1、 國內(nèi)航空數(shù)控加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
我國飛機(jī)制造業(yè)的數(shù)控技術(shù)起步較晚，近年來在型號研制任務(wù)的推動和國家政策的支持下，國內(nèi)飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的研究和應(yīng)用水平得到了提升。目前，國內(nèi)的各大飛機(jī)制造企業(yè)均已形成了各自的技術(shù)特色，如成飛的鋁合金結(jié)構(gòu)件高速加工技術(shù)、西飛的大型鋁合金結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)、沈飛的鈦合金結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)等。同時，柔性生產(chǎn)等先進(jìn)制造技術(shù)也陸續(xù)得到了應(yīng)用，逐步擺脫了單純發(fā)展數(shù)控加工工藝技術(shù)的“孤島”狀態(tài)。
雖然國內(nèi)數(shù)控加工技術(shù)得到了快速的發(fā)展，但飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的整體應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國家相比仍存在著較大的差距，主要體現(xiàn)在：（1）高檔數(shù)控設(shè)備主要依賴進(jìn)口，受進(jìn)口設(shè)備價格昂貴以及關(guān)鍵技術(shù)封鎖等因素的影響，飛機(jī)零件制造的數(shù)控化率較低，在一定程度上制約了飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的普及和發(fā)展；（2）高質(zhì)量的數(shù)控刀具近年來雖然也得到了快速發(fā)展，但在高質(zhì)量數(shù)控刀具的制造和新型刀具的研發(fā)等方面仍存在差距，使用上仍然未擺脫進(jìn)口刀具占據(jù)半壁江山的局面，這在一定程度上也影響了數(shù)控加工技術(shù)的進(jìn)一步提高；（3）3C集成、DNC、MES等先進(jìn)制造系統(tǒng)和技術(shù)的應(yīng)用起步較晚，在飛機(jī)制造業(yè)中仍然沒有建成真正意義上的自動化工廠，數(shù)控車間管理較為粗放，制約了飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的集成應(yīng)用；（4）受國內(nèi)飛機(jī)批量的制約，飛機(jī)制造企業(yè)沒有一個專業(yè)化的數(shù)控加工車間，也較少采用專用化程度較高的高端數(shù)控設(shè)備，生產(chǎn)組織和生產(chǎn)準(zhǔn)備等工作量較大，增加了數(shù)控加工集成應(yīng)用技術(shù)實現(xiàn)的難度，制約了飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)向更高層次的發(fā)展；（5）飛機(jī)零件數(shù)控加工切削參數(shù)庫建設(shè)仍停留在研究層面，除部分專用化程度相對較高的設(shè)備和關(guān)鍵產(chǎn)品以外，大量實際加工使用的切削參數(shù)均有較大的優(yōu)化空間，而國內(nèi)在參數(shù)優(yōu)化技術(shù)及優(yōu)化工具方面的研究應(yīng)用成果甚微，制約了數(shù)控加工應(yīng)用技術(shù)水平的提高；（6）在飛機(jī)數(shù)控零件設(shè)計技術(shù)、數(shù)控零件檢測技術(shù)等方面缺乏系統(tǒng)的研究應(yīng)用，影響了數(shù)控技術(shù)應(yīng)用過程中的效率，制約了數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展；（7）數(shù)控設(shè)備維修技術(shù)水平存在一定差距，數(shù)控設(shè)備的帶故障運行和故障后無法及時修復(fù)等因素，也在一定程度上影響了飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展。
綜上所述，國內(nèi)除了在數(shù)控設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)控刀具關(guān)鍵技術(shù)等方面應(yīng)加大研發(fā)力度以支持我國的大飛機(jī)制造以外，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、切削參數(shù)庫優(yōu)化技術(shù)、零件檢測技術(shù)、數(shù)控設(shè)備維修技術(shù)等方面也需要大力開展研究應(yīng)用工作，同時普及數(shù)控加工集成應(yīng)用技術(shù)，不斷提高數(shù)控車間的數(shù)字化管理應(yīng)用水平，加快縮短與發(fā)達(dá)國家技術(shù)水平差距的步伐，滿足大飛研制生產(chǎn)的技術(shù)需求。
