隨著現(xiàn)代航空制造業(yè)的高速發(fā)展，數(shù)控零件加工技術(shù)已經(jīng)成為飛機(jī)制造的關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)控零件加工技術(shù)的進(jìn)步使飛機(jī)設(shè)計(jì)理念發(fā)生了轉(zhuǎn)變，零件設(shè)計(jì)向整體化、復(fù)雜化方向發(fā)展，同時(shí)，設(shè)計(jì)理念的轉(zhuǎn)變也給數(shù)控加工技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，如何高質(zhì)量、高效率、低成本地完成大型零件的數(shù)控加工成為了必須攻克的難題。
國外發(fā)達(dá)國家航空制造史很長，特別是飛機(jī)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)都已非常成熟。隨著近年來國內(nèi)各類軍民機(jī)的研制，國內(nèi)主要航空企業(yè)在航空數(shù)控加工技術(shù)方面積累了大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，解決了一系列關(guān)鍵技術(shù)難題，初步形成了以飛機(jī)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造為代表的關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢。但是，隨著我國大飛機(jī)項(xiàng)目的啟動(dòng)，航空數(shù)控零件加工技術(shù)將面臨更大的挑戰(zhàn)，因此，我們?cè)跀?shù)控零件加工技術(shù)領(lǐng)域還需要不斷進(jìn)行深層次的研究，以縮小和西方國家的差距。
航空數(shù)控零件加工技術(shù)發(fā)展探索
1 以產(chǎn)品特征成組劃分為基礎(chǔ)，形成專業(yè)化的精益生產(chǎn)線
目前，在航空零件的大規(guī)模研制中往往面臨較大的被動(dòng)局面，無法形成具有極大競爭力的核心技術(shù)優(yōu)勢，其根本原因就在于原有的相對(duì)落后的生產(chǎn)資源配置和布局已經(jīng)無法滿足當(dāng)前研制需要，尤其是國家大飛機(jī)項(xiàng)目的啟動(dòng)在給我們帶來極大機(jī)遇的同時(shí)也對(duì)現(xiàn)有的生產(chǎn)能力和制造技術(shù)水平敲響了警鐘。
首先, 要確立零件族的概念, 應(yīng)用成組技術(shù)建立典型零件族。其次，在確立典型零件族的基礎(chǔ)上，分類建立標(biāo)準(zhǔn)化的典型零件族工藝流程。
最后，在標(biāo)準(zhǔn)化的典型零件族工藝流程的基礎(chǔ)上形成專業(yè)化、集成化的生產(chǎn)資源配置和布局，并最終形成各類典型航空零件的精益生產(chǎn)線。特別是對(duì)于大型結(jié)構(gòu)件，建立專業(yè)化的典型零件生產(chǎn)單元對(duì)于提高其加工技術(shù)水平、降低成本尤為重要。
2 以裝夾快捷化為目標(biāo)，形成高效可靠的裝夾技術(shù)
對(duì)高速加工的數(shù)控設(shè)備來說，正確設(shè)計(jì)夾具、縮短夾具生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，實(shí)現(xiàn)零件在數(shù)控機(jī)床上的快速裝夾定位非常重要，能大大提高有效切削時(shí)間比例，保證加工質(zhì)量，從而達(dá)到提高數(shù)控加工效率的最終目的。在傳統(tǒng)夾具體上，采用機(jī)械定位、人工夾緊和拆卸通常要花費(fèi)大量的時(shí)間和人力，而高速加工大型工件時(shí)，采用半自動(dòng)化或全自動(dòng)化裝夾技術(shù)是非常有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的，液壓定位和夾緊非常有效。
液壓夾具的主要優(yōu)勢是節(jié)省夾緊和松卸工件時(shí)所花的大量時(shí)間，有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明液壓夾緊相比機(jī)械夾緊節(jié)省約90% 的時(shí)間，縮小了生產(chǎn)循環(huán)周期，降低了成本。另一個(gè)明顯的優(yōu)勢在于夾緊力在定位和夾緊過程中保持恒定不變，從而確保了同一道工序下加工質(zhì)量的一致性。
