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中國航空航天業(yè)的發(fā)展趨勢

        新中國成立以來，在幾代航天人的不懈努力下，中國的航空航天業(yè)從無到有，從小到大的發(fā)展了起來，并在一些重要領(lǐng)域已經(jīng)躋身于世界先進行列。隨著中國經(jīng)濟的快速發(fā)展和航空航天科學技術(shù)的不斷提高，中國航空航天業(yè)正面臨著前所未有的機遇，有著廣闊的發(fā)展空間。“神七”飛天，“嫦娥一號”繞月探測衛(wèi)星的成功發(fā)射，大飛機、新支線飛機等民用航空及通用航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，都將很大程度的推動中國的航空航天工業(yè)步入快速發(fā)展階段。

        航空航天制造業(yè)是整個行業(yè)的基石。只有掌握了先進的制造技術(shù)，才能生產(chǎn)出高性能的航空航天產(chǎn)品。在未來的一段時間，航空航天制造業(yè)的發(fā)展趨勢主要有：產(chǎn)品信息集成程度越來越高，數(shù)字化設(shè)計、制造、管理一體化；零件的復雜程度不斷提高，大量零件采用整體結(jié)構(gòu)、輕型結(jié)構(gòu)和滿足特定需要的特殊結(jié)構(gòu)，新工藝將在零件加工中不斷涌現(xiàn)；鈦合金和復合材料等新材料在零件中的應(yīng)用比例將越來越大；航空航天產(chǎn)品對零件的壽命和可靠性要求越來越高，產(chǎn)品更新周期日益加快，因而對零件加工精度和加工效率的要求越來越高。

航空航天業(yè)對機床裝備的要求

        機床工業(yè)作為裝備制造業(yè)的先導產(chǎn)業(yè)，它的地位不言而喻。數(shù)控加工設(shè)備已經(jīng)成為航空航天產(chǎn)品制造的主要需求之一。未來幾年，航空航天工業(yè)對于機床工具裝備的需求無論是在數(shù)量上還是水平上都將大幅度增長。同時航空航天業(yè)也對機床裝備提出越來越高的要求。

機床應(yīng)具有大功率、大扭矩、高剛性

        鈦合金作為一種新型結(jié)構(gòu)材料，具有密度小，比強度高，熱強度好，能耐各種酸、堿、海水、大氣等介質(zhì)的腐蝕等一系列優(yōu)良的力學、物理性能，因此在航空航天業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛。當今的F-22戰(zhàn)斗機中則占到了39％；B787客機和C-17軍用運輸機的鈦合金用量也分別達到了15%和10.3%。而且鈦合金是繼鎳基超合金以后的第二大噴氣式發(fā)動機常用材料，占結(jié)構(gòu)質(zhì)量的1/3以上。但是，由于鈦合金切屑變性系數(shù)小，導熱率低，切削時切削力比較大，切削溫度很高，導致切削功率大，主軸扭矩高。因此要求機床主軸有更大的扭矩和功率，同時機床也要有高剛性的床身和機床主軸，從而可以抑制工件的變性和振動，提高加工質(zhì)量。另外，航空航天產(chǎn)品的零件無論是體積還是重量一般都非常大，切削時切削用量很大，材料去除率也很高，這就必然要求機床具有大功率切削的能力，機床本身也向重型、超重型化發(fā)展。

機床應(yīng)具有高速性，精密性

        鋁合金是航空航天制造的主體材料，一般采用高速切削加工。高速切削單位時間材料切除量提高3～5倍，加工時間可降至原來的1/10以下，加工效率高。而零件加工切削力可減少30％左右，使得工件在切削中的變形大大減小，提高了加工精度。切削中切削熱的95％～98％被切屑帶走，減少了工件的熱變形。高速加工激振頻率較高，遠遠超過了機床系統(tǒng)的固有振動頻率，因此工件加工時處于“無振動”切削狀態(tài)，這就會獲得較高的加工表面質(zhì)量。航空產(chǎn)品零部件中的薄壁、筋板結(jié)構(gòu)比較多，加工精度和加工質(zhì)量要求高，加工時易發(fā)生變形，因此這種結(jié)構(gòu)也特別適合高速加工。因此航空航天制造用機床應(yīng)具備高速加工的能力。航空航天業(yè)是高精密領(lǐng)域，對機床精密性的要求也很高，機床多為高精密的數(shù)控機床，比如精密數(shù)控車床和車削中心、立臥轉(zhuǎn)換4-5軸銑削中心、高精度數(shù)控萬能磨床等。

機床應(yīng)實現(xiàn)復合化、自動化

        航空航天產(chǎn)品的很多零件結(jié)構(gòu)很復雜，還有機械加工困難的窄槽、異型孔、微孔等等，這就需要多個工序和不同類型的機床來完成加工，這就造成了效率低下。為了解決這個問題，航空航天制造機床的復合化程度越來越高，這樣在機床上一次裝夾，就可完成多個甚至所以的加工工序，大大提高了加工效率。同時，航空航天制造用機床還應(yīng)該具備自動裝夾找正、過程監(jiān)控與誤差補償?shù)饶芰Γ@樣才能大大提高加工效率和質(zhì)量。

