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2011年10月17日，中國首架A380飛機由北京飛往廣州，開始正式投入商業運營，開啟了中國民航的大飛機時代。同時，也引發了業內近期討論最多的一個話題：中國航企究竟該把有限的資金投向更先進、更環保的大飛機，還是更經濟、更保險的小飛機？

目前，中國民航共擁有在役飛機約1750架，波音公司預測到2030年，中國民航的機隊規模將擴大到約5930架，是目前的3倍以上，中國將成為美國以外的全球最大飛機市場；空客方面，發布的《2011年至2030年全球市場展望》預言，未來20年中，中國航空市場將保持7.2%的年均增長率，是全球增長最快的市場之一。

可見，無論是大飛機，還是小飛機，我國航空工業的投資規模都將十分龐大，這也必將推動機床工具等裝備制造業的發展。

一、現代飛機結構件的發展方向

1.結構特點

現代飛機為滿足高速、高機動、高負載和遠航程等性能要求，大量地采用新技術、新結構、新材料，其零件越來越向尺寸大型化、型面復雜化、結構輕量化、材料多元化和制造精密化發展。如飛機機身結構件的典型零件梁、框、肋、壁板、桁條以及航空發動機的關鍵件機匣、各類葉片和整體葉盤等，其輪廓大而形狀各異。為了減輕飛機的重量，增加飛機的機動性及有效載荷和航程，現代飛機都進行了輕量化設計，廣泛采用高強度的新型輕質材料。而為了提高零件的強度和可靠性，主要采用了整體毛坯件和薄壁整體框架結構，零件材料除了大量采用鋁合金外，還廣泛采用鈦合金、耐高溫合金、高強度鋼、復合材料和工程陶瓷等難加工材料。

2.工藝特點

各類零件規格尺寸和結構相差懸殊，機床工具等工藝裝備通用性不高。如加工機身結構件需要采用高剛性的高效、大型、高速機床，加工發動機關鍵件需要采用精度及柔性高的精密機床，加工機載設備零件的需要采用多功能的復合機床。

現代航空制造業所面臨的通常都是多品種、小批量、短生產周期的生產任務，因此要求工藝系統有較高的響應速度。

產品零件結構復雜，加工難度大。零件的外形涉及機身外形、機翼外形、翼身融合區等，多數零件與飛機的氣動外形相關，周邊輪廓與其他零件還有復雜的裝配協調關系。

零件切削加工量大。由于越來越多的采用整體結構設計，使得需要切削加工的零件數量大幅增加，而且大部分零件在切削過程中材料去除量非常大，部分飛機結構件的材料去除率達90%以上。

薄壁、易產生加工變形。存在大量的薄壁、深腔結構，為典型的弱剛性結構。

加工精度高。由于要實現無余量裝配，對工藝分離面的對縫、間隙等要求十分嚴格，零件制造精度要求高。

刀具及切削參數選用困難。由于刀具工業的發展趕不上新材料的開發和應用步伐，又缺少加工切削數據庫的支持，使得如何合理選擇刀具和科學選用加工參數成為工藝技術的一個難點。

 3. 發展趨勢

實現產品全生命周期的數字化管理是發展的核心。包括數字化樣機、數字化設計、數字化加工、數字化裝配、數字化檢測及數字化信息管理等，最終達到完全實現產品在各個階段的信息集成與共享。

新型復合材料的應用比例越來越大。以碳纖維為代表的陶瓷基、樹脂基及高溫復合材料將不斷地開發出來并應用于現代飛機上，給機床及刀具工業提出了新的要求。

航空整體結構件將取代傳統的“多件連接”的結構形式，復雜形狀構件的整體精密成形和“鍛造+切削加工”的生產方式將成為航空結構件發展的必然趨勢。

數控復合加工技術是提高加工效率、增加裝備柔性、保證產品質量的有效手段，必將成為航空制造業主要采用的零件加工技術。

高速、高效的切削加工技術需求強烈，發展迅速，推廣應用的前景廣闊。

為減少切削量和實現無余量裝配，成形技術和加工技術日趨精密化。

虛擬制造和網絡加工技術將廣泛應用。以仿真技術為基礎的虛擬制造技術能夠大幅縮短產品的研制周期，提高產品合格率。而基于網絡的加工技術可以組建產品級的動態企業聯盟，從而實現協同設計和異地制造。

