數控機床在航空發(fā)動(dòng)機制造的應用論文
摘要：:航空發(fā)動(dòng)機零件材料昂貴，難加工，精度要求高。數控機床的應用可以大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量，加大市場(chǎng)競爭力。研究了數控機床在航空發(fā)動(dòng)機制造上的應用現狀及存在的問(wèn)題，并對未來(lái)發(fā)展方向作出展望。
關(guān)鍵詞：:航空發(fā)動(dòng)機;數控機床;智能工廠(chǎng)
作為飛機的心臟，航空發(fā)動(dòng)機在國防建設中占有著(zhù)極其重要的地位。由于航空發(fā)動(dòng)機需要滿(mǎn)足高性能、高可靠性、易維護、成本低、壽命長(cháng)、清潔環(huán)保等多方面要求，航空發(fā)動(dòng)機的結構也變得十分復雜，對加工過(guò)程的要求越來(lái)越高。例如，發(fā)動(dòng)機葉片具有復雜的彎扭掠形狀，渦輪葉片還需做成中空，并在葉片表面打孔以達到冷卻效果，為達到航空發(fā)動(dòng)機氣動(dòng)性能要求，葉片的加工精度要求非常高;航空發(fā)動(dòng)機轉速可達到萬(wàn)轉以上，盤(pán)軸承受著(zhù)巨大的離心力，對發(fā)動(dòng)機的可靠性起著(zhù)至關(guān)重要的作用，航空發(fā)動(dòng)機盤(pán)軸件多采用鈦合金、高溫合金材料，難加工且尺寸精度要求高，若是整體葉盤(pán)，對數控技術(shù)的要求將更高。航空發(fā)動(dòng)機零件難加工，高精度，零件種類(lèi)多且復雜。在工業(yè)4．0的大背景下，加大數控機床在航空發(fā)動(dòng)機制造上的應用任重而道遠。
1數控機床應用現狀
1．1數控機床特點(diǎn)
在第四次工業(yè)革命的大背景下，中國制造業(yè)正由傳統工廠(chǎng)轉型為現代化智能工廠(chǎng)，首先進(jìn)行的就是將傳統機床升級為數控機床。數控機床的采用使得生產(chǎn)線(xiàn)效率大大提升，產(chǎn)品精度得到改善，產(chǎn)品質(zhì)量愈加穩定，大大提高了產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭力。數控機床的優(yōu)勢具體有以下四點(diǎn)。
1)高精度。普通數控機床加工精度在微米級，一些超精密數控機床甚至可以達到納米級，用來(lái)加工對精度要求較高的航空發(fā)動(dòng)機零件，可以達到較高的產(chǎn)品合格率。
2)多道工序連續加工。由于航空發(fā)動(dòng)機零件十分復雜，往往需要多道工序連續加工。在傳統生產(chǎn)線(xiàn)上，一臺普通機床僅能完成一道工序，每一步還需經(jīng)過(guò)嚴格審查，人工重新找準定位，工序周轉時(shí)間較長(cháng)。但在數控機床上，只需定位一次，不同的工序僅更換刀具即可。
3)允許大切削量。數控機床是封閉式的，軸的轉速高，移動(dòng)速度快。航空發(fā)動(dòng)機機匣件尺寸大，切削量大，用數控機床加工可以大大提高生產(chǎn)效率。
4)產(chǎn)品質(zhì)量穩定。只要程序不變，設備硬件設施不變，數控機床加工出的零件就幾乎沒(méi)有變化。數控機床的操作不存在人為誤差，只要設備調試完成，就可以保證一定的產(chǎn)品合格率。
1．2高端數控機床依賴(lài)進(jìn)口
第四次工業(yè)革命來(lái)臨之際，我國數控機床發(fā)展迅速，但與國外發(fā)達國家相比，依然存在很大差距。具體體現在以下三個(gè)方面。1)可靠性、加工精度較低。航空發(fā)動(dòng)機零件所使用的材料價(jià)格高，難加工，同時(shí)精度要求高，進(jìn)口機床故障率低，能夠獲得更高的經(jīng)濟效益。2)國產(chǎn)機床關(guān)鍵功能原部件仍依賴(lài)進(jìn)口。數控系統是數控機床的“大腦”，刀庫、主軸單元更是直接決定數控機床整體性能的核心部件。然而這些核心原部件仍需進(jìn)口，再由國產(chǎn)加工中心進(jìn)行整機組裝。3)產(chǎn)品結構不合理。產(chǎn)學(xué)研相結合的技術(shù)創(chuàng )新體系尚未形成，本土企業(yè)缺乏創(chuàng )新人才，使得目前市場(chǎng)上國產(chǎn)機床品種比較單一，無(wú)法滿(mǎn)足制造業(yè)大國的市場(chǎng)需求，大量數控機床需要從國外進(jìn)口。
