航空航天制造業(yè)作為一個(gè)國(guó)家實(shí)力的體現(xiàn)勒蜀，在“工業(yè)4.0”和《中國(guó)制造2025》的驅(qū)動(dòng)下津咒，毋庸置疑地成為了國(guó)家工業(yè)制造的核心產(chǎn)業(yè)。2016年是國(guó)家“十三五”規(guī)劃開局之年雁碘，本文在總結(jié)現(xiàn)代航空產(chǎn)品的制造特點(diǎn)和難點(diǎn)的基礎(chǔ)上哩拔，結(jié)合本公司在智能制造方面的情況，綜述現(xiàn)代航空產(chǎn)品的智能制造特點(diǎn)和未來發(fā)展的展望啥拘，為航空制造業(yè)的同行提供幫助和借鑒影焙。

現(xiàn)代航空產(chǎn)品的制造特點(diǎn)和難點(diǎn)

1.航空產(chǎn)品的制造加工難點(diǎn)

（1）難加工材料切削應(yīng)用：航空、航天零部件常采用鈦合金血肯、高溫合金及復(fù)合材料等難加工材料襟笋，如何保證零件的加工要求，既有高的質(zhì)量又兼顧生產(chǎn)效率是航空制造企業(yè)面臨的一個(gè)課題途居。

（2）工藝及零件精度要求：航空抵肌、航天零部大都采用復(fù)雜曲面和高結(jié)構(gòu)效率的整體、輕量化結(jié)構(gòu)袍镀，加工中為避免產(chǎn)生切削變形和提高效率默蚌，這對(duì)制造工藝以及制造設(shè)備提出了更高的要求冻晤。如何在生產(chǎn)實(shí)際中解決這些問題，對(duì)航空工藝和加工設(shè)備提出了新的挑戰(zhàn)绸吸。

（3）過程控制及檢測(cè)要求：零件加工過程控制是對(duì)其滿足設(shè)計(jì)尺寸特性要求而進(jìn)行的一些檢測(cè)等鼻弧，檢測(cè)的結(jié)果用來驗(yàn)證在制造中結(jié)果反映與設(shè)計(jì)要求相符的一致性。而現(xiàn)在航空企業(yè)對(duì)工藝過程控制锦茁、零件表面完整性控制等環(huán)節(jié)比較薄弱攘轩。今后這方面是航空制造企業(yè)的改進(jìn)方向之一。

2.現(xiàn)代航空產(chǎn)品的制造特點(diǎn)

（1）產(chǎn)品高性能和精密化码俩。航空產(chǎn)品因?yàn)槭褂铆h(huán)境特殊撑刺，產(chǎn)品性能要求和可靠性要求高，產(chǎn)品在加工時(shí)使用鈦合金握玛、復(fù)合材料等特殊材料較為普遍够傍。同時(shí)，多數(shù)航空零件幾何外形復(fù)雜制造加工精度要求更高挠铲，測(cè)量要求也較高冕屯。

（2）產(chǎn)品輕量化和大型化。航空產(chǎn)品如發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子网孕、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片蒿庙、飛機(jī)的整體艙段、起落架慢筝、機(jī)匣和天線罩大量使用鈦合金砖蕾、高強(qiáng)度材料及高溫合金等；同時(shí)在飛機(jī)機(jī)身贮秤、機(jī)翼上也廣泛使用復(fù)合材料廷共。這些材料使用有航空設(shè)計(jì)中要求飛行器既要有高強(qiáng)度，同時(shí)零部件又必須質(zhì)量輕巴俺；機(jī)翼壁板诸鲸、梁、葉盤和發(fā)動(dòng)機(jī)殼體要求整體結(jié)構(gòu)加工诈猎，減少了不必要聯(lián)接使驰，增加了了零件的整體剛性。這種零件大型化結(jié)構(gòu)要求是大型飛行器和宇航工業(yè)零件設(shè)計(jì)和制造的需求消忘。