二、飛機結構件對數控設備的加工要求

飛機制造中需要用機床加工的典型零件，主要有飛機機身結構件和發動機的關鍵零件兩部分：

1.機身結構件典型零件

飛機機身結構件的典型零件有梁、筋、肋板、框、壁板、接頭、滑軌等類零件。以扁平件、細長件、多腔件和超薄壁隔框結構件為主。毛坯為板材、鍛件和鋁合金擠壓型材。材料利用率僅為5%-10%左右，原材料去除量大。

    機身結構件典型零件的結構特點 （1）件的輪廓尺寸越來越大。如有的梁類零件的長度已達到13m。 （2）零件的變斜角角度變化大，超薄壁等。最薄處尺寸只有0.76mm左右。（3）零件的結構越來越復雜，很多零件采用整體結構。 （4） 零件的尺寸精度和表面質量要求越來越高，如有些零件加工后出現的毛刺等缺陷，不允許用人工去除。

    加工飛機機身典型零件所需主要設備：（1）三坐標加工中心，如大型龍門立式加工中心； （2）五軸聯動加工中心，如大型龍門立式加工中心，應配備A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭； （3）從發展考慮，需要大型龍門式雙主軸五坐標加工中心，工作臺尺寸5m×20m，用于加工梁類零件； （4）加工鋁合金件需要大功率高速加工中心，功率≥40kW，主軸轉速20000r/min以上，帶兩坐標擺角銑頭； （5）由于整體鋁合金件切削加工去除量大，為便于排屑，最好需要工作臺可以翻轉90°的臥式加工中心，目前，國內尚無這種臥式加工中心； （6）飛機機身結構件品種多，形狀各異，且工藝剛性差，需用大量卡具。為降低成本，縮短生產準備周期，需要各種柔性卡具； （7）鈑金成形件主要涉及蒙皮、型材、導管等曲面成形，要求成形精準。為保證制造精度，需要大規格蒙皮拉伸機；蒙皮滾彎成形機；還有三軸滾校平機、型材拉彎機、導管成形機等。飛機部件裝配還需自動鉆鉚設備；（8）為減輕飛機重量，復合材料的應用越來越多，制作復合材料構件需要鋪帶機等等。    

2.飛機發動機的關鍵件與加工要求

飛機發動機的關鍵件有機匣、各類葉片和整體葉盤。

機匣加工：

航空發動機機匣有三類，一類是對開環形結構，一類是整體環形結構，還有一種是異形殼體。機匣材料是一種難加工的耐高溫的高強度鈦合金材料。機匣又是薄壁、弱剛性結構，型面復雜，精度要求高，加工難度大。機匣是大型零件，一臺推力為15000公斤航空發動機機匣直徑為φ800mm。大飛機的大型風扇機匣外形尺寸φ1823.5mmx546mm，最薄處壁厚3mm。所以，機匣加工需要中、大型多功能、高精度數控機床。如加工直徑為φ2000mm的數控立車和精密數控立車；工作臺尺寸為2400mm×5000mm的龍門式五軸聯動加工中心，需具備雙工位、在線測量和仿真功能，刀庫容量60把刀左右，數控系統具有高級編程功能，工作臺3000mm×5000mm的龍門式數控鏜銑床。

葉片加工：

航空發動機的葉片材料為耐高溫的鈦合金材料，需用五軸聯動加工中心，五軸高速龍門銑等加工葉片形面。葉根榫頭的加工需用拉床和緩進給強力磨床，并希望緩進給強力磨床具有換砂輪功能和滾輪修砂輪裝置，還需要有在線測量、程序調整和自動補償功能。

葉片形面用電解加工可大大提高加工效率，還需用數控六軸砂帶拋光設備拋光。希望有葉片形面檢測設備。

大型寬弦空心風扇葉片采用寬弦、空心、帶阻尼凸臺結構，直徑φ1600mm以上，風扇葉尖速度高達457m/s,選用重量更輕的鈦合金或樹脂基材料，制造這類葉片需要五坐標葉片銑床；自動拋光機；組合封焊和擴散連接及超塑成形設備等。

