一、我國航空工業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期

    在重點型號工程的支持和市場需求的拉動下，我國航空工業(yè)獲得了長足的進(jìn)步，取得了一系列的自主創(chuàng)新成果，尤其是以殲10等為代表的新型先進(jìn)戰(zhàn)機(jī)已成為我國空軍裝備的主力，而以ARJ-21、新舟60、新舟600、新舟700等支線飛機(jī)為代表的民用飛機(jī)的研發(fā)制造也取得了重大進(jìn)展，這些成果為我國航空工業(yè)的跨越式發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

    為適應(yīng)我國航空工業(yè)發(fā)的需要，2008年底我國航空工業(yè)體制進(jìn)行了新的改革，將原航空工業(yè)一集團(tuán)和二集團(tuán)合并重組為新的中國航空工業(yè)集團(tuán)公司，表明了國家要集中資源和精力發(fā)展以大飛機(jī)為代表的高新航空產(chǎn)業(yè)的堅定意志和決心。根據(jù)有關(guān)預(yù)算，從大飛機(jī)前期的研發(fā)費用到生產(chǎn)能力建設(shè)，再到產(chǎn)品最終投放市場，相關(guān)投入總體上將超過2000億元。如果算上中航工業(yè)投入到大型運輸機(jī)以及用于軍機(jī)和多種通用飛機(jī)的投資費用，我國航空工業(yè)的投資規(guī)模將十分龐大，必將推動機(jī)床工具等裝備制造業(yè)的發(fā)展。

    二、航空制造技術(shù)分析

    1.航空產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)特點

    現(xiàn)代飛機(jī)為滿足高速、高機(jī)動、高負(fù)載和遠(yuǎn)航程等性能要求，大量地采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料，其零件越來越向尺寸大型化、型面復(fù)雜化、結(jié)構(gòu)輕量化、材料多元化和制造精密化發(fā)展。如飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件的典型零件梁、框、肋、壁板、桁條以及航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵件機(jī)匣、各類葉片和整體葉盤等，其輪廓大而形狀各異。為了減輕飛機(jī)的重量，增加飛機(jī)的機(jī)動性及有效載荷和航程，現(xiàn)代飛機(jī)都進(jìn)行了輕量化設(shè)計，廣泛采用高強度的新型輕質(zhì)材料。而為了提高零件的強度和可靠性，主要采用了整體毛坯件和薄壁整體框架結(jié)構(gòu)，零件材料除了大量采用鋁合金外，還廣泛采用鈦合金、耐高溫合金、高強度鋼、復(fù)合材料和工程陶瓷等難加工材料。

    2.航空產(chǎn)品零件的工藝特點

    （1）各類零件規(guī)格尺寸和結(jié)構(gòu)相差懸殊，機(jī)床工具等工藝裝備通用性不高。如加工機(jī)身結(jié)構(gòu)件需要采用高剛性的高效、大型、高速機(jī)床，加工發(fā)動機(jī)關(guān)鍵件需要采用精度及柔性高的精密機(jī)床，加工機(jī)載設(shè)備零件的需要采用多功能的復(fù)合機(jī)床。

    （2）現(xiàn)代航空制造業(yè)所面臨的通常都是多品種、小批量、短生產(chǎn)周期的生產(chǎn)任務(wù)，因此要求工藝系統(tǒng)有較高的響應(yīng)速度。

    （3）產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大。零件的外形涉及機(jī)身外形、機(jī)翼外形、翼身融合區(qū)等，多數(shù)零件與飛機(jī)的氣動外形相關(guān)，周邊輪廓與其他零件還有復(fù)雜的裝配協(xié)調(diào)關(guān)系。

    （4）零件切削加工量大。由于越來越多的采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得需要切削加工的零件數(shù)量大幅增加，而且大部分零件在切削過程中材料去除量非常大，部分飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的材料去除率達(dá)90%以上。

    （5）薄壁、易產(chǎn)生加工變形。存在大量的薄壁、深腔結(jié)構(gòu)，為典型的弱剛性結(jié)構(gòu)。

    （6）加工精度高。由于要實現(xiàn)無余量裝配，對工藝分離面的對縫、間隙等要求十分嚴(yán)格，零件制造精度要求高。

    （7）刀具及切削參數(shù)選用困難。由于刀具工業(yè)的發(fā)展趕不上新材料的開發(fā)和應(yīng)用步伐，又缺少加工切削數(shù)據(jù)庫的支持，使得如何合理選擇刀具和科學(xué)選用加工參數(shù)成為工藝技術(shù)的一個難點。