（3）產(chǎn)品數(shù)字化和制造過程的智能化骄娶。航空產(chǎn)品零部件數(shù)字化設(shè)計(jì)及制造等先進(jìn)制造技術(shù)，應(yīng)用工藝CAPP和CAD/CAM軟件哩至；西門子公司Teamcenter三維工藝軟件的應(yīng)用柔性制造FMS技術(shù)也是發(fā)展的方向躏嚎；基于數(shù)控加工工廠的數(shù)字化車間管理系統(tǒng)MES應(yīng)用。航空產(chǎn)品零部件設(shè)計(jì)憨募、制造及裝配與裝配協(xié)調(diào)關(guān)系要求簡(jiǎn)單紧索、準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)菜谣，如柔性工裝和自動(dòng)化裝配線及設(shè)備珠漂。

航空智能制造在公司的應(yīng)用

（1）MES生產(chǎn)制造執(zhí)行系統(tǒng)是一種基于精益制造航空制造企業(yè)在生產(chǎn)管埋上的一種智能化的系統(tǒng)（軟件）。它的工作流程是公司生產(chǎn)部門制定生產(chǎn)計(jì)劃→各生產(chǎn)單元→現(xiàn)場(chǎng)→操作工人報(bào)工查詢→完成→信息反饋給生產(chǎn)指令發(fā)出部門尾膊。這種軟件在生產(chǎn)中的應(yīng)用媳危，極大簡(jiǎn)化了生產(chǎn)管理的流程，方便了全流程的監(jiān)控管理對(duì)零件和產(chǎn)品的出產(chǎn)冈敛，可以按節(jié)拍進(jìn)行管理控制待笑，大大提高管理的即時(shí)性和有效性。使用MES的用戶抓谴，可以對(duì)下達(dá)的任務(wù)作出快速的反應(yīng)暮蹂，處理緊急任務(wù)有彈性空間，對(duì)生產(chǎn)流程做到精細(xì)化管理押恢，幫助企業(yè)降低生產(chǎn)成本鼻发，縮短制造時(shí)間，提高產(chǎn)品質(zhì)量穿侵。MES使用為公司生產(chǎn)管理帶來了全新的管理模式辑奔。在科研試制及生產(chǎn)制造管理中效果較好。

自動(dòng)排產(chǎn)流程圖

（2）《中國(guó)2025規(guī)劃》和國(guó)家“十三五”規(guī)劃的背景下撰征，如何更好地發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的作用哲琼， 隨著CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械制造業(yè)取得了飛速的發(fā)展仔蟀，體現(xiàn)在航空航天產(chǎn)品智能制造向著敏捷化怖冷、柔性化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展叼河。但早期我國(guó)生產(chǎn)的數(shù)控系統(tǒng)及現(xiàn)有的數(shù)控改造系統(tǒng)郭菜，大多都不擁有大容量存儲(chǔ)設(shè)備（硬盤）。隨著復(fù)雜航空航天產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造（CAD/CAM）的應(yīng)用鞍歌，公司需要加工復(fù)雜零件產(chǎn)生的加工程序越來越大勘伺，早期的數(shù)控系統(tǒng)及現(xiàn)有的數(shù)控改造系統(tǒng)，大多都只有RS232串口通信功能褂删，工人手工輸入幾乎不能完成這樣的工作飞醉，即使完成這樣的輸入也極容易產(chǎn)生錯(cuò)誤。因此需要解決數(shù)控程序的串口傳輸問題屯阀。

我公司結(jié)合實(shí)際情況立足自身開展技術(shù)攻關(guān)解決了這個(gè)難題缅帘。其解決辦法是在Microsoft VisualC++中編寫串口通信程序，具體方法是使用Microsoft Communications Control的通信控件难衰，只要通過對(duì)此控件的屬性和事件進(jìn)行相應(yīng)的編程操作钦无，就可以實(shí)現(xiàn)串口通信（注：具體技術(shù)細(xì)節(jié)本文省略見后續(xù)在金屬加工中的文章介紹）逗栽。利用該方法已經(jīng)成功解決了公司所用數(shù)控機(jī)床的數(shù)控程序的串口傳輸問題。該成果獲得了公司2015年度技術(shù)攻關(guān)一等獎(jiǎng)失暂，現(xiàn)已申報(bào)中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院科技成果彼宠。

