沈陽(yáng)機(jī)床研發(fā)五軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)品 定制化服務(wù)飛機(jī)制造

    "過(guò)去‘成飛’一次要拿4個(gè)億買設(shè)備,而且基本都是進(jìn)口的。由于傳統(tǒng)機(jī)床加工的方法不適合飛機(jī)制造,熱度大、切割力大,零配件容易變形。"沈陽(yáng)機(jī)床作為國(guó)內(nèi)數(shù)一數(shù)二的機(jī)床企業(yè),早在2003年,就定位要走高端機(jī)床發(fā)展之路,為飛機(jī)制造行業(yè)服務(wù)。因此,公司早早就著手到飛機(jī)場(chǎng)調(diào)研。"成都飛機(jī)、沈陽(yáng)飛機(jī)后來(lái)都成了沈陽(yáng)機(jī)床的客戶。"高工張雄這樣介紹說(shuō)。

    在這個(gè)行業(yè)摸爬滾打了20年,他把國(guó)內(nèi)機(jī)床行業(yè)的發(fā)展歷程作了歸納:上世紀(jì)80年代左右,最初是開(kāi)始買樣機(jī)測(cè)繪;到了90年代,機(jī)床行業(yè)多是引進(jìn)圖紙;90年代末到現(xiàn)在,國(guó)內(nèi)著手自主開(kāi)發(fā)。

    2004年863計(jì)劃項(xiàng)目啟動(dòng),先進(jìn)制造與自動(dòng)化技術(shù)領(lǐng)域機(jī)器人技術(shù)主題"數(shù)控關(guān)鍵技術(shù)與裝備產(chǎn)業(yè)化支撐技術(shù)及應(yīng)用"項(xiàng)目中的"面向飛機(jī)大型板類件加工的橫梁移動(dòng)式五軸聯(lián)動(dòng)加工中心關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)及應(yīng)用"課題的研發(fā)目的是:針對(duì)飛機(jī)制造業(yè)的特殊要求,通過(guò)與意大利FIDIA公司技術(shù)合作,開(kāi)發(fā)出適合于飛機(jī)大型鋁合金材料板類零件加工的橫梁移動(dòng)式龍門五軸加工中心商品化樣機(jī),并實(shí)現(xiàn)在飛機(jī)制造業(yè)的應(yīng)用。

    通過(guò)863計(jì)劃目標(biāo)的促進(jìn),2005年課題組提前完成了樣機(jī)設(shè)計(jì)、安裝及調(diào)試工作。2005年第四屆中國(guó)國(guó)際裝備制造業(yè)博覽會(huì)上獲金獎(jiǎng)。在863計(jì)劃促進(jìn)下本項(xiàng)目攻克了八項(xiàng)加工中心關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)1項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。申請(qǐng)實(shí)用型專利1項(xiàng)。

    擋住進(jìn)口實(shí)現(xiàn)自主制造

    沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)在國(guó)家上大飛機(jī)項(xiàng)目之前的3年,就感覺(jué)到飛機(jī)行業(yè)設(shè)備依賴進(jìn)口的現(xiàn)實(shí)狀況。當(dāng)時(shí)集團(tuán)就在想往這個(gè)方向去靠近,走高端機(jī)床的路線,實(shí)現(xiàn)自主制造。有了這個(gè)最初的想法后,企業(yè)開(kāi)始著手去飛機(jī)場(chǎng)調(diào)研。"現(xiàn)在看來(lái),起步早是有好處,2004年,正好趕上國(guó)家大飛機(jī)項(xiàng)目,鼓勵(lì)自主創(chuàng)新企業(yè)進(jìn)入高端機(jī)床市場(chǎng)。同時(shí)還給予一些相關(guān)配套的優(yōu)惠政策,鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)能做的優(yōu)先在國(guó)內(nèi)購(gòu)買。"

    因此,從2003年確立這個(gè)課題,到把這個(gè)機(jī)床做出來(lái)的,花費(fèi)的時(shí)間不算長(zhǎng),但很快就有了市場(chǎng)效益。"張雄有些自豪地表示:去年4月北京展覽會(huì),沈陽(yáng)機(jī)床就展出了兩臺(tái)。以前全都從國(guó)外買的沈陽(yáng)飛機(jī),由于趕上國(guó)家出臺(tái)的優(yōu)先采購(gòu)政策,他們一次采購(gòu)了兩臺(tái)五軸聯(lián)動(dòng)的機(jī)床。其他的定單沈陽(yáng)機(jī)床也接了不少,成都飛機(jī)買了兩臺(tái),昌河飛機(jī)也采購(gòu)了兩臺(tái)。此外還包括一些模具生產(chǎn)行業(yè)。