    3.航空制造技術(shù)現(xiàn)狀

    在國際轉(zhuǎn)包生產(chǎn)和國內(nèi)型號工程的拉動下，經(jīng)過航空制造業(yè)界的不懈努力，我國飛機(jī)制造技術(shù)水平、加工質(zhì)量逐年穩(wěn)步提高，航空發(fā)動機(jī)研發(fā)和制造的技術(shù)瓶頸也取得重大突破，數(shù)控加工機(jī)床在行業(yè)內(nèi)也基本得到普及，已初步具備了研制大飛機(jī)的技術(shù)條件。

    目前，我國航空制造技術(shù)雖然取得了長足的進(jìn)步，但與國外發(fā)達(dá)國家相比還是存在較大的差距。主要表現(xiàn)在數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用水平整體不高，與優(yōu)質(zhì)高效的加工要求相去甚遠(yuǎn)；對新型機(jī)床的性能及其加工技術(shù)掌握不夠；部分關(guān)鍵零件的工藝還依賴于個人的經(jīng)驗，工藝能力普遍不足；切削工具的制造、管理和配套水平低，刀具及其切削參數(shù)的選用缺少科學(xué)依據(jù)，制造成本居高不下；航空制造數(shù)據(jù)庫還沒有系統(tǒng)的建立起來，各先進(jìn)制造單元大多數(shù)還處于獨立運行狀態(tài)，集成度差，未能形成先進(jìn)制造技術(shù)的綜合實力。

    4.航空制造技術(shù)的發(fā)展趨勢

    （1）實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化管理是發(fā)展的核心。包括數(shù)字化樣機(jī)、數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化加工、數(shù)字化裝配、數(shù)字化檢測及數(shù)字化信息管理等，最終達(dá)到完全實現(xiàn)產(chǎn)品在各個階段的信息集成與共享。

    （2）新型復(fù)合材料的應(yīng)用比例越來越大。以碳纖維為代表的陶瓷基、樹脂基及高溫復(fù)合材料將不斷地開發(fā)出來并應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)上，給機(jī)床及刀具工業(yè)提出了新的要求。

    （3）航空整體結(jié)構(gòu)件將取代傳統(tǒng)的“多件連接”的結(jié)構(gòu)形式，復(fù)雜形狀構(gòu)件的整體精密成形和“鍛造+切削加工”的生產(chǎn)方式將成為航空結(jié)構(gòu)件發(fā)展的必然趨勢。

    （4）數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)是提高加工效率、增加裝備柔性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段，必將成為航空制造業(yè)主要采用的零件加工技術(shù)。

    （5）高速、高效的切削加工技術(shù)需求強烈，發(fā)展迅速，推廣應(yīng)用的前景廣闊。

    （6）為減少切削量和實現(xiàn)無余量裝配，成形技術(shù)和加工技術(shù)日趨精密化。

    （7）虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)加工技術(shù)將廣泛應(yīng)用。以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬制造技術(shù)能夠大幅縮短產(chǎn)品的研制周期，提高產(chǎn)品合格率。而基于網(wǎng)絡(luò)的加工技術(shù)可以組建產(chǎn)品級的動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟，從而實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計和異地制造。

    三、航空制造業(yè)對機(jī)床工具的需求

    隨著我國航空工業(yè)的快速發(fā)展，對數(shù)控機(jī)床的需求正處于上升階段，尤其是研制大飛機(jī)必將吸納大量的高品質(zhì)的機(jī)床工具為其服務(wù)，對機(jī)床工具行業(yè)的發(fā)展提出了挑戰(zhàn)的同時也提供了難得的發(fā)展機(jī)遇。

    1.航空產(chǎn)品零件的制造對機(jī)床工具的需求

    航空制造業(yè)需機(jī)械加工的典型零件主要有機(jī)身結(jié)構(gòu)件、發(fā)動機(jī)關(guān)鍵件、起落架零件及機(jī)載產(chǎn)品零件等。由于它們的結(jié)構(gòu)和性能要求各異，對機(jī)床工具的需求也各有側(cè)重。

