国家大型飞机自主研制所急需的关键重型装备,该模锻液压机项目建设方案除了有利于“大飞机”的研制,对我国大型锻压设备和大型盘件、结构件的制造也起到了推动作用。

  亟待升級

  航空工業一直是引領機床工具發展的主要行業,也是機床工具的消費大戶。大飛機項目的實施,對我國機床工具行業提出了新的挑戰。

  雖然我國已成功研制了支線飛機,但與大飛機相比,其制造裝備還不能滿足大飛機對超重型和重型零件的複雜、高效、複合加工的需求。航空各制造企業都面臨著大型加工設備的升級選擇。

  目前,我國航空制造業中加工飛機關鍵件的機床設備主要還是依賴于進口,而這些機床裝備都屬于難以從國外進口或者國外不向我國出口的産品,因此大飛機項目對提升我國高端機床的國産化技術水平提出了迫切要求。

  業內人士認爲,應大力發展多功能的複合機床。雖然目前有的加工中心已實現能將車、銑、镗、磨、抛光等多種機加工工序複合在一台機床上,但這仍不能完全滿足未來航空關鍵零件的加工。而將機械加工與激光、電、化學、超聲波等不同機理的加工方法進行複合,兼備多種不同工藝特點的複合加工機床在今後的航空航天制造業中將有廣闊的發展應用前景。

  此外,協調機床主機與數控系統、功能部件、切削刀具和測量裝備的平衡發展,完善産品功能,提高關鍵配套設備自主開發和制造能力也是刻不容緩的。裝備服務于工藝,爲實現工藝與裝備的緊密融合,機床企業必須了解和熟悉用戶工藝,關注用戶制造工藝技術發展的動態,准確地爲産品進行市場定位,研發滿足用戶要求的新裝備。力爭在提供給用戶機床設備的同時,也提供工藝技術上的整體解決方案,以提升企業和産品的競爭力。

  同時,重視系統設計,融入信息技術,推行數字化制造,大力提高機床裝備的制造工藝水平和整機的可靠性及穩定性。在機床裝備研發技術路線上,堅持以數字化爲主體,以集成化爲手段,以複合化爲特色,以高速化、精密化和綠色化爲目標,突出、網絡化,並最終實現智能化。

  他山之石

  國家重大裝備的發展需求,給機床工具産業的發展指明了方向。針對航空航天裝備的需求與發展特點,如何滿足航空航天工業對制造裝備的需求,更好地服務于航空航天工業是機床工具企業必須解決的問題。

  中航技國際工貿公司總經理張輝根據他的觀察向記者介紹說,很多國外設備制造企業設立了專門爲航空生産企業服務的開發部門,他們從一種型號飛機研制的初始階段就開始介入,搜集航空制造企業的需求信息,向産品設計部門轉達這些信息,然後在機床上開發專門應用于航空零件生産的程序,並跟蹤航空制造業的發展趨勢,分析這種趨勢,將其轉變爲本公司的技術儲備。很多國外的設備制造企業還在中國設置了航空客戶銷售經理,專職負責中國航空制造市場的銷售,以加強與航空制造企業的聯系,反饋航空制造市場的需求。

  國外的發展經驗證明,航空工業的發展有其自身規律,一定是需求引導、市場引導的。由國家投資,學校和設備制造企業提供産品供航空企業試用是國外通行的做法,這也是國家意志在航空工業中的體現,現在國外航空工業中使用的很多先進的機床等裝備都是由國家投資生産的,是國家出資金來引導市場。

  我國也一直在提倡要考慮自己生産制造設備,但航空工業需求的設備很特殊,機床的設計完全是根據其的零件來確定的,常常是一種專業機床只加工一種或一類零件。出于成本、經濟效益、風險等方面的考慮,國內機床設備生産商往往不善抓住這種機會,其原因主要是欠缺開創、合作意識。

  張輝認爲,從航空工業的高技術領先性以及我國航空工業的現狀來看,要求我國在航空工業的技改采購中,必須在供應商管理和全壽命采購兩方面開展工作,以提高采購管理水平,讓航空制造企業用戶采購到質量穩定,價格合理,服務完善的設備,從而提高航空制造企業産品的研發和制造能力,提升核心競爭力,實現航空工業的産業進步。