2存在的問(wèn)題
雖然數控機床具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢，但由于其復雜性，也產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，具體體現在以下三個(gè)方面。1)成本高。初期投入成本高，使用期間維護費用、人力資源成本相比于傳統機床也大幅增加。2)對操作人員技術(shù)要求高。對于傳統機床，操作人員只需掌握基礎的機械加工知識。而數控機床的前期準備工作較為復雜，操作人員需要進(jìn)行程序編制，同時(shí)數控機床自身結構比較復雜，對維護人員的要求也比較高。3)在某些零件上無(wú)法體現優(yōu)勢。航空發(fā)動(dòng)機零件多而復雜，各部件對于精度的要求也不一致。對于一些精度要求不高、工序步驟少的零件，可在傳統機床上快速找準定位，經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員甚至可以達到數控機床的加工精度，而在數控機床上，還需要進(jìn)行復雜的前期程序編制工作。于是在航空發(fā)動(dòng)機的生產(chǎn)線(xiàn)上，采用數控機床與普通機床搭配工作的方式，優(yōu)勢互補，提高生產(chǎn)效率。
3未來(lái)展望
國內數控機床市場(chǎng)需求巨大，卻大多數需要依賴(lài)進(jìn)口。國家現大力支持創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)，數控機床行業(yè)更應把握良機，建立具有自主研發(fā)能力的民族企業(yè)，滿(mǎn)足日益增長(cháng)的市場(chǎng)需求。數控機床未來(lái)發(fā)展主要表現為高精度、高速度、高可靠性、高柔性和智能化、網(wǎng)絡(luò )化、復合化、綠色化。我國數控機床正向高精尖方向邁進(jìn)，具體體現在以下三個(gè)方向。1)智能診斷。數控機床融合了電子、機械、材料等多個(gè)學(xué)科，易發(fā)生故障，故障診斷過(guò)程會(huì )花費大量人力物力，且診斷耗時(shí)長(cháng)，效率低。國內外正大力開(kāi)展智能故障診斷方面研究，已經(jīng)取得一系列成果，診斷系統將由集中式向分布式、網(wǎng)絡(luò )化方向發(fā)展。2)綠色環(huán)保。隨著(zhù)GDP的穩步增長(cháng)，中國經(jīng)濟向著(zhù)又好又快的方向發(fā)展，綠色環(huán)保的概念深入人心�？蛇x擇綠色環(huán)保材料作為數控機床零件材料，發(fā)展模塊化數控機床，使得廢棄材料得以回收利用。3)基于物聯(lián)網(wǎng)的“無(wú)人工廠(chǎng)”。近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)與應用十分火熱，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現了物體之間的通信，這種高效的信息交換大大提高了生產(chǎn)效率。機械手的引進(jìn)能夠解放人力勞動(dòng)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)整合升級，打造一個(gè)現代化、網(wǎng)絡(luò )化的“無(wú)人工廠(chǎng)”。
4結語(yǔ)
文章以航空發(fā)動(dòng)機為載體，對數控機床的特點(diǎn)和發(fā)展現狀加以分析。針對其成本高、功能不完善等劣勢，提出智能化、綠色化的未來(lái)展望，力求早日打破數控機床依賴(lài)進(jìn)口的現狀，響應國家“兩機重大專(zhuān)項”，助力航空發(fā)動(dòng)機事業(yè)。
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作者：張睿琳 單位：西北工業(yè)大學(xué) 動(dòng)力與能源學(xué)院
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