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2011年10月17日，中國首架A380飛機(jī)由北京飛往廣州，開始正式投入商業(yè)運(yùn)營，開啟了中國民航的大飛機(jī)時(shí)代。同時(shí)，也引發(fā)了業(yè)內(nèi)近期討論最多的一個(gè)話題：中國航企究竟該把有限的資金投向更先進(jìn)、更環(huán)保的大飛機(jī)，還是更經(jīng)濟(jì)、更保險(xiǎn)的小飛機(jī)？

目前，中國民航共擁有在役飛機(jī)約1750架，波音公司預(yù)測到2030年，中國民航的機(jī)隊(duì)規(guī)模將擴(kuò)大到約5930架，是目前的3倍以上，中國將成為美國以外的全球最大飛機(jī)市場；空客方面，發(fā)布的《2011年至2030年全球市場展望》預(yù)言，未來20年中，中國航空市場將保持7.2%的年均增長率，是全球增長最快的市場之一。

可見，無論是大飛機(jī)，還是小飛機(jī)，我國航空工業(yè)的投資規(guī)模都將十分龐大，這也必將推動機(jī)床工具等裝備制造業(yè)的發(fā)展。

一、現(xiàn)代飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的發(fā)展方向

1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

現(xiàn)代飛機(jī)為滿足高速、高機(jī)動、高負(fù)載和遠(yuǎn)航程等性能要求，大量地采用新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新材料，其零件越來越向尺寸大型化、型面復(fù)雜化、結(jié)構(gòu)輕量化、材料多元化和制造精密化發(fā)展。如飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件的典型零件梁、框、肋、壁板、桁條以及航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵件機(jī)匣、各類葉片和整體葉盤等，其輪廓大而形狀各異。為了減輕飛機(jī)的重量，增加飛機(jī)的機(jī)動性及有效載荷和航程，現(xiàn)代飛機(jī)都進(jìn)行了輕量化設(shè)計(jì)，廣泛采用高強(qiáng)度的新型輕質(zhì)材料。而為了提高零件的強(qiáng)度和可靠性，主要采用了整體毛坯件和薄壁整體框架結(jié)構(gòu)，零件材料除了大量采用鋁合金外，還廣泛采用鈦合金、耐高溫合金、高強(qiáng)度鋼、復(fù)合材料和工程陶瓷等難加工材料。

2.工藝特點(diǎn)

各類零件規(guī)格尺寸和結(jié)構(gòu)相差懸殊，機(jī)床工具等工藝裝備通用性不高。如加工機(jī)身結(jié)構(gòu)件需要采用高剛性的高效、大型、高速機(jī)床，加工發(fā)動機(jī)關(guān)鍵件需要采用精度及柔性高的精密機(jī)床，加工機(jī)載設(shè)備零件的需要采用多功能的復(fù)合機(jī)床。

現(xiàn)代航空制造業(yè)所面臨的通常都是多品種、小批量、短生產(chǎn)周期的生產(chǎn)任務(wù)，因此要求工藝系統(tǒng)有較高的響應(yīng)速度。

產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工難度大。零件的外形涉及機(jī)身外形、機(jī)翼外形、翼身融合區(qū)等，多數(shù)零件與飛機(jī)的氣動外形相關(guān)，周邊輪廓與其他零件還有復(fù)雜的裝配協(xié)調(diào)關(guān)系。

零件切削加工量大。由于越來越多的采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得需要切削加工的零件數(shù)量大幅增加，而且大部分零件在切削過程中材料去除量非常大，部分飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的材料去除率達(dá)90%以上。

薄壁、易產(chǎn)生加工變形。存在大量的薄壁、深腔結(jié)構(gòu)，為典型的弱剛性結(jié)構(gòu)。

加工精度高。由于要實(shí)現(xiàn)無余量裝配，對工藝分離面的對縫、間隙等要求十分嚴(yán)格，零件制造精度要求高。

刀具及切削參數(shù)選用困難。由于刀具工業(yè)的發(fā)展趕不上新材料的開發(fā)和應(yīng)用步伐，又缺少加工切削數(shù)據(jù)庫的支持，使得如何合理選擇刀具和科學(xué)選用加工參數(shù)成為工藝技術(shù)的一個(gè)難點(diǎn)。

