國產高檔數控裝備助推航空工業發展

航空製造業是關係到國防安全的戰略性產業，在國民經濟發展中佔據重要地位。而航空航天行業所需要的關鍵零部件加工設備大多數依賴進口。對此，國家出台戰略部署，到2020年實現數控裝備80%國產化的目標。

通過「高檔數控機床與基礎製造裝備」國家重大專項的實施，國產數控機床取得了長足發展，為助推大飛機製造、航空工業騰飛做好了準備。

濟南二機床集團作為國內裝備製造業的龍頭企業，長期致力於高檔數控機床的研製，為航空航天關鍵零部件加工提供解決方案。高效、高精、高響應數控機床產品正越來越廣泛地服務於航空航天等國內重點行業領域，為滿足市場需要和國家戰略需求，實現重大裝備國產化作出了積極貢獻。

航空工業關鍵結構件加工所需要的設備

隨著航空工業的進步，飛機的關鍵結構件趨向於大型化、複雜化和整體化，具有高剛性、抗疲勞、耐腐蝕和輕量化等特性，材質多為鋁合金、鈦合金或超高強度鋼、複合材料。

鋁合金材質的結構件多為深槽腔、小轉角、薄壁、且具有氣動理論曲面的盒式或殼式結構，如：大梁、長桁、壁板、機身框、緣板等，其毛坯多採用整體預拉伸板材或擠壓型材，通過加工形成薄壁、細筋等結構。零件從毛坯加工到成品，材料去除率可高達80%~90%，甚至95%。該類結構件的尺寸越來越大，而且零件的外型面多為雙曲度，要求採用高速高效銑切方式進行加工，其加工設備需要具有高速、高剛性、高加速度（或高動態響應）、五軸或多軸聯動、高金屬切除率、便於大量落屑排屑及便於工件裝卸等特性，同時機床主軸需要具有大功率、高轉速、適當扭矩及足夠寬的、可調控的轉速範圍等特性，典型的機床如大型龍門高速加工中心。

鈦合金和超高強度鋼材質的零件在飛機關鍵結構件中所佔比例不斷增大。鈦合金材質結構件主要有滑軌、滑輪、發動機框及接頭類零件等，超高強度鋼材質結構件主要有機翼滑軌、起落架及轉接接頭類零件等。鈦合金和超高強度鋼需要更大的主軸功率和扭矩加工，要求加工設備具有高剛性、大功率、高扭矩、高精度和高精度穩定性等特性，典型的機床如配備機械主軸的A/B或A/C雙擺角五軸聯動銑床或龍門加工中心。

航空工業採用的複合材料主要有碳纖維等高強度纖維增強複合材料、玻璃纖維增強樹脂複合材料，複合材料結構件主要有蒙皮、雷達整流罩、電磁窗等。要求加工設備具有大行程、高速、高效等特性，典型的機床如高架式高速龍門銑床。另外，複合材料加工時會產生大量的纖維粉塵，所以必須配置真空吸塵裝置。

濟南二機床進行針對性開發滿足航空需求

1 通過技術引進、合作生產以及再創新，發展高速龍門銑

濟南二機床發展數控機床走了一條成功的合作與創新之路。

從20世紀90年代初開始，他們與法國著名機床製造公司進行全方位合作，對其成套數控機床製造技術進行高起點嫁接，發展數控龍門鏜銑床和數控落地鏜銑床、五面加工中心及柔性加工生產線等高技術產品，擁有了包括全自動鏜銑頭技術、高速進給驅動技術、力矩同步和位置同步驅動技術、重載靜壓導軌技術、靜壓主軸技術、電氣消隙驅動技術、電液比例/電液伺服平衡和精度補償技術、附件銑頭自動更換、自動分度技術（AAC）、立卧換刀機械手技術（ATC）、自動交換工作台技術（APC）等多項世界先進水平的核心技術。

其中，龍門式機床涵蓋定梁、動梁，工作台移動、龍門移動、高架橫樑移動等眾多品類，龍門寬度為1.5~8m，縱向行程為2~60m，主軸轉速為1000~30000r/min；數控化性能從三軸聯動到四軸、五軸聯動，可以提供不需人工干預的全自動加工中心產品。

各系列機床規格齊全，性能可靠，主要技術質量性能與國際接軌，能夠滿足航空行業關鍵零件加工的需求。

濟南二機床研製的各類五軸聯動數控機床（見圖1、2、3），徹底打破了國外技術封鎖和壟斷，為軌道交通、航空航天工業提供了關鍵裝備支持。2003年為長春客車提供了當時國內第一台全國產五軸聯動定梁龍門移動鏜銑床； 2007年，他們贏得北京航天第一設計院大型五軸聯動數控機床XKV2735×40訂單，使國產大型五軸聯動數控機床首次進入航天領域。

目前，包括北京航天、上海航天、西飛、成飛等在內的20餘家航天航空企業，共計採購了濟南二機床的40餘台工作台移動式、龍門移動式、高架橫樑移動式等不同結構、不同規格、具有JIER自主知識產權的五軸聯動及五面加工高速龍門數控機床。