2、發(fā)達(dá)國家航空數(shù)控加工技術(shù)現(xiàn)狀
西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家飛機(jī)制造業(yè)應(yīng)用數(shù)控技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)過長期的技術(shù)發(fā)展和積累，應(yīng)用于大飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的40m五坐標(biāo)高速龍門銑床、20m五坐標(biāo)高速翻板銑床等先進(jìn)設(shè)備在技術(shù)上已較成熟，新型數(shù)控刀具技術(shù)的研究應(yīng)用也處于良性循環(huán)狀態(tài)，這促進(jìn)了數(shù)控加工技術(shù)水平的不斷提高。以波音公司和空客公司為代表的飛機(jī)制造企業(yè)已基本實現(xiàn)了機(jī)加數(shù)控化，并廣泛地采用了3C集成系統(tǒng)和DNC技術(shù)，同時，柔性生產(chǎn)單元和柔性生產(chǎn)線的應(yīng)用也較為普遍，高速切削加工技術(shù)應(yīng)用水平較高，基本實現(xiàn)了自動化、高效率數(shù)控加工。
3、 數(shù)控加工的集成應(yīng)用技術(shù)
經(jīng)濟(jì)性是大飛機(jī)的重要指標(biāo)之一，由于數(shù)控設(shè)備造價昂貴，大飛機(jī)的零組件制造必須實現(xiàn)數(shù)控加工的集成化應(yīng)用，才能充分發(fā)揮數(shù)控設(shè)備和數(shù)控工藝技術(shù)的優(yōu)勢，降低制造成本。CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、DNC技術(shù)等現(xiàn)代先進(jìn)制造系統(tǒng)和技術(shù)在大飛機(jī)制造過程中的應(yīng)用，將極大地降低機(jī)體制造成本，對飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)起著至關(guān)重要的作用。
4、典型零件的數(shù)控加工工藝技術(shù)
大飛機(jī)零件具有外廓尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、重量輕的特點，在多個對接部位或活動面處有精度要求較高的多面體接頭類零件。同時，隨著新型材料技術(shù)的不斷發(fā)展和飛機(jī)整體強(qiáng)度重量比設(shè)計要求的不斷提高，復(fù)合材料在大飛機(jī)中的用量也越來越大。大飛機(jī)零件的這些特點對數(shù)控加工工藝技術(shù)提出了一系列新的要求。
典型的整體零件包括機(jī)翼蒙皮壁板、機(jī)身蒙皮壁板、機(jī)翼大梁、翼肋等，此類零件一般選用2000系列或7000系列鋁合金預(yù)拉伸板材，部分翼肋零件采用鋁合金型材類原材料，零件除外廓尺寸大以外，還呈現(xiàn)多槽腔、單側(cè)或雙側(cè)理論外形等的結(jié)構(gòu)特點。壁板類零件一般帶有單側(cè)飛機(jī)理論外形、單側(cè)結(jié)構(gòu)，加工過程中需進(jìn)行噴丸或滾彎成形。大梁和肋等零件一般為雙側(cè)理論外形、單側(cè)或雙側(cè)結(jié)構(gòu)，零件結(jié)構(gòu)由數(shù)控加工直接完成。該類零件除部分雙面結(jié)構(gòu)的翼肋外，其余均為單側(cè)結(jié)構(gòu)，加工過程中材料基本為單側(cè)去除，且材料去除率大。因此，大型整體零件的數(shù)控加工必須同時考慮復(fù)雜結(jié)構(gòu)的五坐標(biāo)加工技術(shù)、高速高效加工技術(shù)和數(shù)控加工變形控制等技術(shù)的綜合應(yīng)用。
典型的接頭類零件包括主起落架支撐接頭、擾流板鉸鏈接頭以及機(jī)翼與機(jī)身的對接接頭等，此類零件一般采用7000系列模鍛或自由鍛鋁合金材料，零件高度尺寸大、槽腔深、空間孔的精度和位置度要求較高。此類零件的加工難度主要在于加工變形控制、深槽腔轉(zhuǎn)角表面質(zhì)量控制和空間精度孔的數(shù)字化加工，而對于自由鍛毛料的零件來說，材料去除率也是需要考慮的因素。因此，復(fù)雜接頭類零件需制定合理的工藝流程，同時注重轉(zhuǎn)角插銑技術(shù)、數(shù)控鏜銑復(fù)合加工等技術(shù)的綜合應(yīng)用。
