中国政府在2010年9月8日发布了《国务院加快培育和发展战略性新兴产业》决定，在这个决定中将节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料、新能源汽车七个产业列为加快培育和发展战略性新兴产业。其中高端装备主要指航空航天、海洋工程、卫星以及数控机床、高速铁路等高技术装备产业。十二五期间，重点选择航空装备、卫星及应用、轨道交通和海洋装备作为切入点和突破口，集中力量加快推进。

现代飞机制造业

现代飞机制造涉及到飞机的机身结构、机翼结构、机载设备、发动机以及起落架等多个方面，它们都涉及到制造业的一些关键技术。在现代飞机制造过程中，从零件、部装件、主装件、主单元到总装，其中零件的制造过程是最基本的，其中包括拉形构件、钣金件、机加构件、复材构件的制造，在飞机制造的过程中，航空发动机的制造技术是最尖端的技术，其中涉及到难加工材料、复杂结构、以及高等工艺要求和高精度要求，这些都给制造过程带来了新的挑战。

以飞机零件为例，其高性能零件材料、结构及加工特点包括以下方面：

（1）材料特点：钛合金、高强钢、高温合金等难加工材料用量有较大增加，而铝合金用量将明显减少，复合材料用量大幅度增加。

（2）结构特点：由于高性能、轻量化和高可靠性的要求，在结构方面，这些零件采用整体结构和复杂型面结构的设计大大增加。飞机结构零件主要有壁板、梁、框、肋、缘条、长桁和接头及骨架等。

（3）工艺特点：结构件呈现出几何尺寸大、加工精度高、型面复杂、工艺特征多、壁厚小、切削加工过程材料去除量大、加工变形控制难度大等特点。

（4）加工要求：对加工精度、变形控制和加工效率要求高，因此对数控机床性能、切削刀具、加工工艺提出了很高的要求。

高性能数控机床

作为高端装备制造，也是支持航空装备制造的重要的一个方面是高性能数控机床，这些年已经得到了快速的发展，国内在高速数控机床、基础制造装备以及国家的863计划和其他的一些科技支撑计划支持下，在高档数控机床的研究、开发、生产和实际的应用上已经取得了长足的进步。

作为高性能数控机床应该具有以下特征：

（1）多轴联动：一般为四轴或五轴联动，可以实现更多轴的控制。

（2）高速主轴：最大主轴转速高于8000～12000r/min，可高达42000r/min甚至更高。

（3）高动态响应的进给系统——直线进给轴速度可达30～60m/min或更高，进给加速度达到1～2g。

（4）高精度：直线轴定位精度在微米数量级，并可实现更高的位置精度。

（5）高刚度：主轴系统、进给系统和机床结构应具有良好的静态刚度和动态刚度以及热稳定性。

（6）智能化：一方面是机床控制的智能化，另一方面是将专家系统、自动检测及自动补偿功能等嵌入数控系统。

上面这些特点体现了现在的制造业对高性能数控机床的要求。

这些年，我国的数控机床的消费情况已经有了大幅的增长，2008年，我国金属切削机床年产量达到61.7万台、数控机床产量12.2万台。2002～2008年，金属切削机床产量年均增长18.58％；同期数控机床产量年平均增长33.22％。我国机床的数控化率逐年提高。机床的产量数控化率从2001年的9.12％上升为2008年的19.79%，同时产值数控化率也从37.8%提高到2008年的48.6%。中国已经超过德国，成为世界第一大机床市场 。2001年，进口各种金属切削机床3157台，到2008年进口该类机床1.43万台，进口数量增长了3.5倍。数控机床已成为机床消费的主流。预计2015年数控机床消费仍将超过60亿美元，台数将超过10万台。

装备及工艺优化应用

随着新/难加工材料和复杂结构增加、加工精度不断提高、高效化加工提高生产效率、无/低应力加工及装配、工艺方法的经济性、节能降耗绿色加工工艺等方面要求的提出，对装备及工艺优化，包括产品高性能、产品精密化要求、快速响应、产品可靠性、降低生产成本、环境友好等方面提出了新的要求。

