高效數控加工技術是充分發(fā)掘數控機床自身硬件能力，融合各種先進數控工藝技術和管理理念魏刘，在保證產品質量的前提下實現產品生產效率最大化的數控技術的總和俐逛。其本質是提高工藝準備效率和數控機床綜合利用率，實現產品加工質量與產品產出效率的有機統(tǒng)一绊含。

　　航空工業(yè)作為我國國防工業(yè)的中堅力量桑嘶，其數控加工能力歷來是國家制造業(yè)核心競爭力的集中體現炊汹，也是世界各國高技術競爭的主戰(zhàn)場。自20世紀末以來逃顶，飛機設計制造過程中由于性能上的需求而廣泛采用了整體結構件讨便，其中80%以上的飛機結構件均采用數控加工完成，是數控技術應用的主要領域以政。由于飛機結構件的數控加工為典型的小批量霸褒、多品種產品，很適合采用數控加工方式盈蛮，而我國在數控工藝技術废菱、數控程編技術等方面與國外存在著較大的差距，導致前期工藝程編準備周期較長眉反，占據了零件整個生產周期的30%～70%昙啄，效率亟待提高。

　　飛機結構零件以其結構尺寸大寸五、理論外形復雜梳凛、設備能力要求高等特點牽引著航空數控加工技術的發(fā)展。隨著國家大型民用客機項目的啟動涉爆，從數控加工的角度看旷吱，由于飛機結構件尺寸顯著增大，零件結構日趨復雜层阎，幾何精度不斷提高舰范，采用的材料也逐漸從過去的以鋁合金為主變?yōu)殇X合金和鈦合金并重的局面，其加工難度轰弥、工藝程編工作量和質量控制難度大幅增加冤兄。

　　目前飛機結構件數控加工效率的技術瓶頸已經逐漸發(fā)生改變，從之前的數控設備能力不足逐漸轉變?yōu)閿悼毓に嚦叹幮实拖律泵悼毓に嚦叹帨蕚渲芷谶^長已經成為高效數控加工過程中的薄弱環(huán)節(jié)沮汇，已不能適應新形勢下客戶和市場的需要，所以迫切要求對工藝程編技術進行技術革新抚袁，提高工藝程編的效率和質量嬉咐。

　　高效數控工藝程編技術現狀

　　高效數控工藝程編技術主要包括快速工藝設計、高效程序編制多尺、通用的后置處理和嚴密的仿真質量控制4部分內容绕睹，任何一個方面的技術不過關都無法實現高效、高質量的工藝程編憨琳。

　　目前诫钓，國外數控程編技術已經朝著智能化、集成化、網絡化方向發(fā)展尖坤，并在成熟的CAD/CAM軟件平臺上進行了大量定制開發(fā)稳懒，構建了快捷的基于知識或特征的工藝程編平臺。而國內數控行業(yè)工藝程編技術還處于通用CAD/CAM軟件的單項應用階段，軟件本身提供的通用功能無法滿足企業(yè)的個性需求潦号，導致飛機結構件數控編程工作量大,編程規(guī)范性差楞便、加工策略受限、自動化程度低抹寿、系統(tǒng)集成度差，在高端應用上沒有針對行業(yè)特點對CAD/CAM軟件進行高級定制開發(fā)，快速程編理念尚未達成行業(yè)共識驰唬。從長遠角度看，提高工藝準備效率腔彰、加快工藝工作步伐叫编、減輕工藝員工作強度、縮短工藝準備周期已經勢在必行侄俐。

　　1 國外先進數控工藝程編技術特點

　　國外先進制造企業(yè)在工藝設計及程編技術方面已經探索了很長一段時間那赘，基本實現了工藝、程編呆埃、仿真朦我、機床、控制系統(tǒng)在CAD/CAM系統(tǒng)下的集成應用视片，可在工藝設計及程序編制的同時實現程序質量控制和加工結果的仿真袜娇，并且在智能編程技術方面實現基于特征的程編，大大提高了數控程編和加工效率赢凫。

　　目前输跑，國外數控制造行業(yè)的發(fā)展呈現以下主要特點：

　　· 工藝程編一體化程度高，工藝样矢、程編营将、后置、控制系統(tǒng)田搏、機床找田、仿真有效統(tǒng)一在CAD/CAM/PDM集成平臺下，集成度高着憨，可真實模擬制造過程墩衙，工藝準備效率高；

