北京航空航天大学的“国防科技工业高效数控加工技术研究应用中心”暨“数控加工工艺与装备技术”蓝天创新团队是“国防科技工业千台数控机床增效工程”重点专项工程的主要技术支持单位之一。已向航天、航空、兵器、船舶、电子等军工行业30余家试点企业和院所提供了“数控铣削加工动力学仿真系统(SimuCut)”和“数控机床加工动力学特性测试分析系统(DynaCut)”等软硬件系统。千台数控机床增效工程于2007年5月正式启动,目前首批试点单位已取得明显增效成果。
日前,记者就大飞机制造中面临的关键技术采访了北京航空航天大学机械工程及自动化学院教授、国防科技工业高效数控加工技术研究应用中心主任刘强博士。
刘强告诉记者,我国大飞机专项已举世瞩目,从大飞机研制成功到具备市场竞争力、最终进入民用航空运输市场,真正实现国人大飞机之梦,这条路很长,面临各种各样的挑战,一方面来自于国际竞争,另一方面是设计技术和大飞机的制造技术。
未来大飞机真正的竞争在于“制造”——制造质量、制造成本、制造周期,尤其是批量生产时制造能力和制造水平,大飞机也将是我国制造业从“制造大国”进入“制造强国”重要的标志。“一代飞机,一代工艺”,在研制大飞机的过程中需要对大飞机工艺、先进制造技术进行攻关。优质、高效、精密、低成本的制造技术是大飞机竞争力的重要保障。
目前大飞机制造中需要突破的关键技术,有四个方面:
一是大型金属结构件的高效数控加工和先进成形技术。大飞机的金属结构件仍会以铝合金为主,同时钛合金和高强钢的应用也有一定的比例。由于大飞机的性能和承载要求非常高,因此加工难度大,加工工艺多样,制造水平要求高。而现有的机床设备、工装设备、工艺技术与大飞机制造的需求尚有一定差距。在这个方面需要解决好两个主要技术问题,第一是以大型整体薄壁结构件高速数控切削加工为主要代表的高效切削技术,第二是以大型整体复杂构件预应力喷丸成形与时效成形为代表的先进成形技术是大飞机金属结构件制造。
二是复合材料结构件的制造技术。民机采用复合材料的比例越来越高,这是飞机实现减重、降低成本、易于维护的必然趋势。世界上大型飞机复合材料应用量越来越大,如波音787已达60%,空客A380的复合材料用量为22%,其最新设计的A350上复合材料用量则达到了52%。考虑到大飞机的经济性,以及与国外飞机的竞争力,大量应用复合材料已经成为大型飞机设计制造的发展趋势。就现有的大型复合材料铺带机、缠绕机以及相关工艺技术和检测技术等来说,大型复合材料结构件的制造对我们也是一个新的挑战。
三是飞机的柔性自动化装配技术。飞机装配是在飞机设计制造中具有一个特殊的地位的环节,它分为部件装配和飞机总装配两大部分。飞机装配技术已从人工装配、半自动装配发展到自动化装配,以数字化柔性装配为特点的自动化装配将飞机装配带入了一个新的阶段。激光测距定位技术、数字化柔性工装单元、自动钻铆、数字化检测等是装配自动化中的关键技术问题。
四是飞机制造数字化技术。制造企业信息化和产品制造数字化是先进制造技术发展的重要趋势,飞机制造数字化技术是提升现代飞机制造能力和水平的重要支撑。数字化设计制造系统集成、数字化制造车间构建、制造过程数字化建模与仿真、制造数据库建设等将是助推大飞机制造的关键数字化技术手段。
以上四个方面都将在大飞机研制生产中起到关键性作用。刘强说:“国防科技工业‘千台数控机床增效工程’专项工程主要是针对数控设备和数控车间的效率问题,一是采用加工过程优化技术提高单台数控机床加工效率的提速增效,二是采用数字化技术提高数控车间整体生产效率的综合增效。在这个专项中,航空行业几乎全部飞机主机制造厂、主要发动机制造厂都是实施试点单位,我们相信,增效工程将会有力地促进提高我国航空数控加工效率和加工质量,这对于将来大飞机的制造必将产生重要的作用。”