    （1）飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件主要有梁、框、肋、壁板等零件，此類零件大多為鋁合金或鈦合金材料，一般外形輪廓尺寸都很大，屬薄壁多腔的整體框架結(jié)構(gòu)，機(jī)械切削去除量大，表面質(zhì)量要求高。加工此類零件需要大型、重型機(jī)床裝備，要求工作臺承重10t以上，有效行程在15m以上的高剛性機(jī)床。如數(shù)控龍門鏜銑床、數(shù)控龍門加工中心、數(shù)控落地鏜銑床和數(shù)控五軸聯(lián)動龍門加工中心等。由于機(jī)械切削量大，對能實現(xiàn)柔性、復(fù)合加工的大功率數(shù)控高速切削機(jī)床需求尤為迫切，如多主軸的大型組合式復(fù)合加工中心等。

    （2）飛機(jī)發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零部件有壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等。此類產(chǎn)品的零件多為高溫合金或耐高溫的復(fù)合材料，一般為異型環(huán)狀結(jié)構(gòu)，剛性差，精度高，型面復(fù)雜，加工難度大。加工此類零件需要大、中型多功能、高精度數(shù)控機(jī)床，要求設(shè)備具有較高的柔性，優(yōu)良的數(shù)控系統(tǒng)，在線測量功能強大，工位多，刀具庫容量大，如大型精密數(shù)控立式車削中心，五軸聯(lián)動加工中心及多軸數(shù)控龍門銑，另外還需針對發(fā)動機(jī)葉輪開發(fā)高性能葉輪加工專用機(jī)床。

    （3）飛機(jī)起落架一般采用高強度鋼的鍛造毛坯經(jīng)機(jī)械加工而成。鍛造起落架的毛坯需要萬噸級壓力機(jī)，毛坯的加工需要中、大型數(shù)控落地鏜銑床、五軸聯(lián)動龍門加工中心等設(shè)備。

    （4）機(jī)載產(chǎn)品零件種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)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(shù)控復(fù)合機(jī)床及高速數(shù)控銑床，如高精度的立、臥式加工中心及高精度的車、銑、磨復(fù)合加工中心等機(jī)床設(shè)備。

    2.大飛機(jī)項目對機(jī)床工具業(yè)的影響

    航空工業(yè)一直是引領(lǐng)機(jī)床工具發(fā)展的主要行業(yè)，也是機(jī)床工具的消費大戶。大飛機(jī)項目的實施，對我國機(jī)床工具行業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)，也為這個行業(yè)帶來發(fā)展的新機(jī)遇。

    （1）大飛機(jī)是我國的新興技術(shù)產(chǎn)業(yè)，涉及到國民經(jīng)濟(jì)的多個行業(yè)，許多技術(shù)領(lǐng)域我國傳統(tǒng)機(jī)床制造行業(yè)尚沒有涉足，關(guān)鍵零件的制造無論是在技術(shù)上還是在裝備上都面臨著挑戰(zhàn)。加上大飛機(jī)因其在安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、舒適性和適航性等方面均有其特殊的要求和標(biāo)準(zhǔn)，原有的制造設(shè)備將不能夠滿足其零件的加工技術(shù)要求，使得大飛機(jī)的制造設(shè)備有了更新?lián)Q代的需求，這些對機(jī)床工具業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和技術(shù)創(chuàng)新帶來了難得的機(jī)遇，必將促進(jìn)我國機(jī)床工具業(yè)的跨越式發(fā)展。

    （2）雖然我國已成功研制了支線飛機(jī)，但與大飛機(jī)相比，其制造裝備還不能滿足大飛機(jī)對超重型和重型零件的復(fù)雜、高效、復(fù)合加工的需求。航空各制造企業(yè)都面臨著大型加工設(shè)備的升級選擇。

    （3）大飛機(jī)因自身性能的要求，必將采用大量的新材料和復(fù)合材料，對材料成形裝備、加工設(shè)備、切削刀具都提供了難得的發(fā)展機(jī)遇。
    （4）大飛機(jī)因其在安全性和有效載荷方面的突出要求，零組件大量采取了輕量化的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，零件的壁厚越來越薄，在加工中為避免產(chǎn)生切削變形和提高加工效率，采用高速銑削加工技術(shù)已是必然的發(fā)展趨勢，對高速數(shù)控機(jī)床的需求量將越來越大，必將引領(lǐng)國產(chǎn)高速、高效機(jī)床的發(fā)展。