    最初做機(jī)床就是想為飛機(jī)行業(yè)服務(wù)的,據(jù)張雄介紹,以往一般的飛機(jī)制造廠都是去法國(guó)和德國(guó)買設(shè)備。"我們定位時(shí),覺(jué)得沈陽(yáng)機(jī)床是國(guó)內(nèi)屬一屬二的企業(yè),應(yīng)當(dāng)承擔(dān)起一些國(guó)家責(zé)任。因此當(dāng)時(shí)聯(lián)合了浙江大學(xué)和湖南大學(xué)參與了部分設(shè)計(jì)。"

    況且,這種高性能大型龍門五軸加工中心不僅適用于航空、航天工業(yè)、動(dòng)力設(shè)備中的有色金屬、輕合金材料及難加工材料的機(jī)械加工。而且是復(fù)雜空間曲面零件加工必須有的重要裝備。同時(shí),也廣泛適用于大型復(fù)雜模具的生產(chǎn)。此類機(jī)床是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的缺門產(chǎn)品。解決了過(guò)去國(guó)內(nèi)需求完全依靠進(jìn)口的問(wèn)題,不僅市場(chǎng)前景好,且可緩解進(jìn)而擺脫長(zhǎng)期"受制于人"的境地,意義極其深遠(yuǎn)。

    自主創(chuàng)新拿什么來(lái)做支撐

    真正到了自主開(kāi)發(fā)的階段,張雄帶領(lǐng)課題組做了很多嘗試,搞了這么多年的技術(shù),他體會(huì)最深的是類比這方面,過(guò)去生產(chǎn)機(jī)床往往看大小,沒(méi)有量化的概念,定性的東西多。這幾年,提高了設(shè)計(jì)手段,選擇了比過(guò)去更多元和科學(xué)的手段,比如做定量分析或動(dòng)態(tài)仿真,尤其針對(duì)于高速機(jī)床,質(zhì)量小但加速度好。"我們常常有很難作出決策的時(shí)候,其實(shí)這是由于沒(méi)有人給你提供依據(jù)。和國(guó)外的差距,其實(shí)就是設(shè)計(jì)理念上的差距,現(xiàn)在我們出去學(xué)習(xí)主要是想看人家的設(shè)計(jì)手段和方法。"

    在這個(gè)863課題組,對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān),按相關(guān)的技術(shù)專業(yè)配置人員,成立相應(yīng)的攻關(guān)小組。課題執(zhí)行過(guò)程中,大膽啟用年輕設(shè)計(jì)人員,提高設(shè)計(jì)水平,鍛煉了科技隊(duì)伍。同時(shí),還廣泛從社會(huì)上吸收人才,國(guó)內(nèi)知名院校的碩士研究生充實(shí)了產(chǎn)品研發(fā)工作。此外,為充分調(diào)動(dòng)項(xiàng)目實(shí)施人員的積極性和創(chuàng)造性,公司設(shè)立了"邊際獎(jiǎng)"。

    立項(xiàng)之初,該課題為保證樣機(jī)的開(kāi)發(fā)速度和工業(yè)化應(yīng)用成功率,采用以自主開(kāi)發(fā)為主,聯(lián)合用戶共同開(kāi)展課題研究。樣機(jī)的部分關(guān)鍵技術(shù)采用與國(guó)外合作的方式,實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的高起點(diǎn),與意大利FIDIA公司合作,聯(lián)合設(shè)計(jì)制造A/C軸擺轉(zhuǎn)復(fù)合銑頭,通過(guò)攻關(guān)掌握A/C復(fù)合銑頭技術(shù),并在產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)中推出自行開(kāi)發(fā)的A/C復(fù)合銑頭�，F(xiàn)在看來(lái),采用自主研發(fā)為主,部分單元技術(shù)與國(guó)外合作的方式,既保證了技術(shù)上的高起點(diǎn)又可使技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)化解為最小。對(duì)于這一點(diǎn),張雄絲毫不避諱:"我們新產(chǎn)品做的頭是買的,像美國(guó)做這個(gè)床的頭也是買的。"

    沈陽(yáng)機(jī)床選擇在關(guān)鍵技術(shù)上采取引進(jìn)消化吸收合作,優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)相結(jié)合的道路。但同時(shí),他們也在廣泛收集國(guó)內(nèi)外各類技術(shù)信息和新技術(shù)、新工藝、新材料,優(yōu)化設(shè)計(jì)方案和成熟的工藝方案;應(yīng)用最新的三維設(shè)計(jì)軟件和動(dòng)畫仿真及有限元分析、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)技術(shù);應(yīng)用先進(jìn)的CAPP工藝流程設(shè)計(jì)和關(guān)鍵的精密加工技術(shù),最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品商品化、產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。

    把握核心五軸聯(lián)動(dòng)技術(shù)

