航空產(chǎn)品的性能、質(zhì)量與生產(chǎn)效率是與其制造裝備，尤其是機床設備的發(fā)展密不可分的。一般說來蟹幔，產(chǎn)品的設計以用戶與市場需求為導向，但設計目標能否最終實現(xiàn)音诫，受到裝備與制造工藝水平的制約裸卫。航空產(chǎn)品也是如此仿贬。

航空零部件普遍具有十分復雜的幾何結構、較高的精度和檢測要求墓贿，同時大量使用鈦合金、高溫合金蜓氨、不銹鋼聋袋、高強度鋁合金、復合材料等高性能材料穴吹，以保證航空產(chǎn)品對于其使用性能及環(huán)境幽勒、強度與重量的特殊要求。這些零部件從制造到檢測對于其制造工藝與裝備有著很高的要求港令。同時伴隨著科學技術的日新月異啥容，面對風云變幻的國際形勢和瞬息萬變的市場，過去長達10~15年的航空產(chǎn)品研制周期已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今的客戶需求顷霹。這就要求航空制造企業(yè)必須對市場的變化有快速反應的能力咪惠，盡量縮短產(chǎn)品的研制周期，并能夠對預研產(chǎn)品有足夠的預驗證能力淋淀。這些也對航空產(chǎn)品制造裝備以及相配套的軟硬件條件提出更高的需求馁胁。

航空產(chǎn)品與機床設備發(fā)展的相互影響可以從兩個方面來分析：一方面，對于航空產(chǎn)品設計性能的不斷追求萍卑，促進了相關多種技術和裝備的發(fā)展六主。如熔模鑄造、粉末冶金爬韧、數(shù)控篱掌、在線檢測等。而這些技術和裝備的廣泛應用奏喜，又促進了其他行業(yè)（諸如機械設備耿窍、交通運輸、醫(yī)療墩衍、消費等）水平的普遍提高;另一方面跛农，相關技術裝備、材料工藝及配套軟硬件技術的提升以及新裝備新技術（如無余量加工谢市、增材制造沼币、FMS、PDM寞奸、MBD技術）的普遍應用呛谜，又反過來影響和改變著航空產(chǎn)品的設計模式，不但使以前無法實現(xiàn)的設計得以實現(xiàn)枪萄，而且不斷促進產(chǎn)品設計性能和制造水平的提升隐岛。

毛料精化與無余量制造機床設備

航空產(chǎn)品毛料對成品質(zhì)量有著至關重要的影響猫妙。由于航空零件普遍結構復雜、精度要求高聚凹，傳統(tǒng)的毛料制造技術往往無法滿足其表面尺寸與精度要求割坠。很多表面在鑄造和鍛造成型之后還需要由機械加工來完成，如發(fā)動機輪盤妒牙、壓氣機葉片等彼哼。由于航空零件大量采用造價昂貴的難加工材料，較大的毛料余量不但造成材料的浪費湘今，而且使航空產(chǎn)品機械加工的效率十分低下敢朱。同時，機械加工本身會破壞毛料原本內(nèi)部金屬流線的完整性摩瞎，并釋放內(nèi)部應力拴签，造成零件變形，對產(chǎn)品的最終質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響磕糙。因此劫陌，航空產(chǎn)品對于毛料制造的精化、細化及無余量制造技術及裝備產(chǎn)生廣泛的需求换乙。

近幾年來倍熄，毛料的精化、細化技術日臻完善膀娱。精密鑄造工藝設備不涉及機床概念混检，在此不加討論。無余量精密鍛造技術采用高精度的鍛造機床設備稼注、完善的檢測和輔助處理工藝写并，可使發(fā)動機鍛造葉片型面及緣板面達到無余量狀態(tài)。該技術的應用可提高鍛件尺寸精度栓堕，保證葉片內(nèi)部金屬流線的完整性于嚼，提高產(chǎn)品可靠性，同時降低葉片加工成本裤爆，提高葉片的生產(chǎn)效率处监。精密冷輥軋機床設備不僅使加工技術簡化，更重要的是可使葉片的機械性能痢士、產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能得到提高彪薛，有利于葉片材料潛在性能的發(fā)揮。

近年來怠蹂，粉末冶金材料和工藝開始廣泛應用于航空產(chǎn)品善延，如發(fā)動機輪盤、飛機結構件等的制造。粉末冶金技術的關鍵在于粉末的制備以及零件的成形和致密化技術易遣。合金粉末一般采用熱等靜壓彼妻、熱擠壓、噴射成形豆茫、快速成形和注射成形等工藝進行成形和致密化侨歉。其中激光快速成型工藝又稱3D打印，也稱為金屬材料增材制造技術澜薄，以區(qū)別于以塑性加工工藝為代表的等材制造和以機械加工工藝為代表的減材制造为肮。該技術是以金屬粉末、顆练艟或金屬絲材為原料，通過CAD模型預分層處理找骏，采用高功率激光束熔化堆積生長腿逞，直接從CAD模型一步完成高性能構件的“近終成形”。3D打印設備雖然沒有被明確稱為機床测捐，但是具備機床這一概念所具備的一切特征汤钻。同時將其功能融入現(xiàn)有的數(shù)控機床設備也是機床行業(yè)近年來努力的一個方向。

