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沈阳机床：让国产飞机“飞”得更自主 |
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| http://cn.newmaker.com
1/15/2008 11:13:00 AM
佳工机电网
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“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。
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。
■数字863
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。
机床A/C轴角度铣头采用了世界最先进的回转力矩电机驱动技术，无传动间隙和机械磨损，转动速度快，定位精度高、寿命长，性能稳定可靠，适用范围广，可快速更换不同性能的电主轴，满足不同加工要求。A/C轴角度铣头A轴摆动角度＋95°、－110°，C轴旋转角度为±200°，A/C轴速度为10r/min，A/C轴角度头采用的是高速电主轴结构，电主轴的最高转速可达到24000r/min。TH58200X500桥式龙门五轴加工中心是针对模具行业开发的大型机床，该机床X、Y、Z三坐标均由伺服电机驱动，三坐标行程为4660、2000、1000mm，主轴转速为24000r/min，主轴功率27kW，最大扭矩40Nm，X、Y、Z三坐标速度均为20m/min、20m/min、18m/min，加速度为0.3g。
2004年生产加工中心185台，实现产值21071万元。攻克八项加工中心产业化关键技术，实现四项技术创新点。关键技术在多种机床产品上的应用，提高了产品的质量、可靠性等，缩短了与国外发达国家机床的差距。产品广泛应用于汽车、航空航天、军工、模具等重点行业，为国家节约了大量外汇。
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