1 高效数控机床加工技术

为了提高数控机床的加工效率，高效数控(数控机床概念及展望)加工技术应用调查报告。

随着航空工业的快速发展，现代飞机为满足可靠性，机动能力，信息感知能力，寿命，结构轻量化等方面日益提高的性能要求，大量新技术，新材料，新结构被航空制造领域所应用，航空制造领域中的结构件大型化，复杂化，材料多元化，制造精确化等问题急需解决，高速，高精，复合等数控加工要求已成为现代飞机结构件数控加工装备的主要发展方向。尤其是随着我国大型飞机项目研制工作的逐渐深入，在动力，机体结构，材料等方面带来的技术特征与我国以前研制的中小型飞机存在很大的差别，为我国大型飞机的研制工作带来了严峻挑战。作为由中国航空工业集团公司主管的中央级大型综合技术刊物，为推动数控加工技术在航空等高端技术领域的发展，促进航空制造各个领域之间的交流，本刊以"高效数控加工技术应用调查"为主题展开调查，希望能为我国数控加工技术在航空制造业的高效应用提供有价值的参考。

本次调查采用调查问卷形式，主要面向数控设备供应商，航空企业用户和科研机构等3个方面展开。在数控设备供应商方面，主要针对德马吉，北京第一机床厂，北京第二机床厂，瑞士宝美，伊斯卡，瓦尔特，海德汉，武汉华中数控，蔡司，海克斯康，温泽等知名供应商;航空企业用户主要包括沈阳飞机工业(集团)有限公司，沈阳黎明发动机(集团)有限公司，哈尔滨飞机工业集团有限公司，北京航空制造工程研究所等;科研机构包括哈尔滨工业大学，清华大学，北京航空航天大学，南京航空航天大学，北京机床研究所等。这些企业，厂商和科研机构为我们提供了很多关于数控机床方面的信息，为本次调查提供了极大的支持。

航空企业用户35数控设备供应商45科研机构16其他4行业调查高速，精密，复合已经成为数控机床技术发展最为显着的趋势，本次调查的结果也表明了这一点。

调查结果显示，目前高速加工中心进给速度最高可达80m/min，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为 100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min.加工一件薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h.多数生产商和用户都认为，随着数控机床技术的进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合，车-铣复合，车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工，特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。

"一台机床就是一个加工厂"，"一次装卡，完全加工"等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。

据供应商的反馈，数控金切机床的加工精度已提升到目前的微米级(0.001mm)，有些品种已达到0.05μm左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。通过机床结构设计优化，机床零部件的超精加工和精密装配，采用高精度的全闭环控制及温度，振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差，表面粗糙度等，从而进入亚微米，纳米级超精加工时代。

2 高速切削刀具技术

航空航天工业中许多零件采用薄壁，细筋结构，由于刚度差，不允许有较大的吃刀深度，因此，高速切削成为此类零件加工工艺最好的选择。

调查显示，切削刀具材料是决定刀具切削性能，尤其是刀具切削效率和可靠性的基础。

高速切削要求刀具材料具有如下性能：

(1)高硬度，高强度和耐磨性;高韧度，良好的耐热冲击性;(2)高热硬性，良好的化学稳定性。

难加工材料(如高锰钢，淬硬钢，奥氏体不锈钢，复合材料和耐磨铸铁等)的切削加工不仅切削效率低，而且刀具寿命短。由于飞机零件具有结构复杂，精度高，零件薄壁和飞机零件采用钛合金，镍基合金，碳纤维及其他难加工材料多的特点，因此航空刀具研制中出现了各类金属材料与各类复合材料夹层加工，以及多功能和高效专用刀具;且可转位刀具也得到了广泛使用;此外，采用先进技术和专用的应用软件及刀具仿真技术进行刀具的研发也成为未来刀具设计与开发的方向。

3 高效数控系统

作为数控机床的核心，新一代数控机床的控制系统是一种开放式，模块化的体系结构，对制造业实现柔性自动化，集成化，智能化起着举足轻重的作用。

调查发现，目前的数控技术正在发生根本性变革，已经由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化的基础上，数控系统实现了超薄型，超小型化;在智能化的基础上，综合了计算机，多媒体，模糊控制，神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速，高精和高效控制，在加工过程中可以自动修正，调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理;在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。

4 在线测量

科学技术的进一步发展，将在线测量技术进行一步提升，在数控机床/加工中心上对被加工工件进行在线自动检测是提高数控机床自动化加工水平和保证工件加工精度的有效方法，因此，数控机床工件在线自动测量系统是衡量数控机床技术水平的重要特征之一。

在实际应用中，测量技术必须能够实现高精化，更要求高速化和高效化。目前，三坐标测量机已经取得了极大的发展，并得到了广泛的应用，但是由于接触式测量在硬件结构和测量原理上的限制，导致在实际应用当中的测量速度较慢，或需要若干次才能完成对复杂几何形状的检测，如飞机发动机叶片检测和测量困难等，因此影响了测量的效率。为此，近年来光学测头越来越多地投入到了应用当中，光学测头利用光的物理特性进行非接触式测量，就避免了可能出现的潜在问题，进而提高测量的效率。