 3. 發(fā)展趨勢

實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化管理是發(fā)展的核心。包括數(shù)字化樣機(jī)、數(shù)字化設(shè)計(jì)、數(shù)字化加工、數(shù)字化裝配、數(shù)字化檢測及數(shù)字化信息管理等，最終達(dá)到完全實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在各個(gè)階段的信息集成與共享。

新型復(fù)合材料的應(yīng)用比例越來越大。以碳纖維為代表的陶瓷基、樹脂基及高溫復(fù)合材料將不斷地開發(fā)出來并應(yīng)用于現(xiàn)代飛機(jī)上，給機(jī)床及刀具工業(yè)提出了新的要求。

航空整體結(jié)構(gòu)件將取代傳統(tǒng)的“多件連接”的結(jié)構(gòu)形式，復(fù)雜形狀構(gòu)件的整體精密成形和“鍛造+切削加工”的生產(chǎn)方式將成為航空結(jié)構(gòu)件發(fā)展的必然趨勢。

數(shù)控復(fù)合加工技術(shù)是提高加工效率、增加裝備柔性、保證產(chǎn)品質(zhì)量的有效手段，必將成為航空制造業(yè)主要采用的零件加工技術(shù)。

高速、高效的切削加工技術(shù)需求強(qiáng)烈，發(fā)展迅速，推廣應(yīng)用的前景廣闊。

為減少切削量和實(shí)現(xiàn)無余量裝配，成形技術(shù)和加工技術(shù)日趨精密化。

虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)加工技術(shù)將廣泛應(yīng)用。以仿真技術(shù)為基礎(chǔ)的虛擬制造技術(shù)能夠大幅縮短產(chǎn)品的研制周期，提高產(chǎn)品合格率。而基于網(wǎng)絡(luò)的加工技術(shù)可以組建產(chǎn)品級的動態(tài)企業(yè)聯(lián)盟，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)和異地制造。

二、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件對數(shù)控設(shè)備的加工要求

飛機(jī)制造中需要用機(jī)床加工的典型零件，主要有飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件和發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵零件兩部分：

1.機(jī)身結(jié)構(gòu)件典型零件

飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭、滑軌等類零件。以扁平件、細(xì)長件、多腔件和超薄壁隔框結(jié)構(gòu)件為主。毛坯為板材、鍛件和鋁合金擠壓型材。材料利用率僅為5%-10%左右，原材料去除量大。

    機(jī)身結(jié)構(gòu)件典型零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) （1）件的輪廓尺寸越來越大。如有的梁類零件的長度已達(dá)到13m。 （2）零件的變斜角角度變化大，超薄壁等。最薄處尺寸只有0.76mm左右。（3）零件的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，很多零件采用整體結(jié)構(gòu)。 （4） 零件的尺寸精度和表面質(zhì)量要求越來越高，如有些零件加工后出現(xiàn)的毛刺等缺陷，不允許用人工去除。

    加工飛機(jī)機(jī)身典型零件所需主要設(shè)備：（1）三坐標(biāo)加工中心，如大型龍門立式加工中心； （2）五軸聯(lián)動加工中心，如大型龍門立式加工中心，應(yīng)配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭； （3）從發(fā)展考慮，需要大型龍門式雙主軸五坐標(biāo)加工中心，工作臺尺寸5m×20m，用于加工梁類零件； （4）加工鋁合金件需要大功率高速加工中心，功率≥40kW，主軸轉(zhuǎn)速20000r/min以上，帶兩坐標(biāo)擺角銑頭； （5）由于整體鋁合金件切削加工去除量大，為便于排屑，最好需要工作臺可以翻轉(zhuǎn)90°的臥式加工中心，目前，國內(nèi)尚無這種臥式加工中心； （6）飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件品種多，形狀各異，且工藝剛性差，需用大量卡具。為降低成本，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，需要各種柔性卡具； （7）鈑金成形件主要涉及蒙皮、型材、導(dǎo)管等曲面成形，要求成形精準(zhǔn)。為保證制造精度，需要大規(guī)格蒙皮拉伸機(jī)；蒙皮滾彎成形機(jī)；還有三軸滾校平機(jī)、型材拉彎機(jī)、導(dǎo)管成形機(jī)等。飛機(jī)部件裝配還需自動鉆鉚設(shè)備；（8）為減輕飛機(jī)重量，復(fù)合材料的應(yīng)用越來越多，制作復(fù)合材料構(gòu)件需要鋪帶機(jī)等等。    

