航空数控零件加工发展探索

       随着现代航空制造业的高速发展，数控零件加工技术已经成为飞机制造的关键技术之一。数控零件加工技术的进步使飞机设计理念发生了转变，零件设计向整体化、复杂化方向发展，同时，设计理念的转变也给数控加工技术提出了新的挑战，如何高质量、高效率、低成本地完成大型零件的数控加工成为了必须攻克的难题。

 

       国外发达国家航空制造史很长，特别是飞机大型复杂结构件的设计、制造技术都已非常成熟。随着近年来国内各类军民机的研制，国内主要航空企业在航空数控加工技术方面积累了大量的技术经验，解决了一系列关键技术难题，初步形成了以飞机大型复杂结构件制造为代表的关键技术优势。但是，随着我国大飞机项目的启动，航空数控零件加工技术将面临更大的挑战，因此，我们在数控零件加工技术领域还需要不断进行深层次的研究，以缩小和西方国家的差距。

 

航空数控零件加工技术发展探索

 

1 以产品特征成组划分为基础，形成专业化的精益生产线

 

       目前，在航空零件的大规模研制中往往面临较大的被动局面，无法形成具有极大竞争力的核心技术优势，其根本原因就在于原有的相对落后的生产资源配置和布局已经无法满足当前研制需要，尤其是国家大飞机项目的启动在给我们带来极大机遇的同时也对现有的生产能力和制造技术水平敲响了警钟。

 

       首先, 要确立零件族的概念, 应用成组技术建立典型零件族。其次，在确立典型零件族的基础上，分类建立标准化的典型零件族工艺流程。

 

       最后，在标准化的典型零件族工艺流程的基础上形成专业化、集成化的生产资源配置和布局，并最终形成各类典型航空零件的精益生产线。特别是对于大型结构件，建立专业化的典型零件生产单元对于提高其加工技术水平、降低成本尤为重要。 

 

2 以装夹快捷化为目标，形成高效可靠的装夹技术

 

       对高速加工的数控设备来说，正确设计夹具、缩短夹具生产准备周期，实现零件在数控机床上的快速装夹定位非常重要，能大大提高有效切削时间比例，保证加工质量，从而达到提高数控加工效率的最终目的。在传统夹具体上，采用机械定位、人工夹紧和拆卸通常要花费大量的时间和人力，而高速加工大型工件时，采用半自动化或全自动化装夹技术是非常有经济价值的，液压定位和夹紧非常有效。

 

       液压夹具的主要优势是节省夹紧和松卸工件时所花的大量时间，有关统计资料表明液压夹紧相比机械夹紧节省约90% 的时间，缩小了生产循环周期，降低了成本。另一个明显的优势在于夹紧力在定位和夹紧过程中保持恒定不变，从而确保了同一道工序下加工质量的一致性。

 

       柔性夹具系统也是一种新型的替代传统夹具的装夹系统。目前先进的柔性夹具系统都具有自适应能力，针对产品变化实现自动化调整，从而适应了产品变化较大时的情况（如图3 所示的空客-MELT 全自动柔性装夹系统及生产线）。

 

3 从常规切削向高速切削过渡，逐步实现无人干预高速加工

 

       现代飞机的高性能要求其结构具有轻量化、薄壁化和整体化的特点，零件须实现较高的精度和表面质量，传统的低速加工方法已经难以满足现代航空制造的需要。大量的型号研制应用证明，高速切削加工技术具有极大的优越性，不仅加工效率大大提高，零件的加工质量也得到提高。

 

       国内目前在高速加工应用方面和国外存在着较大的差距，主要表现在20000r/min~40000r/min 的大型高速铣削设备数量少，配套设备缺乏，技术经验匮乏，严重制约了国内整体数控技术水平，未来无论在硬件环境的建设，还是应用技术的研究方面都需要投入大量精力。

 

4 实现刀具资源的信息化管理及优化配置

 

       随着产品任务量的加大、设备的增加，用于机械加工的刀具需求量也越来越大，品种也越来越多。但长期以来，刀具管理模式主要采用人工管理模式，刀具管理制度不健全，刀具库房不规范，在刀具的集中配置方面不完善，严重影响了刀具管理水平，增加了数控加工的准备时间，制约了数控加工的效率和加工能力的进一步提高。随着数控加工和刀具技术的高速发展，面对高效生产的挑战和不断降低制造成本的压力，刀具的管理成为各制造企业日益关注的热点。

 

       建立自动化、信息化的刀具管理存储环境是解决目前刀具应用管理落后、低效现状的有效途径。可以通过植入芯片进行刀具的全生命周期管理，从而合理地应用刀具资源。

 

5 深化仿真技术应用研究，推动数字化制造体系的建立

 

       随着计算机技术的发展，数控加工仿真技术也得到了迅速的发展，尤其在航空、航天、国防及其他大规模复杂系统的研制开发过程中，数控加工仿真在减少损失、节约经费、缩短开发周期、提高产品质量等方面发挥了巨大作用。

 

       基于VERICUT 软件构建的数控加工仿真环境实现了数控编程的虚拟制造，比刀位文件仿真更真实、直观，极大地提高了数控编程的效率和质量。如图4 所示为五坐标加工中心加工复杂肋零件时的仿真示意图。

 

       仿真加工技术目前已经成为数控加工研制过程中必不可少的环节。尤其对于飞机大型复杂结构件来说，其材料昂贵、结构复杂、大量采用高速切削，相关设备极为昂贵。确保加工过程中刀具轨迹、切削参数的正确性、合理性，杜绝过大余量切削、碰撞干涉、超程等意外错误至关重要。因此，建立准确、完整的仿真加工环境是必要的。