增材制造技術以其靈活多樣的工藝方法和技術優(yōu)勢在現(xiàn)代航空產(chǎn)品的研制與開發(fā)中具有獨特的應用前景法简。在航空制造領域中荡唾，難加工材料、復雜型面的結構件等都可以很好地采用增材制造技術實現(xiàn)高精度加工蓝鹿。由于沒有傳統(tǒng)機加工藝對于刀具的可達性限制以及鑄造及塑性加工中的脫模限制矩允，3D打印幾乎可以實現(xiàn)能夠在CAD中設計的任何結構形式，從而產(chǎn)生全新的設計贰往，如圖1所示赵椰。同時，由于3D打印幾乎不需要傳統(tǒng)工藝需要的夾具伊厉、模具制造等工藝準備環(huán)節(jié)姜钳，可以大幅度縮短航空產(chǎn)品的研制周期，提高快速響應能力形耗。

圖1 使用3D打印制造的全新設計航空零件

數(shù)控設備與柔性制造

盡管隨著新型航空材料與成型技術的不斷應用哥桥，機械加工在航空產(chǎn)品制造工藝中的比重有減少的趨勢，但是對于高精度尺寸和表面特征激涤，切削加工仍然是無法替代的加工手段拟糕。同時，隨著航空零部件中新材料和新結構的不斷應用昔期，機械加工的難度也在不斷增加已卸。

與其他尖端制造行業(yè)一樣，航空產(chǎn)品加工所使用的數(shù)控機床正朝著高速化、精密化累澡、智能化梦抢、綠色化等方向發(fā)展。自20世紀90年代初以來愧哟，各國相繼推出了許多主軸轉速10000~60000r/min以上的數(shù)控機床奥吩。高速加工技術的應用縮短了切削時間和輔助時間，不僅可以提高生產(chǎn)效率蕊梧，還可以改善加工質(zhì)量划搓，已成為機床技術重要的發(fā)展方向。同時配亮，通過優(yōu)化機床的結構验脐，提高了制造和裝配的精度，減少了數(shù)控和伺服系統(tǒng)的反應時間增荐。采用溫度织活、振動誤差補償?shù)燃夹g，提高了數(shù)控機床的幾何精度贯森、運動精度等稼那。

隨著人們環(huán)境保護意識的加強，對環(huán)保的要求越來越高沛目。不僅要求在機床制造過程中不產(chǎn)生對環(huán)境的污染搞吱，還要求在機床的使用過程中不產(chǎn)生二次污染。在這種形勢下莲赐，裝備制造領域對機床提出了無冷卻液硼县、無潤滑液、無氣味的環(huán)保要求愧杯，機床的排屑涎才、除塵等裝置也發(fā)生了深刻的變化。上述綠色加工工藝愈來愈受到機械制造業(yè)的重視力九。

（1）數(shù)控設備的集成化與智能化耍铜。

數(shù)控設備的集成化包括將多種機械加工工藝集成于一臺數(shù)控機床或者在數(shù)控機床設備中融合其他加工或檢測等工藝技術。復合加工是機械加工的重要發(fā)展方向之一跌前。其中車銑復合加工是最具有代表性的技術領域棕兼。車銑中心具有多軸聯(lián)動功能，能夠完成任意角度的車削抵乓、銑削伴挚、鉆削、鏜削灾炭、滾齒茎芋、攻、鉸、擴等任務田弥，具有高柔性涛酗、多任務的特點。在單件和成批生產(chǎn)中均可獲得較高的關聯(lián)加工尺寸精度安仁、大大縮短加工輔助時間居鸳，是加工精密、復雜回轉零件的理想設備吠童。它對于提高航空回轉關鍵零部件的制造精度及縮短制造周期有著重要的作用常彰。在線測量通過將檢測技術融于數(shù)控加工的工序過程中，可以避免脫機檢測返修帶來的二次裝夾定位输奢，解決零件制造中通用工裝和專用工裝無法測量部位的測量盼涵，顯著提升加工效率，保證加工質(zhì)量屉韧。在航空產(chǎn)品研制和生產(chǎn)中彤擒，可以對正在加工中的零部件進行及時的修正與補償，以消除廢次品的產(chǎn)生垢雨。