    與傳統(tǒng)機(jī)床有所不同,這種專為飛機(jī)行業(yè)開(kāi)發(fā)的機(jī)床,全是五軸聯(lián)動(dòng)的。去機(jī)場(chǎng)調(diào)研時(shí),張雄了解到用戶真正的需求是什么。"這種床我們?cè)趪?guó)外見(jiàn)過(guò),要速度高,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上和傳統(tǒng)的床子不一樣,一個(gè)是提高移動(dòng)速度和精度,另外還要考慮如何減少熱變形。"

    于是,張雄帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在技術(shù)上,采用先易后難,逐步深入的策略,攻克了四項(xiàng)加工中心關(guān)鍵技術(shù):機(jī)床總體結(jié)構(gòu)的高剛性設(shè)計(jì);橫梁雙驅(qū)動(dòng)的同步控制及橫梁本身的剛性設(shè)計(jì);A/C復(fù)合銑頭高精度、高剛性設(shè)計(jì)制造技術(shù)和五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)誤差補(bǔ)償技術(shù)。"這個(gè)過(guò)程是挺艱難的。但關(guān)鍵是能找出問(wèn)題在哪兒,那樣就能針對(duì)問(wèn)題找到解決措施。"這是張雄做技術(shù)多年的體會(huì)。

    五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)技術(shù)是當(dāng)今數(shù)控機(jī)床的高技術(shù)之一,其核心是對(duì)旋轉(zhuǎn)刀具的中心點(diǎn)的控制。FIDIA的C20數(shù)控系統(tǒng)對(duì)旋轉(zhuǎn)刀具中心點(diǎn)的控制有其獨(dú)到的技術(shù)特點(diǎn),它是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的。同時(shí),它的軟件通過(guò)設(shè)定一系列的參數(shù)來(lái)達(dá)到誤差補(bǔ)償目的。

    該機(jī)床主要應(yīng)用于汽車工業(yè)中的模具制造、原形制造、大型鋼模和鑄鐵模具的生產(chǎn)以及航空航天工業(yè)中的復(fù)雜零件的加工,用于原金屬90%%以上的鋁結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)在動(dòng)力設(shè)備制造業(yè)中用于難加工材料(如鈦合金和鉻、鎳、鐵合金)的生產(chǎn)。工件可在一次裝夾后自動(dòng)連續(xù)完成多個(gè)平面的銑、鉆、鏜、鉸、锪等多種工序的加工,不僅具有在單位時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速切削的高效率性能,而且可使被加工零件獲得高精度和高表面光潔度。

    為飛機(jī)制造業(yè)提供定制化服務(wù)

    張雄始終有一個(gè)觀點(diǎn):沒(méi)有好工藝掌握不了最好的工作方法,沒(méi)有好的政策環(huán)境企業(yè)難以開(kāi)展自主創(chuàng)新。在立項(xiàng)之初,沈陽(yáng)機(jī)床得益于國(guó)家出臺(tái)的優(yōu)先采購(gòu)政策,樣機(jī)賣給寧波三創(chuàng)模具技術(shù)服務(wù)有限公司,并且成都飛機(jī)制造公司意向訂購(gòu)2臺(tái)、沈陽(yáng)飛機(jī)制造公司意向訂購(gòu)2臺(tái),昌河飛機(jī)制造公司意向訂購(gòu)4臺(tái)。

    在張雄看來(lái),隨著當(dāng)前飛機(jī)、造船、航空航天及模具行業(yè)的大發(fā)展,裝備制造業(yè)也跟著大發(fā)展。這樣的市場(chǎng)變化不是簡(jiǎn)單的產(chǎn)品轉(zhuǎn)移,而是技術(shù)創(chuàng)新的變化、產(chǎn)品功能的變化,以及引發(fā)制造裝備供應(yīng)方式的變化、企業(yè)的變化、快速反應(yīng)市場(chǎng)的生產(chǎn)方式的變化和員工素質(zhì)的變化等等,這是一個(gè)企業(yè)適應(yīng)市場(chǎng)變化競(jìng)爭(zhēng)力的表現(xiàn)。

    據(jù)介紹,作為課題的聯(lián)合開(kāi)發(fā)和樣機(jī)應(yīng)用單位,沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司在數(shù)控機(jī)床應(yīng)用和數(shù)控加工編程技術(shù)上有明顯的優(yōu)勢(shì),特別是對(duì)五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床在應(yīng)用技術(shù)上也有比較豐富的經(jīng)驗(yàn)。

產(chǎn)學(xué)用一條龍的創(chuàng)新體制

    沈陽(yáng)機(jī)床的數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品主要應(yīng)用于國(guó)內(nèi)航空、航天、船舶等國(guó)防工業(yè),多年來(lái)與這些用戶結(jié)成了戰(zhàn)略伙伴關(guān)系,本課題的用戶仍以這些企業(yè)為主。在課題實(shí)施期間,沈陽(yáng)機(jī)床進(jìn)一步發(fā)展與用戶的合作,擴(kuò)大服務(wù)范圍,研究用戶的工藝,通過(guò)提供交鑰匙工程和整體方案集成等措施來(lái)擴(kuò)大市場(chǎng)。

