成飞集团数控加工厂厂长汤立民先生

成飞目前承担了大量的军机、民机和国外转包的生产任务，大型航空整体结构件数控加工任务非常繁重。这些整体结构件为铝合金结构件、钛合金结构件和复合材料结构件。飞机结构件是飞机的主要受力部件，其外形与飞机曲面外形、风道外形、翼身溶合体外形等理论外形有关，零件内、外形角度变化较大。该类零件在国内外均采用数控加工，尤其是五轴联动加工，数控加工零件约占全部机加工零件的85％；整体结构件都是用厚板加工而成，材料去除率达到90%以上，因此切削加工量极大。同时，为了减轻飞机重量，结构件的腹板和壁厚愈来愈薄，腹板厚度通常为1.5mm左右，在加工中非常容易变形，增大了零件的加工难度；飞机结构件作为主要承力部件，装配协调面、交点孔等精度要求高，故零件加工精度要求较高。因此，航空整体结构件具有尺寸大、壁薄、易变形，切削加工难度很大、零件精度高等工艺特点，对五轴联动加工中心提出了高效、高精、高响应的要求。为了确保五轴联动加工中心满足航空结构件的加工需求，成飞公司设计了“S”形测试件，用于检测五轴联动加工中心的加工精度与加工效率。

在现代航空结构件数控加工中，五轴联动加工量为整个加工量的70%，因此五轴联动加工设备不仅是航空领域加工的必须设备，现在已经成为了航空领域加工的主要设备。航空结构件的复杂曲面要求大量的五轴联动加工。五轴联动可以保证切削加工中刀具以最佳几何形状进行切削，获得最好的表面质量、加工精度与加工效率；同时为了获得良好的切削效果，减小零件变形，等余量切削是飞机结构件加工的主要方式，这就要求航空整体结构件在粗加工或半精加工时都必须采用五轴联动加工。

在五轴联动加工中需要注意的地方很多，其中加工仿真和后置处理特别关键。加工仿真是保证机床安全运行和产品实物质量的一个重要环节。在五轴高速加工中心应用初期，由于工艺方案和编程错误导致主轴与工装干涉、刀具与压板碰撞等问题时常发生。为了避免这个问题，加工过程仿真技术开始得以应用。目前成飞数控厂已经建立了基于VERICUT仿真软件的3D仿真用的机床模型库、刀具模型库与工装模型库，并建立了数控加工仿真规范，实现了数控加工的实体仿真。五轴加工的另外一个关键技术就是后置处理，它实际上就是将CAM生成的刀位数据文件转换成机床执行的NC代码文件的过程，后置处理的质量直接影响到产品加工质量。在引进五轴联动设备的初期，由于自身不具备后置处理程序开发能力，我们在设备采购是购买相应的后置处理程序，这是目前所有五轴加工用户普遍采用的方式。在实际应用中，我们发现随机床购买的后置处理往往不能满足产品加工的需要，因此就组织人员进行后置处理技术研究，开发出了与自身工艺技术相适应的后置处理软件，对五轴联动中旋转轴的算法进行优化，完全取代了进口后置处理软件。

在数控设备的应用中，单项技术的突破容易实现，目前困扰数控加工的几个主要问题都是多领域融合交叉的问题，比如零件表面波纹问题、机床原点漂移问题，机床与产品、工艺技术的适应性问题，以及高速加工设备耐用度、故障模式、精度保持性等问题，这些问题与工艺技术、设备技术、加工环境等都有关系，针对这些问题我们专门进行了研究，有一定的进展，但是还远远满足不了生产需要。如果机床制造厂在设备设计时考虑到这些应用问题的解决方案，会大大推进五轴数控加工设备的应用。

随着新型航空产品性能要求的不断提高，促进了数控加工设备的发展，高技术数控装备的应用，推动了数控加工技术的发展。通过新技术装备的生产应用来牵引数控加工技术的发展，在这方面成飞公司的体会非常深刻。为了解决铝合金整体结构件的加工问题，成飞公司在2000年就开始大量引进高速加工设备，高速加工设备的应用，促使工艺技术、程编技术、后置处理技术以及加工仿真技术等的迅速发展，信息化管理技术、设备状态监控技术等也相应发展，数控加工效率成倍提高，实现了成飞数控加工技术的整体飞跃。