數(shù)控加工技術(shù)以其效率高、質(zhì)量好、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)得到了制造企業(yè)的廣泛青睞，近年來隨著國(guó)內(nèi)外數(shù)控工藝裝備和數(shù)控工藝技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控加工技術(shù)得到了廣泛普及應(yīng)用，尤其在飛機(jī)機(jī)體零部件的制造中發(fā)揮著舉足輕重的作用。我國(guó)大型飛機(jī)項(xiàng)目的立項(xiàng)對(duì)飛機(jī)機(jī)體制造企業(yè)和裝備制造企業(yè)來說既是難得的歷史機(jī)遇，也是圓國(guó)人大飛機(jī)夢(mèng)想的歷史性挑戰(zhàn)，本文就數(shù)控切削加工技術(shù)在大飛機(jī)研制中的應(yīng)用進(jìn)行初步的探討。

大飛機(jī)數(shù)控加工的技術(shù)需求

1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(diǎn)，在多個(gè)對(duì)接部位或活動(dòng)面處有精度要求較高的多面體接頭類零件。同時(shí)，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(jì)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(diǎn)對(duì)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(diǎn)。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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)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(jì)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(diǎn)，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(diǎn)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(jì)制造技術(shù)上。

2高速加工技術(shù)

大飛機(jī)數(shù)控加工工藝技術(shù)的實(shí)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(dòng)等特點(diǎn);數(shù)控刀具必須滿足高動(dòng)平衡等級(jí)、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(diǎn)是當(dāng)切削速度超過一定的臨界速度時(shí)，切削力隨著速度的增加而減小，同時(shí)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(duì)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(shì)。同時(shí)，因其對(duì)加工變形控制的有利作用，也極大地簡(jiǎn)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(duì)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(jì)要求的表面質(zhì)量方面，同時(shí)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(duì)降低大型零件的制造成本具有十分重要的意義。

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(jià)昂貴，大飛機(jī)的零組件制造必須實(shí)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(shì)，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(duì)飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)起著至關(guān)重要的作用。

國(guó)內(nèi)外飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)及設(shè)備的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)

1發(fā)達(dá)國(guó)家飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)現(xiàn)狀

西方工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)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(zhǎng)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(shí)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(shí)，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(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、高效率數(shù)控加工。

2國(guó)內(nèi)飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

我國(guó)飛機(jī)制造業(yè)的數(shù)控技術(shù)起步較晚，近年來在型號(hào)研制任務(wù)的推動(dòng)和國(guó)家政策的支持下，國(guó)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(guó)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(shí)，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(guó)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(guó)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(jià)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(dòng)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(guó)內(nèi)飛機(jī)批量的制約，飛機(jī)制造企業(yè)沒有一個(gè)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(shí)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(kù)建設(shè)仍停留在研究層面，除部分專用化程度相對(duì)較高的設(shè)備和關(guān)鍵產(chǎn)品以外，大量實(shí)際加工使用的切削參數(shù)均有較大的優(yōu)化空間，而國(guó)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(jì)技術(shù)、數(shù)控零件檢測(cè)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(yùn)行和故障后無法及時(shí)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(guó)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(guó)的大飛機(jī)制造以外，在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、切削參數(shù)庫(kù)優(yōu)化技術(shù)、零件檢測(cè)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(shí)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(guó)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。

飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用情況

國(guó)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(guó)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(dòng)化加工車間，由ECOSPEED公司的虛擬軸加工中心等10臺(tái)主軸轉(zhuǎn)速在24000～40000R/MIN的高速數(shù)控銑床、5臺(tái)機(jī)械手、傳送帶和數(shù)控測(cè)量機(jī)等組成的柔性生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)了在制品周轉(zhuǎn)、工裝刀具準(zhǔn)備等的完全自動(dòng)化，提高了產(chǎn)品的加工效率。

國(guó)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(guó)際數(shù)控加工中心承擔(dān)的B737-700垂尾T形緣條，零件長(zhǎng)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(shí)際使用轉(zhuǎn)速平均20000R/MIN，零件裝夾采用自動(dòng)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(zhǎng)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(shí)際使用轉(zhuǎn)速9000R/MIN，因?yàn)榧庸ぷ冃慰刂频男枰�，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(jì)要求，但是其加工效率卻較B737-700垂尾緣條的加工效率低得多，單件零件的數(shù)控加工需要200多H。

大飛機(jī)的研制受到舉國(guó)上下的關(guān)注，國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)的數(shù)控加工技術(shù)近年來雖然在典型零件加工工藝技術(shù)、高速加工技術(shù)應(yīng)用等方面取得了較大的發(fā)展，同時(shí)3C集成、DNC技術(shù)和MES技術(shù)等也得到了初步應(yīng)用，但要實(shí)現(xiàn)大飛機(jī)的研制生產(chǎn)，還需在數(shù)控設(shè)備和數(shù)控刀具關(guān)鍵技術(shù)、數(shù)控零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、切削參數(shù)優(yōu)化技術(shù)、數(shù)控零件檢測(cè)技術(shù)、數(shù)控設(shè)備維修技術(shù)等方面加大研發(fā)和應(yīng)用的力度，在高速加工技術(shù)和數(shù)控加工集成應(yīng)用技術(shù)等方面開展更進(jìn)一步的研究應(yīng)用，以提升我國(guó)飛機(jī)數(shù)控加工技術(shù)的整體水平。