葉片有很多冷卻用的小孔，用電脈沖打孔，比用激光打孔好（激光打孔有硬化層），但現在，電加工打孔機床沒有打孔深淺的顯示，操作困難。希望能解決這個問題，能顯示打孔的深淺。而耐1100°C高溫的鎳基單晶渦輪葉片具有很好的高溫強度和綜合性能，葉片上有許多直徑為φ0.3～φ0.4mm的冷卻氣膜孔，制作這類葉片，需要定向/單晶熔鑄爐、陶瓷型芯焙燒爐、制芯機、磨削中心、數控緩進給磨床以及葉片制孔的電液束流設備和小孔加工單元等裝置。

整體葉盤加工：

整體葉盤是薄壁盤類零件，葉盤圓周上有裝葉片的榫槽。直槽可用拉削加工和磨削加工。圓弧形榫槽可用銑削和成形磨加工，但圓弧形榫槽的檢測困難。葉環和葉盤的加工需要數控臥車、精密數控立車。要求加工機床的剛性好，定位精度高，定位精度約為2～3μm。整體葉盤的葉片部分，可用五軸高速加工中心加工，還可以用電火花成形加工。重型燃機葉盤直徑可達2000～3000mm，需要用砂輪線速度100m/s以上的高速磨床加工。

    加工發動機關鍵零件所需的主要設備有： 帶A/B擺角銑頭或A/C擺角銑頭的五軸聯動加工中心； 五坐標葉片銑床； 整體葉盤高效加工中心； 工作臺3000mm×5000mm數控龍門鏜銑床； 精密數控立式車削中心； 數控立式車床； 精密數控車床； 車銑復合加工中心； 榫齒倒圓專用加工中心； 激光熔覆加工機床； 電火花銑削加工機床； 數控臥式車床； 數控立式磨床； 數控緩進給磨床； 端面弧齒磨床； 高速轉子葉尖磨床； 700t電動螺旋壓力機； 板類件無模多點成形壓力機； 定向/單晶熔鑄爐； 用于葉片制孔的電液束流設備、小孔加工單元以及真空熱處理爐等等。

上述設備要求機床具有足夠的剛性，操作簡單，人機界面清楚，具備樣條插補（NURBS）功能,過程均勻控制，以減少對拐角處加工精度的影響，還具有在線測量和仿真功能。

目前，我國航空制造技術雖然取得了長足的進步，但與國外發達國家相比還是存在較大的差距。主要表現在數控加工技術的應用水平整體不高，與優質高效的加工要求相去甚遠；對新型機床的性能及其加工技術掌握不夠；部分關鍵零件的工藝還依賴于個人的經驗，工藝能力普遍不足；切削工具的制造、管理和配套水平低，刀具及其切削參數的選用缺少科學依據，制造成本居高不下；航空制造數據庫還沒有系統的建立起來，各先進制造單元大多數還處于獨立運行狀態，集成度差，未能形成先進制造技術的綜合實力。

國家重大裝備的發展需求，給機床工具產業的發展指明了方向。針對航空航天裝備的需求與發展特點，如何滿足航空航天工業對制造裝備的需求，更好地服務于航空航天工業是機床工具企業必須解決的問題。

大力發展多功能的復合機床。雖然目前有的加工中心已實現能將車、銑、鏜、磨、拋光等多種機加工工序復合在一臺機床上，但這仍不能完全滿足未來航空關鍵零件的加工。而將機械加工與激光、電、化學、超聲波等不同機理的加工方法進行復合，兼備多種不同工藝特點的復合加工機床在今后的航空航天制造業中將有廣闊的發展應用前景。

協調機床主機與數控系統、功能部件、切削刀具和測量裝備的平衡發展，完善產品功能，提高關鍵配套設備自主開發和制造能力。

深入進行用戶的加工工藝研究，開發成套的機床裝備和工藝技術。裝備服務于工藝，工藝是裝備的目的，為實現工藝與裝備的緊密融合，機床企業必須了解和熟悉用戶工藝，關注用戶制造工藝技術發展的動態，準確地為產品進行市場定位，研發滿足用戶要求的新裝備。力爭在提供給用戶機床設備的同時，也提供工藝技術上的整體解決方案，以提升企業和產品的競爭力。

重視系統設計，融入信息技術，推行數字化制造，大力提高機床裝備的制造工藝水平和整機的可靠性及穩定性。

在機床裝備研發技術路線上，堅持以數字化為主體，以集成化為手段，以復合化為特色，以高速化、精密化和綠色化為目標，突出自動化、網絡化，并最終實現智能化。