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铣车复合机床助力大飞机中国制造
瑞士宝美技术(BUMOTEC)有限公司生产的铣车复合机床正是迎合了大型飞机高度集成制造技术特性。作为中国航空制造业“优秀供应商”,宝美产品的高精密性、高柔性和复合铣车加工决定了航空航天工业青睐我们的产品。可以这么说,大飞机有些关键工件精度要求非常高、又小又复杂,这种工件只有瑞士机床适合加工。因为瑞士工业以钟表著称,小型、精密、复杂,有些关键加工件越来越呈现出了“钟表化”,这就与瑞士精密机床业走到了一起。比如加工飞行控制陀螺仪、航空航天连接器、飞机发动机喷嘴、飞机发动机液压精密控制零件等,都适合用我们的机床加工。
上面这些零部件都有小型、复杂精密的特点,原来加工这些工件,需要一条生产线,要多次装夹,精度及一致性难以保证。而使用我们的设备,比如铣车复合加工中心,一台就够了,一次装夹,一次完成;宝美的铣车复合加工中心,是五轴加工中心和双主轴车床的完美融合体,零件的正反面都可以车铣加工;这还是一个柔性的加工平台,用户有技术创新、零件设计、变动、升级等新需求时,不必购置新机床,在我们原有机床上就能得到满足。一次装夹、全部完成,也符合精益制造的需要,尤其针对复杂、精密加工来说,具有高效、省时、节省作业空间、节约成本的特点。
国外零部件转包中国,从以前的低附加值产品向高附加值产品转移。在大型飞机制造业,很多重要零件也开始向中国转移,他们采用OEM生产。中国有大量的理工科设计人才以及熟练工人,如果使用同样档次或者更先进的设备,会生产出更好更合格的零部件满足需求。很多客户借鉴国外的先进经验,采购了瑞士宝美设备突破创新,生产出更完美的工件。如沈阳黎明发动机公司、沈阳兴华航空电器有限公司、西安飞行自动控制研究所、洪都航空工业集团、贵航黎阳红湖机械厂等。根据日本的统计,以单位重量的价值来计算,如果造船是1的话,那么小汽车为6,电视机为8,而航空发动机则高达1400。此外,研究表明,向航空工业每投入1美元,10年后就可以产生50-80美元的收益。所以说,在大飞机发动机技术上突破、创新的投入是非常值得的。
今年上半年,中国一航红湖机械厂用宝美两台铣车复合加工中心(191、192)成功生产出美国大飞机上装配的发动机喷嘴,10几种规格零件都是一次装夹全部完成,包括去毛刺,节拍大致10几分钟一个,目前红湖厂已经交付了几批订单。大家知道喷嘴材料为镍基高温合金,高温强度和硬度很高,是飞机上最为难加工的零件之一,再加上螺旋形状的小孔0.8mm甚至小于0.4mm左右,这就需要精密柔性的制孔技术,宝美铣车加工中心高达30000转/分刀具电主轴,万分之一度分度的扭矩马达B轴和C轴,配合HSK40A高速高精密刀柄,再选择好的涂层刀具,这一切难题都迎刃而解。因此我们奠定了在该零件制造领域无可争议的领袖地位,同类发动机零件制造商都有项目正在进行合作及意向合作。在发动机液压控制、燃油控制等零件方面,大都是异型的,比如小的凸轮形状、拨叉等,目前国内主机厂前一批的选型,大都是加工中心和车床相结合的生产工艺,一个零件要经过几台机床多次装夹来粗精加工,每年要加工上千种规格的零件,结果是整个车间光工装夹具就近万套,导致零件的加工成本很高,交付周期很长。目前整体设计和制造技术就可以解决该问题,从整体毛坯上通过铣车复合的加工方式实现金属的切除,省略铸造工序,使用简单的装夹方式,只需要更换加工程序便可使生产周期节约一半以上。可喜的变化是许多客户通过了解瑞士宝美铣车复合高速加工机床后,正逐渐转变观念,纷纷表示加强对该设备投资力度。宝美近俩年已有7台铣车复合加工中心在国内应用,很多客户用后非常满意,已有几家购买了第二台,市场潜在需求将以翻倍的速度发展。比如中国空空导弹研究院由于第一台设备解决了惯导零件的加工难题,使之加工变得简单又保证了零件的精度,现在第二台机床开始安装调试。