（3）復(fù)雜航空航天產(chǎn)品智能制造需要對(duì)產(chǎn)品和零件加工進(jìn)行過程控制及檢測(cè)。其產(chǎn)品及零件向著輕量化和大型化和外形復(fù)雜化發(fā)展弟塞， 零件加工過程中和完成后進(jìn)行的一些檢測(cè)凭峡，檢測(cè)的結(jié)果用來驗(yàn)證在制造中結(jié)果反映與設(shè)計(jì)要求相符的一致性。這樣在零件工序過程中的在線檢測(cè)和加工完成后的終檢都有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義决记。對(duì)于復(fù)雜的零件過程控制中我們需要是在加工狀態(tài)下在機(jī)床上對(duì)其進(jìn)行在線測(cè)量煤丧。這種要求反應(yīng)在機(jī)床上就是使機(jī)床帶有類似三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的部分功能都能在線測(cè)量零件的尺寸，并將測(cè)量的結(jié)果通過機(jī)床的接口傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)谆胰，或者通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街骺赜?jì)算機(jī)裕唯，對(duì)加工的各部尺寸進(jìn)行監(jiān)控記錄；同時(shí)還可以對(duì)加工測(cè)量結(jié)果用質(zhì)量軟件和工具進(jìn)行分析萄瞻。分析結(jié)果可以幫助找到我們找到對(duì)零件加工的工藝方案的優(yōu)化和尺寸控制的策略铲恃。根據(jù)在線測(cè)量反饋結(jié)果即時(shí)的將工藝調(diào)整方案在后續(xù)零件中應(yīng)用。這樣就可以較好的保持零件加工尺寸的一致性进裹。零件完成后需要在要求更高的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)投影儀等高性能的先進(jìn)儀器上進(jìn)行測(cè)量四雏，以完成高要求的測(cè)量需要。目前公司在這方面進(jìn)行了部分嘗試實(shí)現(xiàn)了部分簡(jiǎn)單在線測(cè)量功能如一些線性尺寸锥萧。今后隨著日益復(fù)雜的加工要求百擒，這方面仍然是我們需要努力的方向。

 現(xiàn)代航空制造中新材料寄旋、新技術(shù)仍桌、新工藝的應(yīng)用分析

1.現(xiàn)代航空制造業(yè)對(duì)材料的應(yīng)用

目前航空裝備向著輕量化方向發(fā)展，即材料必需具有高強(qiáng)度要求下材料要盡量輕导而。這與宇航工業(yè)和產(chǎn)品的工作環(huán)境與產(chǎn)品完成的各種任務(wù)要求有關(guān)忱叭。這樣我們就會(huì)大量應(yīng)用強(qiáng)度高、重量輕的材料今艺，如鈦合金材料韵丑，碳纖維。由于飛行器高速飛行產(chǎn)生大量的熱虚缎，這就需要各種耐熱材料撵彻，如耐熱涂料、金屬陶瓷等实牡。為了延長(zhǎng)取得航空器滯空時(shí)間陌僵，取得更好戰(zhàn)術(shù)效果，提高能效比，需對(duì)未來超導(dǎo)材料碗短、石墨烯材料受葛、隱身材料進(jìn)行研究和應(yīng)用。另外偎谁，電子設(shè)備上使用納米級(jí)大規(guī)模積成電路及相關(guān)電子產(chǎn)品总滩，以提高處理信息的效率；用機(jī)載探測(cè)設(shè)備探測(cè)距離祸弥。