质量、成本、效率是制造业的永恒主题，但现在绿色制造已经成为制造业新的需求。

影响加工效率的三个时间：切削时间、空运转和上下料辅助时间、生产准备时间（待工时间）。

提高数控机床加工的效率有以下途径：

（1）建立数字化车间，优化生产过程，减少生产准备时间。如采用先进的生产管理方法、设备管理、刀具自动配送、制造执行系统（MES）等。

（2）提高加工自动化程度，减少加工辅助工作时间。如采用FMC、FMS、AF、复合加工等，提高整个零件加工过程自动化程度和连续性，缩短辅助工时。

（3）采用高速/高效数控切削技术，减少切削时间。如高速切削、先进刀具、新型冷却润滑、优化切削参数、工艺、切削数据库、采用高效程编技术、仿真（运动仿真、动力学仿真）以及虚拟数控加工等。

数控加工的仿真优化技术

现在高性能零件的加工对质量、效率、成本、坏境友好有提出了高要求，因此就提出了高性能的数控加工要求，它涉及到高性能数控机床、高性能刀具系统、高性能编程及高性能仿真系统、优化加工工艺切削参数，当然还有其他的方面。

高性能数控加工已不是一个简单的加工工艺及装备问题，涉及到装备、工艺、产品对象以及加工的整个过程，是综合应用过程的优化问题。

动力学是高性能数控加工重要基础，它包括机床结构动力学和切削过程动力学，涉及到频响函数仿真、零件铣削稳定域仿真、机床-工件-工艺”集成仿真。

直线电机伺服系统的动态建模与控制

采用拓展传递矩阵法实现机床的动态建模与分析

1.经典传递矩阵法

属于集中质量法，主要用于研究轴系、转子系统或轴类部件的弯曲、扭转振动和机械传动系统的扭振；方法简便，处理低阶矩阵连续乘法运算，低阶传递矩阵行列式；计算结果可以满足工程实际需要。

2.拓展传递矩阵法

这里分为元件自由度拓展、元件网络拓展和元件种类拓展。

高效与绿色数控加工技术应用

提高加工效率、减少加工成本是高效加工的内涵，在实际的加工过程中可以通过优化加工设备、优化切削参数等方式来整个加工过程进行综合优化，以达到高效加工的目的。

在绿色加工方面，MQL的应用大大减少了加工过程切削液的使用，减少了环境污染，降低了生产成本。

北京航空航天大学研究开发了系列多型低温与微量润滑(LT-MQL)系统，2005年，北航开始微量润滑技术及系统的研究。2006年，国家科技支撑计划“机械制造切削加工工艺绿色化研究”资助。2006～2008年，申请多个微量润滑方面的国家发明专利。2008年3月，微量润滑应用于切削铸钢、高强度钢等材料的切削实验。2009月7月，国际PCT专利申请“一种微量润滑系统 ”。2007年，北航开始进行低温切削技术及系统研究。2008年11月，研制出低温冷风1型样机并用于钛合金低温切削加工试验。2009年1月，研制出低温冷风2型系统样机。2009月6月，微量润滑系统+低温冷风系统在企业试用。2009年6月，微量润滑系统和低温冷风系统在数控加工企业厂试用。2009年7月，微量润滑系统+低温冷风系统在企业试用。

千台数控机床增效工程

最近实施的“千台数控机床增效工程”一期已经成效显著：40多家试点单位针对200台试点数控机床，采用“单台增效”技术，在4个月时间内加工试点典型零件280多种25万多件。平均材料去除速率提高到增效前的131%；平均主轴功率利用率提高到增效前的123%；试点零件平均单件切削加工时间缩短约40%；试点零件总计节约电能约95.7万kWh，减少加工费用约865.5万元。

“千台数控机床增效工程”分为三个阶段：

第一阶段：应用切削过程仿真优化技术实现单台机床提速增效，实现40企业200台数控机床平均增效30%～50%，建立数据库。

第二阶段：综合应用参数优化/工艺优化/MES等，实现200企业1000台数控机床及数控车间平均增效30%～50%。

第三阶段：研究、开发和应用以100项新工艺为代表的高效、清洁、节能制造技术，提升军工制造企业核心能力。

总结与展望

现代制造企业对数控加工技术提出了一系列新需求，主要表现在高性能数控机床和刀具系统、优化编程工具和优化工艺及参数、数控加工绿色化等。

高性能数控加工机床、高性能刀具和编程技术的发展为实现高效数控加工奠定了基础；数控加工过程仿真已从几何仿真发展到力学仿真，并在仿真基础上进行切削过程和参数的优化。

“千台数控机床增效工程”是创新应用数控加工增效使能技术，实现行业效率提升和节能降耗的一个成功案例。北航致力于研究开发数控加工增效使能技术，并已实现工程化应用，取得良好成效。