航空航天業(yè)中廣泛應(yīng)用的機床類型

        航空航天結(jié)構(gòu)件一般采用整體設(shè)計，通常尺寸和重量都較大。龍門結(jié)構(gòu)機床由于結(jié)構(gòu)剛性好、加工范圍大、占地面積小、操作方便等優(yōu)點，成為航空航天大型數(shù)控加工機床結(jié)構(gòu)的首選。這種機床的寬度一般在2.5米以上，單龍門工作臺的長度為12米左右，而雙龍門工作臺為28米左右。下圖為北京第一機床廠生產(chǎn)的數(shù)控動梁龍門系列鏜銑床，它的工作臺行程為8米到73米。而龍門結(jié)構(gòu)機床中，多龍門多主軸的機床占了很大一部分比例，這種結(jié)構(gòu)的機床能顯著提高加工效率和工作臺的利用率。
 

        并聯(lián)機床也是航空航天領(lǐng)域受歡迎的機床之一。自1994年起，并聯(lián)機床開始風靡全球，曾有人把并聯(lián)機床的誕生稱為21世紀的機床革命。這種機床具有敏捷加工、一次裝夾加工、復合角度加工等優(yōu)點，非常適合航空航天零件制造。美國波音公司是第一家在實際生產(chǎn)中采用并聯(lián)運動機床的公司。1996年至今，第一臺機床并聯(lián)機床一直在高質(zhì)高效的加工生產(chǎn)波音727和737的底梁部件。歐洲空中客車公司也已應(yīng)用并聯(lián)運動機床多年, 主要用于大型飛機結(jié)構(gòu)件上鉆孔與切邊。下圖是哈量集團應(yīng)用瑞典愛克斯康公司的最新并聯(lián)機床技術(shù)開發(fā)的LINKS－EXE700新一代并聯(lián)機床，可滿足航空航天業(yè)需要的靈活加工技術(shù)。
 

        目前在航空航天制造業(yè)廣泛使用的機床設(shè)備種類很多，主要有：高速加工中心、多軸聯(lián)動加工中心、雙主軸車削中心和車銑中心、精密磨床和復合磨床、精密電加工機床、精密大型龍門鏜銑床和精密落地鏜銑床、高效數(shù)控專機等。這些機床的市場占有量很大，也是航空航天客戶引進比較多的機床。

國內(nèi)機床商為航空航天提供機床的現(xiàn)狀

        與普通的數(shù)控機床相比，航空航天數(shù)控機床有著規(guī)格大、聯(lián)動坐標多、控制功能強、主軸轉(zhuǎn)速范圍大、坐標運動精度高等優(yōu)點，機床設(shè)計制造的難度很大，造價也比較高。目前我國航空航天制造業(yè)的機床設(shè)備大部分是從國外進口的，國產(chǎn)機床設(shè)備占的比重比較小。出現(xiàn)這種狀況的原因主要是國產(chǎn)機床裝備的水平不能滿足航空航天制造的要求。目前，國內(nèi)機床裝備在精度、穩(wěn)定性、可靠性、售后服務(wù)方面同進口機床還存在著一定的差距。國內(nèi)只有少數(shù)的機床生產(chǎn)廠家可以提供用戶滿足要求的技術(shù)成熟的可靠產(chǎn)品。

        近些年國產(chǎn)機床與進口機床之間的差距也在縮小。國產(chǎn)機床在高速、高精、多軸、復合等方面都有較大突破，尤其是龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床更為突出。北京一機、濟南二機、沈陽機床廠、江蘇多棱等多家實力雄厚的國內(nèi)機床商已經(jīng)推出了多種五軸聯(lián)動龍門加工中心和數(shù)控龍門鏜銑床。目前我國航空工業(yè)采購國產(chǎn)機床設(shè)備的比例從以前的10%~20%上升到30%~40%。相信在不遠的將來，隨著機床制造技術(shù)的不斷發(fā)展和國內(nèi)機床制造商的不斷努力，國產(chǎn)機床肯定能占據(jù)大部分的國內(nèi)市場，為中國航空航天業(yè)提供更優(yōu)質(zhì)的數(shù)控機床，滿足航空工廠的要求。

國際金融危機對航空航天業(yè)和機床業(yè)的影響

        由美國次貸危機引起的金融危機席卷全球，給世界經(jīng)濟帶來沉重的打擊，航空航天業(yè)也不能幸免，許多航空公司陷入了困境。近期我國三大航空集團已取消或縮減了部分國內(nèi)和國際航班。中國第一家民營航空公司奧凱航空于2008年12月3日接到了民航總局的“停飛令”，已經(jīng)面臨破產(chǎn)的境地。航空公司融資和經(jīng)營出現(xiàn)困難，會推遲或者取消航空制造的訂單，進而會影響到航空制造商。據(jù)統(tǒng)計，2008年上半年全球新增飛機訂單總數(shù)不到去年一半。金融危機已經(jīng)對航空業(yè)產(chǎn)生了嚴重的負面影響。

        面對金融危機，我國的航空制造產(chǎn)業(yè)也表現(xiàn)出了強勁的生命力。2008年珠海航展期間，中國商用飛機有限責任公司與美國通用航空公司簽署25架ARJ21支線客機購機協(xié)議，中國制造的飛機將第一次翱翔北美的天空。與此同時，幸福航空與西安飛機工業(yè)集團簽 下購買新舟60飛機意向合同，首批3架新舟60飛機將在2009年2月前陸續(xù)交付并投入商業(yè)運營。展望未來，隨著大飛機項目的進展，我國航天事業(yè)的不斷進步，中國航空制造業(yè)必然會沖破金融危機帶來的阻礙，前途仍然一片光明。同時，這次金融危機對我國的機床制造業(yè)也是一個警示。中國機床制造商只有不斷提升自己的技術(shù)實力和服務(wù)水平，才能更好的推動航空航天制造業(yè)前進，才能使自己在日益加劇的競爭中立于不敗之地。