2.現(xiàn)代航空制造業(yè)對(duì)機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用

目前我國(guó)工業(yè)機(jī)器人主要是滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，而且主要應(yīng)用于汽車行業(yè)船庐，包括焊接迁拂、檢測(cè)、搬運(yùn)羽捻、研磨拋光和裝配等復(fù)雜業(yè)作業(yè)掸校，在其他領(lǐng)域仍有發(fā)展的空間和市場(chǎng)前景。我們可以抓住《中國(guó)2025規(guī)劃》和國(guó)家“十三五”規(guī)劃中對(duì)工業(yè)機(jī)器人和航空制造業(yè)支持酣疏。結(jié)合各自的特點(diǎn)在航空制造業(yè)中對(duì)發(fā)展機(jī)器人技術(shù)和數(shù)控機(jī)床技術(shù)涮巩，使其在制造、航空器裝配上發(fā)揮機(jī)器人技術(shù)優(yōu)點(diǎn)诬曙，提高航空產(chǎn)品質(zhì)量和效率矩沥。

3.現(xiàn)代航空制造業(yè)對(duì)高速加工技術(shù)的應(yīng)用

高速切削技術(shù)具有加工效率高、切削負(fù)荷低霹孙、傳入工件的切削熱少及加工變形小等顯著優(yōu)點(diǎn)咪干，20世紀(jì)90年代中期已成功應(yīng)用于航空制造業(yè)，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益辐赞。

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中有很多薄壁件及難加工材料部翘，在加工中極易產(chǎn)生變形。航空零件復(fù)雜响委，其加工余量大新思，結(jié)構(gòu)件尺寸精度和表面粗糙度質(zhì)量要求較高，高速切削加工飛機(jī)薄壁零件有助于降低切削力赘风，減小切削變形夹囚，提高加工精度和加工效率。高速切削時(shí)切屑排出速度快邀窃，切屑可帶走大部分切削熱崔兴，使散熱效率提高，減小工件表面的切削熱蛔翅。

4.現(xiàn)代航空產(chǎn)品的3D打印技術(shù)的應(yīng)用

3D打印技術(shù)實(shí)屬于增材制造技術(shù)敲茄，它以低成本和短周期的特性，能滿足制造中超大、超厚和復(fù)雜型腔等特殊結(jié)構(gòu)及極其復(fù)雜外形的中小型零件的加工需要堰燎，已經(jīng)成為現(xiàn)代航空航天等產(chǎn)品制造工藝先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一掏父。

鈦合金、高溫合金和超高強(qiáng)度鋼等大型復(fù)雜整體高性能金屬結(jié)構(gòu)件的激光（電子束）快速成型技術(shù)引舱，以金屬粉末為原料鹏亥，通過激光熔化堆積，從零件數(shù)模直接完成全致密和整體復(fù)雜的高性能金屬零件近凈成型猬蕉。與傳統(tǒng)鍛造技術(shù)相比脾飘，具有無需鍛造設(shè)備及鍛造模具，材料利用率高薄好、周期短短连、成本低、柔性高及相應(yīng)快等特點(diǎn)唁底，該技術(shù)在飛機(jī)根术、發(fā)動(dòng)機(jī)等的研制中有著重要的應(yīng)用前景。

美國(guó)RLM工業(yè)公司利用3D打印技術(shù)制造“愛國(guó)者”防空系統(tǒng)齒輪組件他幢，其制造成本由原來傳統(tǒng)工藝的2～4萬(wàn)元減低到1 250美元涮侥。通用電氣公司采用3D打印技術(shù)制造發(fā)動(dòng)機(jī)鈦合金零件，使每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)成本節(jié)省了2.5萬(wàn)美元订咆。

葉盤是發(fā)動(dòng)機(jī)中的重要部件铐维，整體葉盤將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子葉片和輪盤形成一體，可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)慎菲，減輕質(zhì)量方椎，并可以提高氣動(dòng)性能。貴陽(yáng)黎陽(yáng)航空動(dòng)力有限公司采用激光快速成型工藝钧嘶，成功研制出了符合性能要求的鈦合金整體葉盤棠众。

