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沈阳机床研发五轴联动产品 定制化服务飞机制造

2008年01月16日 09:23中国机床商务网点击:3111

"过去‘成飞’一次要拿4个亿买设备,而且基本都是进口的。由于传统机床加工的方法不适合飞机制造,热度大、切割力大,零配件容易变形。"沈阳机床作为国内数一数二的机床企业,早在2003年,就定位要走高端机床发展之路,为飞机制造行业服务。因此,公司早早就着手到飞机场调研。"成都飞机、沈阳飞机后来都成了沈阳机床的客户。"高工张雄这样介绍说。 
在这个行业摸爬滚打了20年,他把国内机床行业的发展历程作了归纳:上世纪80年代左右,最初是开始买样机测绘;到了90年代,机床行业多是引进图纸;90年代末到现在,国内着手自主开发。 
2004年863计划项目启动,先进制造与自动化技术领域机器人技术主题"数控关键技术与装备产业化支撑技术及应用"项目中的"面向飞机大型板类件加工的横梁移动式五轴联动加工中心关键技术开发及应用"课题的研发目的是:针对飞机制造业的特殊要求,通过与意大利FIDIA公司技术合作,开发出适合于飞机大型铝合金材料板类零件加工的横梁移动式龙门五轴加工中心商品化样机,并实现在飞机制造业的应用。 
通过863计划目标的促进,2005年课题组提前完成了样机设计、安装及调试工作。2005年第四届中国国际装备制造业博览会上获金奖。在863计划促进下本项目攻克了八项加工中心关键技术,实现1项技术创新。申请实用型专利1项。 
挡住进口实现自主制造 
沈阳机床集团在国家上大飞机项目之前的3年,就感觉到飞机行业设备依赖进口的现实状况。当时集团就在想往这个方向去靠近,走高端机床的路线,实现自主制造。有了这个最初的想法后,企业开始着手去飞机场调研。"现在看来,起步早是有好处,2004年,正好赶上国家大飞机项目,鼓励自主创新企业进入高端机床市场。同时还给予一些相关配套的优惠政策,鼓励国内能做的优先在国内购买。" 
因此,从2003年确立这个课题,到把这个机床做出来的,花费的时间不算长,但很快就有了市场效益。"张雄有些自豪地表示:去年4月北京展览会,沈阳机床就展出了两台。以前全都从国外买的沈阳飞机,由于赶上国家出台的优先采购政策,他们一次采购了两台五轴联动的机床。其他的定单沈阳机床也接了不少,成都飞机买了两台,昌河飞机也采购了两台。此外还包括一些模具生产行业。 
最初做机床就是想为飞机行业服务的,据张雄介绍,以往一般的飞机制造厂都是去法国和德国买设备。"我们定位时,觉得沈阳机床是国内属一属二的企业,应当承担起一些国家责任。因此当时联合了浙江大学和湖南大学参与了部分设计。" 
况且,这种高性能大型龙门五轴加工中心不仅适用于航空、航天工业、动力设备中的有色金属、轻合金材料及难加工材料的机械加工。而且是复杂空间曲面零件加工必须有的重要装备。同时,也广泛适用于大型复杂模具的生产。此类机床是国内市场的缺门产品。解决了过去国内需求完全依靠进口的问题,不仅市场前景好,且可缓解进而摆脱长期"受制于人"的境地,意义极其深远。 
自主创新拿什么来做支撑 
真正到了自主开发的阶段,张雄带领课题组做了很多尝试,搞了这么多年的技术,他体会最深的是类比这方面,过去生产机床往往看大小,没有量化的概念,定性的东西多。这几年,提高了设计手段,选择了比过去更多元和科学的手段,比如做定量分析或动态仿真,尤其针对于高速机床,质量小但加速度好。"我们常常有很难作出决策的时候,其实这是由于没有人给你提供依据。和国外的差距,其实就是设计理念上的差距,现在我们出去学习主要是想看人家的设计手段和方法。" 
在这个863课题组,对关键技术的攻关,按相关的技术专业配置人员,成立相应的攻关小组。课题执行过程中,大胆启用年轻设计人员,提高设计水平,锻炼了科技队伍。同时,还广泛从社会上吸收人才,国内知名院校的硕士研究生充实了产品研发工作。此外,为充分调动项目实施人员的积极性和创造性,公司设立了"边际奖"。 
立项之初,该课题为保证样机的开发速度和工业化应用成功率,采用以自主开发为主,联合用户共同开展课题研究。样机的部分关键技术采用与国外合作的方式,实现了技术的高起点,与意大利FIDIA公司合作,联合设计制造A/C轴摆转复合铣头,通过攻关掌握A/C复合铣头技术,并在产业化批量生产中推出自行开发的A/C复合铣头。现在看来,采用自主研发为主,部分单元技术与国外合作的方式,既保证了技术上的高起点又可使技术风险化解为最小。对于这一点,张雄丝毫不避讳:"我们新产品做的头是买的,像美国做这个床的头也是买的。" 
沈阳机床选择在关键技术上采取引进消化吸收合作,优势互补相结合的道路。但同时,他们也在广泛收集国内外各类技术信息和新技术、新工艺、新材料,优化设计方案和成熟的工艺方案;应用最新的三维设计软件和动画仿真及有限元分析、模块化、标准化设计技术;应用先进的CAPP工艺流程设计和关键的精密加工技术,最终实现产品商品化、产业化的目标。 
把握核心五轴联动技术 
与传统机床有所不同,这种专为飞机行业开发的机床,全是五轴联动的。去机场调研时,张雄了解到用户真正的需求是什么。"这种床我们在国外见过,要速度高,在结构设计上和传统的床子不一样,一个是提高移动速度和精度,另外还要考虑如何减少热变形。" 