柔性夾具系統(tǒng)也是一種新型的替代傳統(tǒng)夾具的裝夾系統(tǒng)。目前先進(jìn)的柔性夾具系統(tǒng)都具有自適應(yīng)能力，針對(duì)產(chǎn)品變化實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)整，從而適應(yīng)了產(chǎn)品變化較大時(shí)的情況（如圖3 所示的空客-MELT 全自動(dòng)柔性裝夾系統(tǒng)及生產(chǎn)線）。
3 從常規(guī)切削向高速切削過渡，逐步實(shí)現(xiàn)無人干預(yù)高速加工
現(xiàn)代飛機(jī)的高性能要求其結(jié)構(gòu)具有輕量化、薄壁化和整體化的特點(diǎn)，零件須實(shí)現(xiàn)較高的精度和表面質(zhì)量，傳統(tǒng)的低速加工方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代航空制造的需要。大量的型號(hào)研制應(yīng)用證明，高速切削加工技術(shù)具有極大的優(yōu)越性，不僅加工效率大大提高，零件的加工質(zhì)量也得到提高。
國內(nèi)目前在高速加工應(yīng)用方面和國外存在著較大的差距，主要表現(xiàn)在20000r/min~40000r/min 的大型高速銑削設(shè)備數(shù)量少，配套設(shè)備缺乏，技術(shù)經(jīng)驗(yàn)匱乏，嚴(yán)重制約了國內(nèi)整體數(shù)控技術(shù)水平，未來無論在硬件環(huán)境的建設(shè)，還是應(yīng)用技術(shù)的研究方面都需要投入大量精力。
4 實(shí)現(xiàn)刀具資源的信息化管理及優(yōu)化配置
隨著產(chǎn)品任務(wù)量的加大、設(shè)備的增加，用于機(jī)械加工的刀具需求量也越來越大，品種也越來越多。但長期以來，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，刀具庫房不規(guī)范，在刀具的集中配置方面不完善，嚴(yán)重影響了刀具管理水平，增加了數(shù)控加工的準(zhǔn)備時(shí)間，制約了數(shù)控加工的效率和加工能力的進(jìn)一步提高。隨著數(shù)控加工和刀具技術(shù)的高速發(fā)展，面對(duì)高效生產(chǎn)的挑戰(zhàn)和不斷降低制造成本的壓力，刀具的管理成為各制造企業(yè)日益關(guān)注的熱點(diǎn)。
建立自動(dòng)化、信息化的刀具管理存儲(chǔ)環(huán)境是解決目前刀具應(yīng)用管理落后、低效現(xiàn)狀的有效途徑?？梢酝ㄟ^植入芯片進(jìn)行刀具的全生命周期管理，從而合理地應(yīng)用刀具資源。
5 深化仿真技術(shù)應(yīng)用研究，推動(dòng)數(shù)字化制造體系的建立
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控加工仿真技術(shù)也得到了迅速的發(fā)展，尤其在航空、航天、國防及其他大規(guī)模復(fù)雜系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，數(shù)控加工仿真在減少損失、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、縮短開發(fā)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量等方面發(fā)揮了巨大作用。
基于VERICUT 軟件構(gòu)建的數(shù)控加工仿真環(huán)境實(shí)現(xiàn)了數(shù)控編程的虛擬制造，比刀位文件仿真更真實(shí)、直觀，極大地提高了數(shù)控編程的效率和質(zhì)量。如圖4 所示為五坐標(biāo)加工中心加工復(fù)雜肋零件時(shí)的仿真示意圖。
仿真加工技術(shù)目前已經(jīng)成為數(shù)控加工研制過程中必不可少的環(huán)節(jié)。尤其對(duì)于飛機(jī)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件來說，其材料昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、大量采用高速切削，相關(guān)設(shè)備極為昂貴。確保加工過程中刀具軌跡、切削參數(shù)的正確性、合理性，杜絕過大余量切削、碰撞干涉、超程等意外錯(cuò)誤至關(guān)重要。因此，建立準(zhǔn)確、完整的仿真加工環(huán)境是必要的。