3.大長(zhǎng)徑比、難加工材料薄壁殼體類零件自動(dòng)化智能化制造的解決方案

我公司加工部分難加工零件大長(zhǎng)徑比L/D＞10～15有决，直徑80～120壁厚1～15mm薄壁殼體類闸拿。材料為不銹鋼、鋁合金书幕、鈦材料和高強(qiáng)度鋼材質(zhì)新荤，加工部位為筒狀零件的外圓面和內(nèi)表面，加工內(nèi)容是在薄壁殼體外圓上開孔台汇、加工窗口苛骨、攻螺紋及孔內(nèi)壁反拉孔等內(nèi)容，主要使用設(shè)備為數(shù)控車苟呐、數(shù)控銑痒芝、線切割等設(shè)備。

該類零件加工的難點(diǎn)主要有三點(diǎn)：①加工材料特殊多為難加工材料刀具切削效率低、刀具壽命差肛精，極易影響產(chǎn)品尺寸的一致性和外觀質(zhì)量莽烫。②大長(zhǎng)徑比L/D＞10～15、直徑80～120mm炬山、壁厚1～15mm的薄壁殼體類零件加工中零件容易變形汉渣，裝夾測(cè)量困難。③零件加工部位幾何尺寸及形狀和加工要素相互之間匪从，位置公差要求較嚴(yán)赶匣。

解決方案：①粗車車削加工時(shí)考慮使用普通設(shè)備（普車）將零件內(nèi)外圓余量去除采用軟包爪裝夾零件外圓和內(nèi)孔。②數(shù)控車半精車加工零件外圓和孔橄妄，編程實(shí)現(xiàn)方式有在線編程加工卿怀、計(jì)算機(jī)控制編程加工。選擇工裝為軟包爪裝夾零件外圓和內(nèi)孔螺煞。③中間熱處理或時(shí)效工序改變材料組織結(jié)構(gòu)位俩、去除應(yīng)力等要求矗寂。④數(shù)控車精車加工零件外圓和孔碳胳，編程實(shí)現(xiàn)方式有在線編程加工、計(jì)算機(jī)控制編程加工沫勿。選擇工裝為軟包爪裝夾零件外圓和內(nèi)孔挨约。必要時(shí)安排在機(jī)床上測(cè)量軟件和輔助側(cè)頭完成對(duì)零件孔、外圓及形狀位置公差的測(cè)量产雹；也可以將零件取下用專用的儀器檢測(cè)上述檢測(cè)要求诫惭。以上檢測(cè)是為后續(xù)工序做技術(shù)上的準(zhǔn)備工作。⑤數(shù)控銑或加工中心完成零件外圓上的孔蔓挖、開窗夕土、槽、螺紋和孔內(nèi)壁反拉孔的加工等內(nèi)容瘟判。裝夾方式為自制夾具軟爪怨绣、頂蓋配合上數(shù)控分度頭對(duì)零件進(jìn)行加工。加工過程中需要注意軟爪夾緊零件的力的大小合適防止零件變形拷获；同時(shí)又要保證裝夾零件牢固可靠篮撑。加工中編程需要考慮零件薄壁特性在孔、開窗匆瓜、槽加工數(shù)控編程中選擇插銑等方式減小切削力減小零件變形电伐。必要時(shí)需對(duì)切削力的大小用軟件進(jìn)行仿真結(jié)合有限元的軟件分析零件變形程度，確定銑切削的加工程序優(yōu)化及切削參數(shù)的選配跪悼。加工完成后零件不要拆下秆杰，操作者將零件上的毛刺去干凈后，在機(jī)床上測(cè)量軟件和輔助側(cè)頭，完成對(duì)零件各加工部位幾何要素尺寸型位公差的測(cè)量过腰，并將測(cè)量結(jié)果傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行處理和分析骗采；計(jì)算機(jī)記錄本批次加工零件的尺寸一致性、表面粗糙度值等要求橄看。

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