于是,张雄带领团队在技术上,采用先易后难,逐步深入的策略,攻克了四项加工中心关键技术:机床总体结构的高刚性设计;横梁双驱动的同步控制及横梁本身的刚性设计;A/C复合铣头高精度、高刚性设计制造技术和五坐标联动误差补偿技术。"这个过程是挺艰难的。但关键是能找出问题在哪儿,那样就能针对问题找到解决措施。"这是张雄做技术多年的体会。 
五坐标联动技术是当今数控机床的高技术之一,其核心是对旋转刀具的中心点的控制。FIDIA的C20数控系统对旋转刀具中心点的控制有其独到的技术特点,它是通过软件来实现其功能的。同时,它的软件通过设定一系列的参数来达到误差补偿目的。 
该机床主要应用于汽车工业中的模具制造、原形制造、大型钢模和铸铁模具的生产以及航空航天工业中的复杂零件的加工,用于原金属90%%以上的铝结构的生产在动力设备制造业中用于难加工材料(如钛合金和铬、镍、铁合金)的生产。工件可在一次装夹后自动连续完成多个平面的铣、钻、镗、铰、锪等多种工序的加工,不仅具有在单位时间内实现高速切削的高效率性能,而且可使被加工零件获得高精度和高表面光洁度。 
为飞机制造业提供定制化服务 
张雄始终有一个观点:没有好工艺掌握不了最好的工作方法,没有好的政策环境企业难以开展自主创新。在立项之初,沈阳机床得益于国家出台的优先采购政策,样机卖给宁波三创模具技术服务有限公司,并且成都飞机制造公司意向订购2台、沈阳飞机制造公司意向订购2台,昌河飞机制造公司意向订购4台。 
在张雄看来,随着当前飞机、造船、航空航天及模具行业的大发展,装备制造业也跟着大发展。这样的市场变化不是简单的产品转移,而是技术创新的变化、产品功能的变化,以及引发制造装备供应方式的变化、企业的变化、快速反应市场的生产方式的变化和员工素质的变化等等,这是一个企业适应市场变化竞争力的表现。 
据介绍,作为课题的联合开发和样机应用单位,沈阳飞机工业(集团)有限公司在数控机床应用和数控加工编程技术上有明显的优势,特别是对五坐标联动数控机床在应用技术上也有比较丰富的经验。 
产学用一条龙的创新体制 
沈阳机床的数控机床产品主要应用于国内航空、航天、船舶等国防工业,多年来与这些用户结成了战略伙伴关系,本课题的用户仍以这些企业为主。在课题实施期间,沈阳机床进一步发展与用户的合作,扩大服务范围,研究用户的工艺,通过提供交钥匙工程和整体方案集成等措施来扩大市场。 
数控装备是支撑制造能力的关键装备。采用产、学、用联合的创新体制,进行成套装备的高端共性关键"瓶颈"技术研究和产品开发,对照国外先进水平和发展需要,进一步提升企业创新能力,增强市场响应能力和竞争力。缩短与国际先进水平数控机床之间的差距。 
移动式龙门五轴加工中心机床。该样机性能稳定可靠、刚性好、精度高。处于国内领先水平。在保证加工工件几何精度和表面质量的同时,又能达到较高的生产率。由于导轨的刚性好,振幅小,因而提高了机床加工零件的质量和刀具的使用寿命。 
按客户要求可优化配置 
数控机床铣头具有最好的性能以及坚固耐用的结构。现代化及智能化的设计为将来在CAM铣削轨迹编程领域的发展打下了良好的基础。此角度头可适用于立式、卧式、龙门及铣镗加工中心,用作机床附件或直接用作机床。该铣头能与不同的机型组合,完全可以按照客户的要求进行优化配置。 
横梁移动式大型龙门五轴加工中心是国际上龙门式机床的最新产品,沈阳机床利用ANSYS软件对机床的横梁、立柱、滑板进行有限元分析,从而选择最佳的设计方案。该机床在结构布局上具有结构简单,易于实施快速拖动方案等优势。还便于进行模块化设计组合,只要改变工作台X、Y坐标形成的大小就可以形成多规格的系列产品,满足各种用户的不同需求。另外,该产品开发应用电主轴和A/C复合铣头等关键技术及单元技术还可广泛应用于模具加工业。课题成果易于推广。该加工中心,达到了国际同类产品水平,填补国内空白,可有效地抵御国外每年几千万元的进口压力,适用汽车、航空航天、国防军工、石油和电子信息等高科技产业,为国家重点项目提供有效的技术装备。 
如何参与国际竞争 
沈阳机床开发的五轴联动产品,不仅适用于航空航天、动力设备中的有色金属、轻合金材料,也是复杂空间曲面零件加工必需的重要装备。同时,也广泛适用于大型复杂模具的生产,具有很好的市场前景。 
随着中国与世界经济进一步的融合,我国汽车、军工、航空航天等支柱行业和高科技行业的迅速发展,在全国市场范围内形成了对专用、高性能、高效率机床的巨大需求,面对市场的要求,沈阳机床一方面提高产品质量和可靠性,另一方面利用我们劳动力成本低等有利条件来扩大其价格优势。对这种高性能数控机床,沈阳机床和国外产品竞争的策略是在性能和功能上不低于国外同类产品,在服务和价格上比国外产品有大的优势,从而立足于国内市场。 
据介绍,现在的机械加工工艺要求的主轴转速越来越高,高转速也越来越成为衡量一个产品水平的标志,成为商家竞争的焦点,谁先采用了更高转速的主轴,谁便在激烈的竞争中拥有了一张硬牌。
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