    數(shù)控裝備是支撐制造能力的關(guān)鍵裝備。采用產(chǎn)、學(xué)、用聯(lián)合的創(chuàng)新體制,進(jìn)行成套裝備的高端共性關(guān)鍵"瓶頸"技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā),對(duì)照國(guó)外先進(jìn)水平和發(fā)展需要,進(jìn)一步提升企業(yè)創(chuàng)新能力,增強(qiáng)市場(chǎng)響應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力�？s短與國(guó)際先進(jìn)水平數(shù)控機(jī)床之間的差距。

    移動(dòng)式龍門五軸加工中心機(jī)床。該樣機(jī)性能穩(wěn)定可靠、剛性好、精度高。處于國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。在保證加工工件幾何精度和表面質(zhì)量的同時(shí),又能達(dá)到較高的生產(chǎn)率。由于導(dǎo)軌的剛性好,振幅小,因而提高了機(jī)床加工零件的質(zhì)量和刀具的使用壽命。

    按客戶要求可優(yōu)化配置

    數(shù)控機(jī)床銑頭具有最好的性能以及堅(jiān)固耐用的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)代化及智能化的設(shè)計(jì)為將來(lái)在CAM銑削軌跡編程領(lǐng)域的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。此角度頭可適用于立式、臥式、龍門及銑鏜加工中心,用作機(jī)床附件或直接用作機(jī)床。該銑頭能與不同的機(jī)型組合,完全可以按照客戶的要求進(jìn)行優(yōu)化配置。

    橫梁移動(dòng)式大型龍門五軸加工中心是國(guó)際上龍門式機(jī)床的最新產(chǎn)品,沈陽(yáng)機(jī)床利用ANSYS軟件對(duì)機(jī)床的橫梁、立柱、滑板進(jìn)行有限元分析,從而選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。該機(jī)床在結(jié)構(gòu)布局上具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于實(shí)施快速拖動(dòng)方案等優(yōu)勢(shì)。還便于進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)組合,只要改變工作臺(tái)X、Y坐標(biāo)形成的大小就可以形成多規(guī)格的系列產(chǎn)品,滿足各種用戶的不同需求。另外,該產(chǎn)品開(kāi)發(fā)應(yīng)用電主軸和A/C復(fù)合銑頭等關(guān)鍵技術(shù)及單元技術(shù)還可廣泛應(yīng)用于模具加工業(yè)。課題成果易于推廣。該加工中心,達(dá)到了國(guó)際同類產(chǎn)品水平,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白,可有效地抵御國(guó)外每年幾千萬(wàn)元的進(jìn)口壓力,適用汽車、航空航天、國(guó)防軍工、石油和電子信息等高科技產(chǎn)業(yè),為國(guó)家重點(diǎn)項(xiàng)目提供有效的技術(shù)裝備。

    如何參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)

    沈陽(yáng)機(jī)床開(kāi)發(fā)的五軸聯(lián)動(dòng)產(chǎn)品,不僅適用于航空航天、動(dòng)力設(shè)備中的有色金屬、輕合金材料,也是復(fù)雜空間曲面零件加工必需的重要裝備。同時(shí),也廣泛適用于大型復(fù)雜模具的生產(chǎn),具有很好的市場(chǎng)前景。

    隨著中國(guó)與世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步的融合,我國(guó)汽車、軍工、航空航天等支柱行業(yè)和高科技行業(yè)的迅速發(fā)展,在全國(guó)市場(chǎng)范圍內(nèi)形成了對(duì)專用、高性能、高效率機(jī)床的巨大需求,面對(duì)市場(chǎng)的要求,沈陽(yáng)機(jī)床一方面提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,另一方面利用我們勞動(dòng)力成本低等有利條件來(lái)擴(kuò)大其價(jià)格優(yōu)勢(shì)。對(duì)這種高性能數(shù)控機(jī)床,沈陽(yáng)機(jī)床和國(guó)外產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的策略是在性能和功能上不低于國(guó)外同類產(chǎn)品,在服務(wù)和價(jià)格上比國(guó)外產(chǎn)品有大的優(yōu)勢(shì),從而立足于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

    據(jù)介紹,現(xiàn)在的機(jī)械加工工藝要求的主軸轉(zhuǎn)速越來(lái)越高,高轉(zhuǎn)速也越來(lái)越成為衡量一個(gè)產(chǎn)品水平的標(biāo)志,成為商家競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn),誰(shuí)先采用了更高轉(zhuǎn)速的主軸,誰(shuí)便在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中擁有了一張硬牌。