    （5）航空制造業(yè)與機(jī)械、電子、材料、冶金、儀器儀表和化工等工業(yè)行業(yè)密切相關(guān)，大飛機(jī)的研制也將引發(fā)關(guān)聯(lián)行業(yè)發(fā)展，使相關(guān)行業(yè)對機(jī)床工具的需求旺盛，為機(jī)床行業(yè)市場拓展帶來新的契機(jī)。

    （6）目前，我國航空制造業(yè)中加工飛機(jī)關(guān)鍵件的機(jī)床設(shè)備主要還是依賴于進(jìn)口，而研制大飛機(jī)所需的部分高性能機(jī)床裝備屬于難以從國外進(jìn)口或者國外不向我國出口的產(chǎn)品，因此大飛機(jī)項目必將促進(jìn)我國高端機(jī)床的國產(chǎn)化技術(shù)水平的提高。

    （7）我國航空制造業(yè)中裝備的數(shù)控機(jī)床大部分是在“九五”期間通過重點型號的技改投入而引進(jìn)的，至今已使用了十余年，設(shè)備老化現(xiàn)象嚴(yán)重，其功能及精度已不能滿足制造大飛機(jī)的需要，普遍存在機(jī)床工具更新?lián)Q代的需求。

    四、機(jī)床工具服務(wù)于航空航天制造業(yè)的發(fā)展之路

    國家重大裝備的發(fā)展需求，給機(jī)床工具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向。針對航空航天裝備的需求與發(fā)展特點，如何滿足航空航天工業(yè)對制造裝備的需求，更好地服務(wù)于航空航天工業(yè)是機(jī)床工具企業(yè)必須解決的問題。

    （1）機(jī)床制造業(yè)要力爭通過承擔(dān)國家科技重大專項，瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和專業(yè)人才，推動數(shù)控機(jī)床行業(yè)的技術(shù)升級和產(chǎn)品換代，研制可以滿足航空航天等重點領(lǐng)域所急需的高檔機(jī)床裝備。

    （2）要借助“高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備”國家科技重大專項啟動實施之機(jī)，加強數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)理論研究和應(yīng)用研究，提升機(jī)床工具自主研發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計能力。重點開發(fā)高速精密復(fù)合數(shù)控金切機(jī)床、重型數(shù)控金切機(jī)床、大飛機(jī)制造所需的各種數(shù)控專用設(shè)備，逐漸擺脫我國高端機(jī)床依賴進(jìn)口的局面。

    （3）大力發(fā)展多功能的復(fù)合機(jī)床。雖然目前有的加工中心已實現(xiàn)能將車、銑、鏜、磨、拋光等多種機(jī)加工工序復(fù)合在一臺機(jī)床上，但這仍不能完全滿足未來航空關(guān)鍵零件的加工。而將機(jī)械加工與激光、電、化學(xué)、超聲波等不同機(jī)理的加工方法進(jìn)行復(fù)合，兼?zhèn)涠喾N不同工藝特點的復(fù)合加工機(jī)床在今后的航空航天制造業(yè)中將有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

    （4）協(xié)調(diào)機(jī)床主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、切削刀具和測量裝備的平衡發(fā)展，完善產(chǎn)品功能，提高關(guān)鍵配套設(shè)備自主開發(fā)和制造能力。

    （5）深入進(jìn)行用戶的加工工藝研究，開發(fā)成套的機(jī)床裝備和工藝技術(shù)。裝備服務(wù)于工藝，工藝是裝備的目的，為實現(xiàn)工藝與裝備的緊密融合，機(jī)床企業(yè)必須了解和熟悉用戶工藝，關(guān)注用戶制造工藝技術(shù)發(fā)展的動態(tài)，準(zhǔn)確地為產(chǎn)品進(jìn)行市場定位，研發(fā)滿足用戶要求的新裝備。力爭在提供給用戶機(jī)床設(shè)備的同時，也提供工藝技術(shù)上的整體解決方案，以提升企業(yè)和產(chǎn)品的競爭力。

    （6）重視系統(tǒng)設(shè)計，融入信息技術(shù)，推行數(shù)字化制造，大力提高機(jī)床裝備的制造工藝水平和整機(jī)的可靠性及穩(wěn)定性。

    （7）在機(jī)床裝備研發(fā)技術(shù)路線上，堅持以數(shù)字化為主體，以集成化為手段，以復(fù)合化為特色，以高速化、精密化和綠色化為目標(biāo)，突出自動化、網(wǎng)絡(luò)化，并最終實現(xiàn)智能化。

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