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讓電火花在高精尖制造領域綻放異彩——北京市電加工研究所《大型精密六軸聯動數控電火花成形機床》
发布时间:2019-07-05 12:00

編者按:北京市電加工研究所《大型精密六軸聯動數控電火花成形機床》是我院2018年優秀科研成果之一。該科研成果屬于高精尖制造領域,基于04國家科技重大專項支持,針對航天重型運載火箭發動機大型帶葉冠整體式渦輪盤、帶葉冠導向環和噴嘴葉柵環、能源領域閉式葉輪等關鍵零件的制造難題,完成了國內首台大型精密六軸聯動數控電火花成形加工機床裝備與技術的研制開發,突破了大型帶葉冠整體式渦輪盤、帶葉冠導向環和噴嘴葉柵環、大型壓縮機閉式整體葉輪等研制與批量生産的瓶頸問題,爲航天、航空、能源等行業提供關鍵制造裝備,並可推廣至模具、汽車等領域中。本期我們對其研究成果進行摘要介紹。

衆所周知,隨著航空航天、汽車、能源、生物醫療等領域飛速增長的技術需求,帶動我國的制造裝備與技術向高精度、高效率、高加工質量、高可靠性的技術台階逐步邁進。以航空發動機爲例,作爲航空飛行器的動力來源,它是一種高度複雜和精密的熱力機械,而超高速、高空、長航時、超遠航程是新一代國防建設的需求,全世界僅有少數國家能夠自主設計生産研發,在提高發動機可靠性和維護性的同時,爲了提升發動機的推重比,航空發動機一直在向輕量化、整體化結構發展,如整體葉盤、葉環等結構。電火花加工技術以其“以柔克剛”、“高效精密”等特點,在钛合金、高溫合金、複雜扭曲型面結構零件的精密與整體化加工中具有不可替代的技術優勢,逐步獲得了航空航天、能源等領域用戶的廣泛認可,爲提升航空航天發動機新型號研制快速響應能力做出了不可忽略的貢獻。

2009年,我國正式啓動了高檔數控機床與基礎制造裝備國家科技重大專項。機床制造工業作爲國家戰略産業之一,旨在全面發展高端精密數控裝備和數控系統及功能部件,改變高端精密數控機床大部分依賴進口的現狀。通過技術攻關,基本實現了高檔數控機床、工作母機、重大成套技術裝備、關鍵材料與關鍵零部件的自主設計制造。

北京市電加工研究所以其在先進制造技術特種加工領域強有力的技術優勢,自2009年開始作爲牽頭單位連續承擔國家科技重大專項高檔數控機床與基礎制造裝備04專項航天複雜零部件超精密微細電火花加工裝備與技術2014ZX04001111)、特種材料複雜型面加工的五軸聯動精密數控電火花成形機床2009ZX04003-022)、四工位電火花加工噴孔專用機床研究2011ZX04001-061)、國産高檔數控機床與技術在飛航導彈發動機制造領域的綜合應用驗證及工藝研究應用生産線2015ZX04002201)。自主研發了大型精密六軸聯動數控電火花成形機床、航天複雜零部件超精密微細電火花加工機床、五軸五聯動電火花成形機床等裝備,部分關鍵性能指標達到並超越了國際先進水平,五軸五聯動電火花成形機床進入《國産高檔數控機床軍工産品目錄》,實現了替代進口。

大型精密六軸聯動數控電火花成形機床是由北京市電加工研究所作爲牽頭單位,聯合北京市科學技術研究院、哈爾濱工業大學、上海交通大學、北京迪蒙數控技術有限責任公司、首都航天機械有限公司、上海航天控制技術研究所、北京機床所精密機電有限公司等8家單位經過4年的研發所完成。

大型精密六軸聯動數控電火花成形機床在研發過程中,由于該機床的目標加工尺寸大(直徑600mm以上)、精度高,因此電加工所的研發人員在最初的設計過程中,提出了多套設計方案,並進行反複論證、實驗,最終確定了牛頭式機型。多項技術都爲國內首創,形成了多項創新性技術成果,如新型的電火花主機結構有效的保證了電火花加工機床的各種運動精度、大型全浸液轉台有效保證了六軸聯動加工零件位姿調整需求、大功率脈沖電源(放電電流大于200A)有效提高了加工效率、六軸聯動數控系統能滿足各種複雜加工軌迹需求、六軸CAD/CAM系統大大降低了數控程序編程難度,提升了電火花加工的智能化水平、特殊材料加工工藝技術有效保證了複雜精密零件加工可靠性。

大型精密六軸聯動數控電火花成形機床已爲首都航天機械有限公司解決了多種型號的帶葉冠整體渦輪盤、某複雜葉輪片和某裝置型腔等多種關鍵零部件的加工裝備與技術需求;在兩年的運行期內,運行穩定,不但提升了其型號任務研制的技術響應能力,同時還使其航天領域的特種加工工藝設計與制造水平獲得了長足的提升,形成了不同系列電火花加工工序的設計與制造能力;另外,北京市電加工研究所與首都航天機械有限公司聯合建立了特種加工技術聯合實驗室,共同爲開展民促軍、軍轉民貢獻力量。

依托該項目成果,電加工所獲得發明專利3項,實用新型專利3項,軟著2項;發表論文10篇;形成企業標准11項;創造直接經濟效益2786萬元。目前已形成系列化大型牛頭式電火花機床新産品,爲透平壓縮機、發動機動力裝置大型整體閉式葉輪、帶葉冠整體渦輪盤等零部件提供完整電加工工藝方案,推動了産品應用領域的行業技術進步,解決了國防重大項目的關鍵技術難題,打破了國外技術壟斷,節約了國防資金,爲助力國防建設提供了有力支撐。

目前大型精密六軸聯動數控電火花成形機床成果已進入産業化階段,電加工所也已在中關村科技城平谷園區建立了複雜結構難加工材料工藝服務基地。其特殊材料閉式結構扭曲型腔零件的精密電火花加工服務獲得北京市新技術新産品(服務)证书。随着我国航空航天、能源等高精尖领域对大型精密制造技术需求的不断提升,该项成果的发展与应用前景将十分广阔,如何实现大型精密六轴联动数控电火花成形加工装备与技术的高质、高效与快速完整工程化工艺服務能力,助力国防实力提升,将是电加工所始终关注的重要产品与技术发展方向。