碳纖維等復(fù)合材料技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用，為大飛機(jī)的設(shè)計制造帶來了一片新天地，復(fù)合材料以其高耐腐蝕性和耐疲勞性等優(yōu)點，在大飛機(jī)的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用越來越廣泛，如B787飛機(jī)的復(fù)合材料占整機(jī)結(jié)構(gòu)重量的50%，已經(jīng)徹底地由輔助材料變?yōu)橹鲗?dǎo)材料。復(fù)合材料的加工除鋪帶技術(shù)和纏繞技術(shù)外，數(shù)控切邊和數(shù)控鉆孔等加工技術(shù)也不可或缺，尤其是大型整體復(fù)材構(gòu)件的數(shù)控加工，其難點主要在于材料本身低的熱傳導(dǎo)性和定位夾緊的特殊性，因此，復(fù)合材料的數(shù)控加工主要體現(xiàn)在數(shù)控刀具及其應(yīng)用技術(shù)和工裝的設(shè)計制造技術(shù)上。
5、高速加工技術(shù)
大飛機(jī)數(shù)控加工工藝技術(shù)的實現(xiàn)，必須依賴于滿足使用要求的先進(jìn)數(shù)控設(shè)備和高質(zhì)量的數(shù)控刀具，換言之，就是數(shù)控設(shè)備必須具有大行程、高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給、高精度和五軸聯(lián)動等特點；數(shù)控刀具必須滿足高動平衡等級、高剛性、良好的耐磨性和紅硬性等技術(shù)要求，刀具接口技術(shù)也必須滿足高速使用的技術(shù)要求。
高速加工技術(shù)的成功應(yīng)用是數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展過程中的一次革命，其特點是當(dāng)切削速度超過一定的臨界速度時，切削力隨著速度的增加而減小，同時95%以上的切削熱被高速飛出的切屑所帶走，因此，高速加工對提高切削效率、抑制加工變形和提高表面加工質(zhì)量具有無可比擬的優(yōu)勢。同時，因其對加工變形控制的有利作用，也極大地簡化了工藝流程，更進(jìn)一步降低了零件的加工周期。大型、整體飛機(jī)結(jié)構(gòu)件對數(shù)控加工的技術(shù)需求主要體現(xiàn)在較小的加工變形和符合設(shè)計要求的表面質(zhì)量方面，同時從降低加工成本的角度考慮還必須要求較高的材料去除率。因此，高速加工技術(shù)是突破大飛機(jī)關(guān)鍵零件研制技術(shù)瓶頸的有效途徑，對降低大型零件的制造成本具有十分重要的意義。
6、航空數(shù)控加工技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用情況
國外飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的高水平應(yīng)用，使其大飛機(jī)的研制生產(chǎn)基本不存在技術(shù)瓶頸，而高速加工技術(shù)和先進(jìn)制造系統(tǒng)的集成應(yīng)用也極大地降低了飛機(jī)制造成本。如空客英國的BROTON公司采用雙主軸、高速加工技術(shù)完成了A319飛機(jī)機(jī)翼8.8m的中后梁零件，加工過程中使用了INGERSOLL公司的大型五坐標(biāo)翻板銑床，主軸平均使用轉(zhuǎn)速30000r/min，零件加工只需一次裝夾，單件零件的數(shù)控加工僅需22h；MILT公司建成的機(jī)翼梁間肋零件自動化加工車間，由ECOSPEED公司的虛擬軸加工中心等10臺主軸轉(zhuǎn)速在24000～40000r/min的高速數(shù)控銑床、5臺機(jī)械手、傳送帶和數(shù)控測量機(jī)等組成的柔性生產(chǎn)線，實現(xiàn)了在制品周轉(zhuǎn)、工裝刀具準(zhǔn)備等的完全自動化，提高了產(chǎn)品的加工效率。
國內(nèi)數(shù)控加工技術(shù)因受諸多因素的影響，應(yīng)用層次參差不齊，如西飛國際數(shù)控加工中心承擔(dān)的B737-700垂尾T形緣條，零件長7.6m，加工使用設(shè)備為CINCINNATI公司的40m五坐標(biāo)高速龍門數(shù)控銑床，主軸最高轉(zhuǎn)速24000r/min，實際使用轉(zhuǎn)速平均20000r/min，零件裝夾采用自動液壓夾具，單件零件的數(shù)控加工僅需4h。該數(shù)控加工中心承擔(dān)的ARJ21飛機(jī)外翼前梁，零件長13m，加工使用設(shè)備為FORESTLINE公司的五坐標(biāo)龍門數(shù)控銑床，設(shè)備最高轉(zhuǎn)速10000r/min，實際使用轉(zhuǎn)速9000r/min，因為加工變形控制的需要，零件加工需要進(jìn)行4次裝夾，裝夾采用真空吸附和內(nèi)六方螺栓輔助壓緊的方式，該零件加工的尺寸精度、表面質(zhì)量和加工變形量均滿足設(shè)計要求，但是其