作為核心功能部件的雙擺角數控萬能銑頭，制約著國產機床向高端領域的發展。濟南二機床不僅研製成功了擁有自主產權的電主軸式雙擺角數控萬能銑頭，成功應用於高鐵車體側牆零件的高速加工；並於2007年自主研製的國內首台大功率、大扭矩重型雙龍門移動機械式五軸聯動數控龍門鏜銑床，成功交付鞍鋼重型機制公司，加工三峽大型水電機組葉片，打破了國外企業在水利發電等國家重點行業的壟斷地位。

目前，雙擺角數控萬能銑頭已形成系列化產品，並成功進入航空領域，用於黑色金屬連續曲面的加工。

2 承擔國家重大專項，發展核心技術

依託雄厚的技術研發實力，濟南二機床承擔了眾多國家重大科技攻關項目。履行國家責任，解決國家難題，承擔重大專項，為國家戰略行業提供支持。

「十五」期間，濟南二機床承擔了「新型高速五軸加工技術及設備」和「飛機大梁數控高速複合仿形加工中心的研製」等國家863項目。2009年以來，又先後承擔了「數控大型多工位壓力機」、「大型快速全自動衝壓線」、「高速龍門五軸加工中心」、「雙擺角數控萬能銑頭」、「高架式五軸聯動高速龍門鏜銑加工中心」、「APM系列翻板卧式加工中心」等11項國家科技重大專項，是國內同行業中承擔項目最多的企業。

其中，「雙擺角數控萬能銑頭」項目囊括了目前五軸聯動龍門銑床所涉及的各種結構類型的雙擺角數控萬能銑頭，包括：電主軸式機械驅動A/C擺角（圖4）和電主軸式力矩電機直驅A/C擺角（圖5）、機械主軸式機械驅動A/C擺角（圖6）等結構形式，分別用以實現高速高精切削或高效重型切削，可以滿足鋁合金、鈦合金和複合材料等不同行業的各種複雜曲面零件的加工。

2011年底，濟南二機床承擔的「高速龍門五軸加工中心」和「雙擺角數控萬能銑頭」兩個重大專項順利通過驗收。驗收組專家鑒定，產品性能指標和機床可靠性均達到了同類進口機床的水平。如圖7所示，是為航天行業提供的高速龍門五軸加工中心。

3 緊跟國際航空工業製造先進技術，研製數控翻板銑卧式加工中心

針對大型航空結構件金屬去除率高的特點，航空企業不斷擴大高速高效加工的使用範圍，短時間內可產生大量切屑，加工工藝系統的落屑和排屑成為必須解決的問題。

立式加工工藝系統中，由於工件水平放置，導致加工過程中產生的大量高溫切屑堆積在薄壁型腔中無法及時順利排出，一方面，本來被切屑帶走的絕大部分切削熱量被傳導到工件和刀具乃至主軸上，導致整個加工工藝系統產生二次熱變形；另一方面，大量的切屑堆積在工件的待加工部位，產生二次切削效應，加劇了刀具的磨損並易產生積屑瘤，進而降低刀具使用壽命和零件表面加工質量。

在此情況下，濟南二機床以實施國家重大專項為契機，與清華大學、北京航空航天大學以及中航工業成飛、西飛合作，緊跟國際航空工業製造先進技術，提出並研製數控翻板銑卧式加工中心（見圖8）。總體設計思路是：將工件水平裝夾，工作台翻轉90°，採用卧式主軸加工，使切屑自由下落。

該加工中心配置了60kW大功率電主軸，切削進給速度可以達到20m/min，加速度為4m/s2，具有較高的響應速度。設有雙絲杠驅動、可90°翻轉並精確定位的翻板工作台，可實現零件在水平位置裝夾、在垂直位置加工，便於切屑快速排除，解決了傳統立式加工切屑堆積對工藝系統造成的不利影響。

翻版銑卧式加工中心主要應用於航空領域大型航空結構件的高速高效加工。機床可配置毛坯測量與加工余量分析系統以及接觸式原位檢測系統，能夠實現毛坯的虛擬劃線和零件的在線檢測，及時發現零件毛坯和加成品缺陷，提高加工效率。首台大型翻板卧式加工中心的研製，填補了國內空白，可滿足大型航空結構件加工的需要。

今後，濟南二機床將緊跟發展趨勢，整合雙擺角數控萬能銑頭研究成果，開發研製適合更複雜零件加工的高速五軸翻板卧式加工中心、可大幅提高加工效率的柔性製造單元和柔性製造系統等一系列高檔數控機床產品，滿足航空工業大發展對國產高檔數控裝備的迫切需求。

目前，濟南二機床作為國內主要的數控機床製造基地，已向市場推出了700餘台大型數控機床產品，裝備了軍工、汽車、鐵路、能源、冶金、重型機械、機床工具等國內眾多重點行業、重點用戶。其中僅為航空、航天、船舶、兵器等四大軍工領域就提供了百餘台大、重型數控鏜銑床，全部10個系列的數控機床均被列為首批軍工採購推薦目錄。

最近，中央電視台拍攝的國內首部大型工業紀錄片《大國重器》播出后，在社會各界引起強烈反響。其中濟南二機床依靠創新驅動，實現轉型升級和高端突破的典型「故事」，更是成為關注焦點，贏得了各方讚譽。

濟南二機床將以此為動力，繼續發揮行業龍頭和領軍作用，進一步提高自主研發水平，加強「產學研用」結合，為航天、航空領域的高端需求提供完善的解決方案和高檔裝備，為國民經濟發展和國防建設做出更大的貢獻。

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