一（yī）、現代飛機結構件的發展方向

1.結構（gòu）特點

現代飛機為滿足高速、高機動、高負（fù）載和遠航程等性（xìng）能（néng）要求，大量地采用新（xīn）技術（shù）、新（xīn）結構、新材料，其零件越來越向尺寸大型化、型麵複雜化、結構輕量化、材料多元化和製造精密化發展（zhǎn）。如飛機機身結構件的典型零（líng）件梁、框、肋、壁板、桁條以及航空發動機的關鍵件機（jī）匣、各類葉片和整體葉（yè）盤等，其輪廓大而形狀各異。為了減（jiǎn）輕飛機的重量，增加飛機的機動性及有效載荷（hé）和航程，現代飛機都進行了輕量化設（shè）計，廣泛采用高強度的新型輕（qīng）質材料。而為了提（tí）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（cǎi）用鋁合金外，還廣泛采用鈦合金（jīn）、耐高溫合金、高強度鋼、複合材料和工程陶瓷等難加工材料。

2.工藝特點

各類零件規（guī）格尺寸和結構相（xiàng）差懸殊，機床（chuáng）工具等工藝裝備通用性不高。如加（jiā）工機身結構件需要（yào）采用高剛性的高效、大型（xíng）、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（jiā）工機載設備零（líng）件的需要采（cǎi）用多功能的（de）複合機床。

現代航空製造業所麵臨的通（tōng）常都是多品種、小批（pī）量、短生（shēng）產周期的生產任務，因此要求工藝（yì）係統有較高的（de）響應速度。

產品零件結構複雜，加工難度大。零件的外（wài）形涉及機身外形、機翼外形、翼身融合區等，多（duō）數零件與飛機的氣動外形（xíng）相關，周邊輪廓與其他零件還有複雜的裝配協調關係。

零件切削加（jiā）工量大。由（yóu）於越來越多的采用整體結構設計，使得需要切削（xuē）加工的零件數（shù）量大幅增加，而且大部分零件在切削過（guò）程中材料去除量非常大（dà），部（bù）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（báo）壁（bì）、深腔結構（gòu），為典（diǎn）型的弱剛性（xìng）結構。

加工精度高。由於要實現無餘量裝配，對工藝分離麵的對縫、間（jiān）隙等要求十分嚴格，零件製造精度要求高。

刀具及切削參數（shù）選用（yòng）困難。由於刀具工業的發展趕不上新材料的開發和（hé）應用步伐，又（yòu）缺少加工切削數據庫的支持（chí），使（shǐ）得如何合理選擇刀（dāo）具和科學選用加工參（cān）數成為工藝技術的一個難點。

 3. 發展趨勢

實現產品（pǐn）全生命周期的（de）數字化管理是發展的核心。包括數字化樣機（jī）、數字化（huà）設計、數字化加工、數（shù）字化裝配、數字化檢測及數字化信息管理等，最終（zhōng）達到（dào）完全實現產品（pǐn）在各個階段（duàn）的信息集成與共享。

新型複合材料的應用比例越來越大。以碳纖維（wéi）為代表的陶瓷基、樹脂基及高溫複合材料將不斷地開發出（chū）來並應用於（yú）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（qǔ）代傳統（tǒng）的“多件連接”的結構形式，複雜形狀構件的整體精密成形和“鍛造+切削加工”的（de）生產方式將成為航空（kōng）結構件發展的必然趨勢。

數控複合加工技術是提高加工效率、增加裝備柔性、保（bǎo）證產品質量的有效手段，必將成為航空製造業（yè）主要采用的（de）零（líng）件加工技術。

高速、高效的切削加（jiā）工技術需求強烈，發展迅速，推廣應（yīng）用的前景廣闊。

為（wéi）減少切削量和實現無餘量裝配，成形技術和加工技術日趨精密化。

虛擬製造和網絡加工技（jì）術將廣泛應用。以仿真技術為基礎的虛擬製造技（jì）術能夠大幅縮短產品的研製周期，提高產品合格（gé）率。而基（jī）於網絡的加工技術可以組建產品（pǐn）級（jí）的動態企業聯盟，從而實現協同設計和異地製造。