　　· 工藝設計與數控程編可實現并行甲抖，能及時發(fā)現工藝隱患漆改，可實現工藝、設計、程編的有機協同挫剑；

　　· 設計去扣、制造資源與工藝資源形成統(tǒng)一的基礎數據庫，使用單一的數據源樊破，不存在信息孤島愉棱，自動化程度高，工藝程編流程簡潔有效哲戚；

　　· 基于特征的程編設計達到了實際應用的階段奔滑，專家知識融入工藝程編過程，開創(chuàng)了智能編程顺少、自動編程的新局面迈壤。

　　2 國內數控工藝程編技術特點

　　國內缺乏獨立的適合于飛機復雜結構件數控加工的CAD/CAM系統(tǒng)，工藝程編技術主要沿用或借鑒國外CAD/CAM軟件自身的功能磕裂，在工藝程編技術自主創(chuàng)新方面存在先天不足的缺陷趟雄。總結起來具有以下特點：

　　· 刀具印姑、切削參數窖夸、工裝、機床等制造資源與工藝設計系統(tǒng)存在信息孤島盗晨；

　　· 工藝程編基礎數據庫尚未形成蔑来，工藝設計系統(tǒng)與程編系統(tǒng)相對孤立；

　　· 工藝程編質量控制主要依賴于編程人員個人技術水平和經驗献鬼，編程過程中加工特征的選取澈虱、加工方法的選擇有較大的隨意性，無法進行有效規(guī)范许夺，更無法進行精細管理和優(yōu)化表牲；

　　· 零件變形控制、仿真應用技術水平較為落后扼褪，自主創(chuàng)新力度不夠想幻。

　　高效數控工藝程編技術發(fā)展趨勢

　　目前，高效數控工藝程編技術引起了各國航空工業(yè)的足夠重視话浇，在高效工藝程編技術方面均投入了大量的資金脏毯、人力和物力，以謀求在此項技術上取得率先突破幔崖。各制造行業(yè)已經在CAD/CAM/CAPP/PDM領域形成了新一輪技術熱潮食店。綜合國際國內數控工藝程編技術發(fā)展情況，高效數控工藝程編技術呈現以下發(fā)展趨勢赏寇。

　〖邸（1）基于特征的高效工藝程編技術受到數控制造業(yè)的青睞价认，工藝程編效率可提高50%。

　　基于特征的快速工藝決策及數控編程技術是數控工藝編程發(fā)展的趨勢自娩，被稱為下一代數控工藝編程技術用踩。該技術主要包含加工特征自動識別、快速工藝決策和自動特征加工3項關鍵技術忙迁。

　　· 加工特征自動識別技術脐彩。

　　加工特征識別技術的主要內容是基于實體建模內核構建加工特征知識庫，對不同CAD軟件輸出格式的實體模型進行特征快速識別硫舞，識別的結果是重建實體模型的特征相脱，并結合特征知識庫構建用戶可自定義的加工特征（如筋乍询、槽铅惋、孔特征）。在特征識別過程中椰锹，可融入企業(yè)知識和行業(yè)規(guī)范泪滥，自行定制加工特征。

　　飛機結構件加工特征復雜啰蹲，包含了自由形狀曲面园凫、相交特征和碎面等不固定特征，無法用現有的特征表示方法來描述懒竖。有鑒于此十碗，南京航空航天大學的快速程編系統(tǒng)提出了基于全息屬性面邊圖的特征識別方法，很好地解決了復雜拓撲不固定特征表示問題舅洋。

　　· 快速工藝決策技術汉惫。

　　快速工藝決策技術的主要內容是以企業(yè)產品數據管理系統(tǒng)（PDM）為信息支撐平臺，集成工藝資源和制造資源著摔，針對零件結構特點缓窜，在行業(yè)已有工藝經驗積累的基礎上，進行工藝分析谍咆，不斷總結歸納禾锤，實現工藝信息建模、工藝模板建模摹察、分類編碼恩掷、建庫，結合加工特征識別技術供嚎，構建加工特征黄娘、工藝模板和加工工藝之間的內在聯系，并與工藝制造資源（如切削參數查坪、刀具寸宏、機床、工裝等）進行緊密連接和自動選取，形成基于三維模型的飛機結構件制造工藝知識體系和專家知識庫氮凝，最終完成加工特征的排序羔巢、加工知識的融合和數控加工工藝文檔的自動快速編制。

　　· 自動特征加工技術

　　自動特征加工技術的主要內容是在特征識別和工藝決策的基礎上黎蠢，以CAD/CAM/CAPP作為信息支撐平臺霹早，為結合行業(yè)通用解決方案，融合企業(yè)新工藝方法岔歼、新的加工策略秋贤，快速、自動地完成刀具軌跡的生成帘既，最終完成數控程序編制爬喝。