智能化的內(nèi)容包含在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應控制敛旗、工藝參數(shù)自動生成辐践；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制库说、電動機參數(shù)的自適應運算狂鞋、自動識別負載、自動選定模型潜的、PID參數(shù)自整定等骚揍；簡化編程、簡化操作方面的智能化啰挪，如智能化的自動編程信不、智能化的人機界面等；還有智能診斷亡呵、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容抽活、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。

自適應控制技術通過在加工過程中锰什，根據(jù)采集到的電機扭矩下硕、主軸振動等機床運行狀態(tài)信息，進行機床的自我調(diào)整和控制汁胆，以此保證機床的正常加工和運行梭姓，保持機床以最佳動態(tài)性能加工零件。這樣既提高了設備生產(chǎn)效率，又保證了加工精度驱请。智能化故障診斷技術包括機床信號數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控庵伙、數(shù)據(jù)傳輸和智能化人機界面設計開發(fā)等內(nèi)容。根據(jù)數(shù)控機床故障機理分析是菇，選擇能反映機床特征的信號哆沽，通過在機床關鍵部件安裝不同類型傳感器，進行機床特征信號的采集枣肚，經(jīng)處理后進行可視化界面監(jiān)控贬嚷。智能化實時補償技術通過外接傳感器，采集主軸在軸向和徑向的熱膨脹伸長誤差丐鸽，通過對這些誤差數(shù)據(jù)分析處理汇光，進行實時補償，提高機床加工精度郊男。

（2）生產(chǎn)線與制造裝備的柔性化旱谐。

所謂柔性制造，傳統(tǒng)意義上是指用可編程孵堪、多功能的數(shù)控機床設備更換剛性自動化機床設備撤防，用易編程、易修改棒口、易擴展寄月、易更換的軟件控制代替剛性聯(lián)結的工序過程，使剛性生產(chǎn)線實現(xiàn)軟性化和柔性化无牵，能夠快速響應市場的需求漾肮，完成多品種、中小批量的生產(chǎn)任務茎毁。柔性制造系統(tǒng)（FMS）中的柔性具有多種涵義克懊、除了加工柔性外、還包括擴展的柔性七蜘、工藝的柔性谭溉、批量的柔性、設備的柔性崔梗、產(chǎn)品的柔性夜只、流程的柔性以及生產(chǎn)的柔性。圖2為大型飛機的柔性生產(chǎn)線蒜魄。

圖2 大型飛機的柔性生產(chǎn)線

航空產(chǎn)品尤其是飛機和發(fā)動機的一些關鍵零件扔亥，由于其結構的特殊性，往往采用較為分散的工序和較長的生產(chǎn)線盯辅。在柔性制造技術研究的早期摹跑，由于數(shù)控機床設備本身功能和性能以及配套軟硬件條件的限制米搭，柔性制造系統(tǒng)必須在較大的生產(chǎn)線級別和較大投資水平上才可以實現(xiàn)。對于航空產(chǎn)品來說胚砰，僅在成熟產(chǎn)品和實力十分雄厚的航空制造企業(yè)獲得了有限的實際應用避纤。隨著數(shù)控設備及相關信息化技術的發(fā)展，以占地面積小敬魏、成本低蜂棒、功能完善為特點的柔性制造單元（FMC）得到了長足發(fā)展和應用。通過工序集中底盅，在較小的柔性制造單元中完成大部分在較長生產(chǎn)線中才能完成的加工工序董株。而柔性加工機床更是將柔性制造單元集中到一臺設備中，可以在一臺設備中完成零件從毛料到成品的大部分加工揉贡，柔性組合機床如圖3所示膛姊。對于一些小型航空零部件的快速研制有著十分重要的價值。

除了機床設備的柔性拣挪，輔助工藝裝備（如夾具等）的柔性也是重要的一環(huán)擦酌。柔性夾具是以組合夾具為基礎的能適用于不同機床、不同產(chǎn)品或同一產(chǎn)品不同規(guī)格型號的機床夾具菠劝。由預先制造好的各種不同形狀赊舶、不同尺寸規(guī)格和不同功能的系列化、標準化元件赶诊、組件和合件拼裝而成锯岖。夾具元件通過組裝—使用—分解—再組裝周而復始循環(huán)使用，可以大量減少制造夾具材料甫何、動力消耗，降低其制造費用遇伞，減少夾具的設計辙喂、制造、調(diào)節(jié)時間鸠珠。與專用夾具相比較巍耗，柔性夾具元件具有明顯的技術經(jīng)濟效果，適用于多品種渐排、小批量生產(chǎn)以及FMC馆柬、FMS和CIMS等加工系統(tǒng)。