2.飛機(jī)發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵件與加工要求

飛機(jī)發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵件有機(jī)匣、各類葉片和整體葉盤。

機(jī)匣加工：

航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣有三類，一類是對開環(huán)形結(jié)構(gòu)，一類是整體環(huán)形結(jié)構(gòu)，還有一種是異形殼體。機(jī)匣材料是一種難加工的耐高溫的高強(qiáng)度鈦合金材料。機(jī)匣又是薄壁、弱剛性結(jié)構(gòu)，型面復(fù)雜，精度要求高，加工難度大。機(jī)匣是大型零件，一臺推力為15000公斤航空發(fā)動機(jī)機(jī)匣直徑為φ800mm。大飛機(jī)的大型風(fēng)扇機(jī)匣外形尺寸φ1823.5mmx546mm，最薄處壁厚3mm。所以，機(jī)匣加工需要中、大型多功能、高精度數(shù)控機(jī)床。如加工直徑為φ2000mm的數(shù)控立車和精密數(shù)控立車；工作臺尺寸為2400mm×5000mm的龍門式五軸聯(lián)動加工中心，需具備雙工位、在線測量和仿真功能，刀庫容量60把刀左右，數(shù)控系統(tǒng)具有高級編程功能，工作臺3000mm×5000mm的龍門式數(shù)控鏜銑床。

葉片加工：

航空發(fā)動機(jī)的葉片材料為耐高溫的鈦合金材料，需用五軸聯(lián)動加工中心，五軸高速龍門銑等加工葉片形面。葉根榫頭的加工需用拉床和緩進(jìn)給強(qiáng)力磨床，并希望緩進(jìn)給強(qiáng)力磨床具有換砂輪功能和滾輪修砂輪裝置，還需要有在線測量、程序調(diào)整和自動補(bǔ)償功能。

葉片形面用電解加工可大大提高加工效率，還需用數(shù)控六軸砂帶拋光設(shè)備拋光。希望有葉片形面檢測設(shè)備。

大型寬弦空心風(fēng)扇葉片采用寬弦、空心、帶阻尼凸臺結(jié)構(gòu)，直徑φ1600mm以上，風(fēng)扇葉尖速度高達(dá)457m/s,選用重量更輕的鈦合金或樹脂基材料，制造這類葉片需要五坐標(biāo)葉片銑床；自動拋光機(jī)；組合封焊和擴(kuò)散連接及超塑成形設(shè)備等。

葉片有很多冷卻用的小孔，用電脈沖打孔，比用激光打孔好（激光打孔有硬化層），但現(xiàn)在，電加工打孔機(jī)床沒有打孔深淺的顯示，操作困難。希望能解決這個(gè)問題，能顯示打孔的深淺。而耐1100°C高溫的鎳基單晶渦輪葉片具有很好的高溫強(qiáng)度和綜合性能，葉片上有許多直徑為φ0.3～φ0.4mm的冷卻氣膜孔，制作這類葉片，需要定向/單晶熔鑄爐、陶瓷型芯焙燒爐、制芯機(jī)、磨削中心、數(shù)控緩進(jìn)給磨床以及葉片制孔的電液束流設(shè)備和小孔加工單元等裝置。

整體葉盤加工：

整體葉盤是薄壁盤類零件，葉盤圓周上有裝葉片的榫槽。直槽可用拉削加工和磨削加工。圓弧形榫槽可用銑削和成形磨加工，但圓弧形榫槽的檢測困難。葉環(huán)和葉盤的加工需要數(shù)控臥車、精密數(shù)控立車。要求加工機(jī)床的剛性好，定位精度高，定位精度約為2～3μm。整體葉盤的葉片部分，可用五軸高速加工中心加工，還可以用電火花成形加工。重型燃機(jī)葉盤直徑可達(dá)2000～3000mm，需要用砂輪線速度100m/s以上的高速磨床加工。