　　目前國內部分院校和企業(yè)已經在基于特征的快速程編和快速工藝設計方面進行了大量的研究工作，有代表性的有南京航空航天大學的基于CATIA V5平臺的快速程編設計系統(tǒng)顷敞。該系統(tǒng)基于ACIS實體建模內核程鸵，結合企業(yè)已有的制造資源庫，可實現特征快速識別蒜吱、快速工藝決策及基于特征的刀位軌跡生成和仿真频僵，特征刀軌生成率、正確率達到80%以上诚凰。目前該系統(tǒng)已經在部分航空制造企業(yè)中得到初步應用嫌术，工藝編程效率可較原來提高50%左右，具有較高的應用價值和發(fā)展?jié)摿Α?

　　未來的高效程編工藝設計系統(tǒng)將在特征識別率牌借、特征加工率度气、工藝決策可靠性、計算效率等方面進行重點突破走哺，以實現行業(yè)內數控機加產品的快速工藝及程編設計蚯嫌，提高工藝準備效率。

　”铩（2）基于數控加工過程的物理仿真分析技術逐步走向實用择示，動力學仿真技術成為物理仿真分析技術的排頭兵；數控程序質量仿真控制技術向復合材料制造晒旅、機器人操控方向發(fā)起沖擊栅盲，使制造過程虛擬化成為現實。

　　數控加工過程仿真技術是虛擬制造技術的關鍵技術之一废恋。數控加工過程仿真可分為幾何仿真和物理仿真谈秫。幾何仿真主要用于檢查數控程序刀具軌跡的正確性和機床、工裝鱼鼓、毛坯私免、刀具等幾何體之間的干涉碰撞問題木冈；物理仿真可以結合加工刀具、被切削材料檀抡、加工工藝對實際切削加工的狀況進行有限元分析及模擬計算演易，得出切削加工中的物理特征（如力、溫度园溃，以及被加工材料和刀具在切削過程中的受力變形坝偶、殘余應力等數據），以進行裝夾方案的改進和工藝程序的優(yōu)化冲雾。目前數控加工行業(yè)比較有代表性的幾何仿真軟件有Cgtech公司的Vericut醉檐、法國SPRING公司的NCSIMUL；物理仿真軟件有美國Third Wave Systems公司的AdvantEdge等奥怪。

　　Vericut軟件在幾何仿真領域具備較好的客戶市場和應用環(huán)境勿镇，該軟件主要用于NC程序的幾何仿真和質量控制，可實現數控機床仿真津贩、探頭檢測仿真邦匆、數控程序仿真及優(yōu)化、復合材料鋪帶仿真尝江、機器人操控動作仿真，并在多工位英上、高柔性仿真炭序、控制系統(tǒng)仿真方面也具備較強的仿真應用能力。結合企業(yè)自身條件苍日，構建刀具惭聂、刀柄、切削參數庫相恃、仿真機床庫辜纲，該軟件還能作為企業(yè)NC程序質量控制系統(tǒng)，可實現“一次做好拦耐，缺陷為零”的產品質量控制目標耕腾。

　　美國Third Wave Systems公司的AdvantEdge軟件以有限元分析技術為解算內核，主要用于數控加工過程中的刀具結構設計及優(yōu)化杀糯、數控加工過程刀具切削力扫俺、機床負載、加工溫度變化仿真以及零件應力應變分布和整體變形的仿真預測固翰，在物理仿真技術及應用方面走在世界的前列涉姆，但在零件應力應變分布和整體變形預測的解算效率方面離實際工程應用還有一定差距，一旦突破解算速度的局限治盆，該軟件的工程化應用能力將得到充分體現绳弯。

　　國內在物理仿真方面起步較晚妨宙，目前在物理仿真方面有代表性的是北京航空航天大學的Simucut和Dyncut軟件。該軟件以銑削動力學為基礎耗砖，研究刀具系統(tǒng)在加工過程中的銑削力减严、變形以及振動等物理量，通過建立銑削過程動力學系統(tǒng)實驗模態(tài)分析測試平臺二蚓，測試具體加工機床和不同長徑比刀具的動力學特性肮碗，獲取特定機床、不同刀具特性的切削穩(wěn)定域和優(yōu)化的銑削參數停就，從而在抑制大長徑比刀具的切削顫振現象的基礎上有效選擇刀具進給速度和切削深度始踪，提高零件材料的去除效率，能較好地解決銑削加工時產生切削振紋的難題颈癌，并能有效改善銳角洁糟、薄壁等難加工特征的加工質量。