目前车铣复合加工中心在机床生产商和高端用户市场都是个大热门,能生产出复合加工中心无疑是世界级的机床厂商,拥有它的客户也必定是制造高附加值零件、追求精益制造及创新理念的代表。在瑞士,宝美技术(BUMOTEC)作为第一台铣车复合加工中心研制厂商,对其独特性能定义方面有着更多的发言权。当然力量强劲集中的驱动控制系统与机械行业专业科技的迅速发展成为机床达到惊人精确度与速度的必要条件。
高速高精度铣车复合加工中心在外形上与传统的加工中心没有多大差异,然而机床的内部构造与技术却迥然不同。并不是说使用了高速主轴就是高速铣、工件主轴转速高就可以车削那么简单的事。事实上,不只是主轴,伺服控制系统每一部分的技术与设计的最优化以及基础机械体系设计的战略性更新都是创造优秀的铣车复合加工中心不可缺少的组成部分。但是,重要的是必须让所有的零件组合达到最高的运转效率,体现出非凡的一致性与协调性。
S-191FTLR 是宝美精心打造的一台高精高速铣车复合中心,FT代表铣-车复合,L代表直线电机,R代表背主轴。7轴数控,5轴联动,以铣削功能为主,兼备车削功能的加工形式,它的基本型式是在加工中心上,加上车削主轴来完成铣车加工。 在第一车削主轴和背主轴都能实现5轴联动的铣车复合加工。
电主轴
装刀主轴和工件主轴均采用转速高、功率大电主轴技术,使用3电主轴设计,配备一系列能控制主轴温升及振功等功能的相关装置,以保证其高速运行时的安全性及可靠性。装刀主轴利用整体式瑞士TDM高精密级电主轴以减少振动并防止热量的产生导致对主轴的影响,功率6kW,转速 30,000 rpm。独立的冷却装置功率6kW,用于恒温旋转轴C、A工件主轴、B轴、装刀电主轴以及切削油,核心的冷却系统是宝美S-191FTLR的一大法宝。宝美在主轴的冷却问题中的处理十分合理,我们采用主轴内冷却系统,主轴内部的冷却液是首先冷却主轴内部核心。主轴中心冷却系统采用大量受温度控制的冷却水循环,直接穿过旋转主轴从内部开始冷却。由此确保了主轴,在高速运转的情况也不会发生热变形。其次,再冷却主轴靠近外壳部分,从而确保主轴温度的平衡。因此宝美在机床热稳定性方面取得了业界领先的突破创新,连续生产工件一整天,第二天一开机即可加工,不需预热,零件的一致性和前天的效果一样。
较快的进给
宝美在确保高精度的前提下,不断提高零件加工的效率。S-191 FTLR 的Y轴和Z轴采用直线电机驱动,进给速度达到50m/min,直线电机是通过电磁铁来产生机床部件的进给运动,将电能直接转变成直线机械运动的推力装置,从而省去了通常电动机的一些传动环节,使机床进给运动的传动链缩短为零,故没有内部机械摩擦,最大限度避免了传统滚珠丝杠产生的间隙问题,具有很高的动态性能、移动速度和轴加速度,精度更高,同样地,S-191 FTLR的3个旋转轴(C,A和B)也都是扭矩马达直接驱动,快速分度达90,000 °/min,没同步带磨损,具有无间隙、无磨损、运动平稳、精度高和免维护的特点。
智能化的背主轴
S-191 FTLR的智能化背主轴可以伸缩及立卧转换(图1),即在卧式和立式位置上都可以加工,这样无论零件的正面还是反面加工都和装刀主轴不会产生干涉问题,同时也可以根据工艺要求灵活选择合适的加工位置,因此显示了极高的柔性。
强大的数控系统
S-191 FTLR主机配备了FANUC 30系列31i-A尖端纳米级数控系统,可控制40轴。尖端的高速处理器配合高速CNC内部总线以及用于高速数据传送的光缆,以钠米为单位精确计算位置命令,可以使机床平滑移动并提高加工精度,无论是铣削还是车削均可以实现纳米极别的高质量表面加工。机床运行程序的实际时间决定了你可以加工到多快多好,复杂的自由曲面,在AI轮廓控制中最多可以预读1000个指定的程序段,通过预读判断指定的形状,控制速度和加速度,使机床发挥最加的性能来进行超高速加工。配合专业的后置处理程序,输入3D图形直接生成数控加工程序,得以实现数字化制造。
随着宝美铣车复合加工中心在航空制造业越来越多的应用,不断的生产出高附加值精美的航空零件,相信在满足不同用户目前定单需求后还可以满足将来的需求,我们提供设备使用寿命周期里的整体解决方案,配合用户自主研发、创新突破,在大飞机中国制造的历史机遇里,跟随客户发展而壮大。