    加工發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零件所需的主要設(shè)備有： 帶A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭的五軸聯(lián)動加工中心； 五坐標(biāo)葉片銑床； 整體葉盤高效加工中心； 工作臺3000mm×5000mm數(shù)控龍門鏜銑床； 精密數(shù)控立式車削中心； 數(shù)控立式車床； 精密數(shù)控車床； 車銑復(fù)合加工中心； 榫齒倒圓專用加工中心； 激光熔覆加工機(jī)床； 電火花銑削加工機(jī)床； 數(shù)控臥式車床； 數(shù)控立式磨床； 數(shù)控緩進(jìn)給磨床； 端面弧齒磨床； 高速轉(zhuǎn)子葉尖磨床； 700t電動螺旋壓力機(jī)； 板類件無模多點(diǎn)成形壓力機(jī)； 定向/單晶熔鑄爐； 用于葉片制孔的電液束流設(shè)備、小孔加工單元以及真空熱處理爐等等。

上述設(shè)備要求機(jī)床具有足夠的剛性，操作簡單，人機(jī)界面清楚，具備樣條插補(bǔ)（NURBS）功能,過程均勻控制，以減少對拐角處加工精度的影響，還具有在線測量和仿真功能。

目前，我國航空制造技術(shù)雖然取得了長足的進(jìn)步，但與國外發(fā)達(dá)國家相比還是存在較大的差距。主要表現(xiàn)在數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用水平整體不高，與優(yōu)質(zhì)高效的加工要求相去甚遠(yuǎn)；對新型機(jī)床的性能及其加工技術(shù)掌握不夠；部分關(guān)鍵零件的工藝還依賴于個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)，工藝能力普遍不足；切削工具的制造、管理和配套水平低，刀具及其切削參數(shù)的選用缺少科學(xué)依據(jù)，制造成本居高不下；航空制造數(shù)據(jù)庫還沒有系統(tǒng)的建立起來，各先進(jìn)制造單元大多數(shù)還處于獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，集成度差，未能形成先進(jìn)制造技術(shù)的綜合實(shí)力。

國家重大裝備的發(fā)展需求，給機(jī)床工具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展指明了方向。針對航空航天裝備的需求與發(fā)展特點(diǎn)，如何滿足航空航天工業(yè)對制造裝備的需求，更好地服務(wù)于航空航天工業(yè)是機(jī)床工具企業(yè)必須解決的問題。

大力發(fā)展多功能的復(fù)合機(jī)床。雖然目前有的加工中心已實(shí)現(xiàn)能將車、銑、鏜、磨、拋光等多種機(jī)加工工序復(fù)合在一臺機(jī)床上，但這仍不能完全滿足未來航空關(guān)鍵零件的加工。而將機(jī)械加工與激光、電、化學(xué)、超聲波等不同機(jī)理的加工方法進(jìn)行復(fù)合，兼?zhèn)涠喾N不同工藝特點(diǎn)的復(fù)合加工機(jī)床在今后的航空航天制造業(yè)中將有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。

協(xié)調(diào)機(jī)床主機(jī)與數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、切削刀具和測量裝備的平衡發(fā)展，完善產(chǎn)品功能，提高關(guān)鍵配套設(shè)備自主開發(fā)和制造能力。

深入進(jìn)行用戶的加工工藝研究，開發(fā)成套的機(jī)床裝備和工藝技術(shù)。裝備服務(wù)于工藝，工藝是裝備的目的，為實(shí)現(xiàn)工藝與裝備的緊密融合，機(jī)床企業(yè)必須了解和熟悉用戶工藝，關(guān)注用戶制造工藝技術(shù)發(fā)展的動態(tài)，準(zhǔn)確地為產(chǎn)品進(jìn)行市場定位，研發(fā)滿足用戶要求的新裝備。力爭在提供給用戶機(jī)床設(shè)備的同時(shí)，也提供工藝技術(shù)上的整體解決方案，以提升企業(yè)和產(chǎn)品的競爭力。

重視系統(tǒng)設(shè)計(jì)，融入信息技術(shù)，推行數(shù)字化制造，大力提高機(jī)床裝備的制造工藝水平和整機(jī)的可靠性及穩(wěn)定性。

在機(jī)床裝備研發(fā)技術(shù)路線上，堅(jiān)持以數(shù)字化為主體，以集成化為手段，以復(fù)合化為特色，以高速化、精密化和綠色化為目標(biāo)，突出自動化、網(wǎng)絡(luò)化，并最終實(shí)現(xiàn)智能化。