　〔堋（3）通用速缆、靈活、自優(yōu)化的后置處理系統(tǒng)正在改變市場觀念恩闻。

　　后置處理技術作為連接零件工藝程編和最終零件加工的關鍵環(huán)節(jié)艺糜，其地位一直不被人重視，但近幾年來后置處理在技術革新方面和行業(yè)應用方面發(fā)展很快幢尚，改變了以往市場對該技術的觀念破停，其發(fā)展方向從之前簡單的代碼“直譯”發(fā)展成為“智能”的“翻譯官”，可根據機床結構尉剩、控制系統(tǒng)特性進行代碼過濾真慢、自優(yōu)化甚至仿真，在功能集成方面實現了較大的跨越理茎。

　　國內后置處理起步較晚黑界，形成商品化軟件的后置處理軟件市場上相對較少，但發(fā)展方向上更貼近企業(yè)實際的應用需求皂林，如提高后置處理軟件的通用性朗鸠，采用統(tǒng)一的機床配置、前置處理丑辖、后處理平臺卷芜，為用戶提供便捷的擴展方式，能針對各種結構的機床咏编、不同類型的控制系統(tǒng)元粹、不同格式的前置文件生成滿足產品制造需求的NC程序，并增強五軸后置處理附加功能理侄，實現代碼優(yōu)化勺激、代碼逆向處理技術和五軸擺角自優(yōu)化雾鸠，可有效提高零件表面質量和減少程序過切的情況，這也是未來后置處理發(fā)展的方向捎滴。

　〖吐Α（4）基于PDM的CAD/CAM/CAPP/CAQ集成技術繼續(xù)深入應用，PDM數據管理層次逐步從工序級細化到工步級悉契，車間級MES系統(tǒng)集成技術應用日趨成熟启毁，制造過程將實現無紙化、可視化憔辞。

　　快速工藝決策和工藝設計離不開基于PDM的CAD/CAM/CAPP/CAQ集成系統(tǒng)（簡稱P-4C）的支撐,企業(yè)自身的工藝資源庫页衙、制造資源庫是快速工藝設計和高效程編的必要前提。目前P-4C在數控加工行業(yè)已形成流行趨勢阴绢，但數據管理僅限于工序級的數據管理和維護店乐，無法實現快速工藝決策所需要的工步級的工藝流程控制和制造資源管理，如未能對單一工步使用的刀具呻袭、刀柄眨八、NC程序代碼、加工作業(yè)時間左电、加工過程視頻及加工結果等信息實現有效管理廉侧，而這些信息與工藝決策、加工特征刀軌的生成券腔、生產作業(yè)計劃伏穆、調度管理、工時管理纷纫、質量控制方面均有著密切聯系。

　　MES系統(tǒng)作為數控加工企業(yè)最為直接的生產管理資源配備的信息化作業(yè)系統(tǒng)陪腌，可實現產品數據信息辱魁、加工工藝信息、計劃信息叼稍、控制信息轨赦、制造信息等數據流的傳遞與運轉，集成了生產計劃指令的發(fā)放闻荠、制造資源的配備谈芬、加工現場的實時監(jiān)控、數控設備效能的評估以及后續(xù)工藝過程的優(yōu)化等功能藻拟，構成了制造企業(yè)工藝數字化的主體式蠢。隨著企業(yè)精益制造需求的不斷增加，企業(yè)對數控加工過程的控制將逐步細化卑聚，伴隨著信息技術的不斷進步遥妒，制造過程的無紙化和可視化將成為可能卧蒂。

　　結束語

　　飛機結構件的高效工藝程編技術一直引領著國內數控行業(yè)的發(fā)展方向，該技術發(fā)展的快慢直接影響著重點型號的研制進度和質量珍询。隨著計算機及信息技術的高速發(fā)展圆乡，未來5年，國際策橘、國內將在高效數控工藝程編技術方面取得重要突破炸渡，國內數控行業(yè)只有認清目前國內外航空制造業(yè)之間存在的差距，才能明確未來高效數控工藝程編技術的發(fā)展重點丽已。本文從飛機結構件的高效數控工藝程編技術的發(fā)展現狀和特點出發(fā)蚌堵，對大型航空結構件的高效數控程編技術的發(fā)展現狀和趨勢進行了探討，為數控加工行業(yè)尤其是航空制造企業(yè)的數控加工技術提出了高效數控工藝程編的解決思路促脉。

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