信息化與虛擬機床

隨著信息化技術的發(fā)展烤酌，航空產(chǎn)品的研制也正在從實體制造驗證向虛擬制造驗證的方向轉變吻霎。虛擬制造是一種廣義概念，但從習慣性和狹義角度也可將虛擬制造理解為：利用虛擬現(xiàn)實技術在計算機上完成產(chǎn)品的成型惫康、加工和裝配過程睹梢。虛擬制造技術的發(fā)展填補了CAD/CAM技術和生產(chǎn)管理活動之間的鴻溝联缝，使人們在真實產(chǎn)品生產(chǎn)前，就可以在計算機上虛擬地進行產(chǎn)品成型九窿、加工苇葫、裝配和測試，減少試切坦膘、試裝次數(shù)堰聪，及時發(fā)現(xiàn)工藝過程、作業(yè)計劃承跟、生產(chǎn)調(diào)度及加工質(zhì)量方面的問題缝帝。虛擬加工實現(xiàn)的關鍵是在提供的虛擬工作環(huán)境下，對不同的加工方法建立由機床霎肯、刀具擎颖、工裝組成的加工系統(tǒng)的運動學、動力學模型及誤差分析模型观游。虛擬裝配利用VR技術構建的多模式（包括視搂捧、聽、觸等）交互裝配仿真環(huán)境懂缕，由裝配規(guī)劃人員交互地建立產(chǎn)品零部件的裝配順序和裝配路徑及確定工允跑、夾具和安裝方法，可視化地比較不同的裝配工藝過程搪柑，在不進行實物試裝的情況下聋丝，人機協(xié)同地對產(chǎn)品的可裝配性問題進行全面、精確的檢查和分析工碾，盡可能早地發(fā)現(xiàn)并解決潛在的裝配問題弱睦。

虛擬機床是使用軟件元素工具包構建的，包括機床的三維模型渊额、加工仿真軟件况木、軟件內(nèi)核和控制器的人機界面軟件。虛擬機床能減少機床的非生產(chǎn)性時間驶滚。虛擬機床的成本僅相當于實際機床的零頭靡勾，但非常逼真，可以用于減少實際機床的非生產(chǎn)時間换秧。利用虛擬機床技術悦级，可以提高加工效率，保證數(shù)控編程質(zhì)量辫航，減少數(shù)控技術人員與操作人員的工作量和勞動強度斑渠，提高數(shù)控編程制造加工一次成功率，縮短產(chǎn)品設計和加工周期漓惕，提高生產(chǎn)效率口纸。

傳統(tǒng)航空產(chǎn)品制造是以二維工程圖紙為依據(jù)屋包。隨著數(shù)控及CAD/CAM等相關軟硬件技術的發(fā)展，大量新產(chǎn)品研制都已引入二維和三維結合的數(shù)字化制造技術努禽。但從產(chǎn)品設計厌圈、工藝工裝、數(shù)控編程及檢測等環(huán)節(jié)中僅包含幾何信息的三維數(shù)字模型的應用效果并不理想丸匀，其重復工作量大摩疑，數(shù)據(jù)不唯一∥访基于模型定義（MBD）技術通過集成的三維實體模型來完整表達產(chǎn)品信息雷袋，詳細規(guī)定了三維實體模型中產(chǎn)品的尺寸、公差標注規(guī)則和工藝信息辞居。全面實施MBD對于提升航空產(chǎn)品制造水平楷怒、縮短制造周期、降低制造成本瓦灶、提高產(chǎn)品質(zhì)量有著重要意義[6]鸠删。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）則是對企業(yè)全生命周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)、資源與業(yè)務流程進行整體優(yōu)化管理的一種信息技術贼陶，是產(chǎn)品數(shù)字化制造的技術平臺刃泡。它以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心，是其他各種軟件工具和分析碉怔、管理工作的集成環(huán)境與基礎烘贴。它能提供一種結構化的方法，有效撮胧、有規(guī)則地存取庸伏、集成、管理围娃、控制產(chǎn)品數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的使用流程完簿。PDM系統(tǒng)提供的版本管理功能能夠保證所有參加同一項目的員工采用單一數(shù)據(jù)來工作，并且是及時和最新的數(shù)據(jù)桅蕊，確保設計過程數(shù)據(jù)的一致性，減少設計中重復和更改次數(shù)娇皇。

綜上所述阅牛，航空產(chǎn)品與機床設備的發(fā)展是一種相互依存且相互促進的關系。從100多年前第一架飛機升空飛行伊始呛仁，人類從來沒有停止過探索飛行奧秘的腳步秫痪。對于航空產(chǎn)品性能的不斷追求對機床設備在精密、高效捅没、環(huán)保與智能化等方面提出了更高的要求叭舰。同時玫斋，各類新技術及新工藝的不斷應用也在不斷推進航空產(chǎn)品與機床設備技術水平的提升，從而促進社會整體科技水平的不斷進步忱当。

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