二、飛機結構件對（duì）數控設備的加（jiā）工要求

     1.機身結構件典型零件

    飛機機身結構件的典型零（líng）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（hé）鋁合金擠壓型材。材料利用（yòng）率僅為5%-10%左右，原（yuán）材料（liào）去除量大。機身結構件（jiàn）典型零件的結構特點（diǎn） （1）件（jiàn）的（de）輪廓尺寸越來越大。如有的梁類零件的長度已達到13m。 （2）零（líng）件的變斜角角度變化（huà）大，超薄壁等。最薄處尺寸隻有（yǒu）0.76mm左右。（3）零件的結構越來越（yuè）複雜，很多零件采用整體結構。 （4） 零件的（de）尺寸精度和表麵質量要（yào）求越來越高，如（rú）有些零件加（jiā）工後出現的毛（máo）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（mén）立式加工中（zhōng）心； （2）五（wǔ）軸聯（lián）動（dòng）加（jiā）工中心，如大型龍門立式（shì）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（zuò）標加工中心，工作台尺寸5m×20m，用於加工梁類零件； （4）加工鋁合金件需要大功率高（gāo）速加工中心，功率≥40kW，主軸轉速20000r/min以上，帶兩坐標（biāo）擺角銑頭； （5）由於整體鋁合金件切削加工去除量大，為便於排屑，最好（hǎo）需要工作台可以翻轉90°的臥式加工中心，目前（qián），國內尚無這種臥（wò）式加工中心； （6）飛機機身結構件品種多，形（xíng）狀各（gè）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（bǎn）金成形件主要涉及蒙皮、型材、導（dǎo）管等（děng）曲（qǔ）麵（miàn）成形，要求成形精準。為保證製造精度，需要大規格蒙皮拉（lā）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鑽鉚設備；（8）為減輕飛機重量，複（fù）合材料的應用越來（lái）越多，製作複合材料構件需要鋪帶機等等（děng）。

    2.飛機發動機的關（guān）鍵件與加工要（yào）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（xiá）有三類（lèi），一類（lèi）是對開環形結構，一類是整體（tǐ）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，型麵（miàn）複雜，精度要求高，加工難度大。機匣是大（dà）型零件，一台推力為（wéi）15000公斤航（háng）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（jī）匣加工（gōng）需要中、大型多功能、高精（jīng）度數控機床。如加工（gōng）直徑為（wéi）φ2000mm的數控立車（chē）和精（jīng）密數控（kòng）立車（chē）；工作台尺寸為2400mm×5000mm的龍門式五（wǔ）軸聯動加工中心，需具（jù）備雙工位、在線測量和（hé）仿真功能，刀（dāo）庫（kù）容量60把刀左右，數控係統具有高級（jí）編程功能，工作台（tái）3000mm×5000mm的龍門式數控鏜銑床。 

     葉片加工：航空發動機的葉片（piàn）材料為耐高溫的鈦合金材料，需用五軸聯動加工中（zhōng）心，五軸高速龍門銑（xǐ）等加工葉（yè）片形麵。葉根榫頭的加工（gōng）需用（yòng）拉床和（hé）緩進給強力磨床，並希（xī）望緩進給強力磨床具有換砂（shā）輪功能和滾輪（lún）修砂輪裝置，還需（xū）要有在線測量、程（chéng）序調整和（hé）自動補償功能。 葉片形麵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。希望有葉片形麵檢測設（shè）備。 大（dà）型寬弦空心風扇葉片采用寬弦、空心、帶阻尼凸台結構，直徑φ1600mm以上，風扇（shàn）葉尖速度高達（dá）457m/s,選用重（chóng）量更輕的鈦合金或樹脂基材料，製造這類（lèi）葉片（piàn）需要五坐（zuò）標葉片銑床；自動拋光機；組合封焊和擴散（sàn）連接及超塑成（chéng）形設備等。 葉片有很多（duō）冷卻用的小孔，用電脈（mò）衝打孔，比用激（jī）光打（dǎ）孔好（激光打孔有（yǒu）硬化層），但現在，電加工打孔機（jī）床沒有（yǒu）打孔深淺的顯示，操作困難。希（xī）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（hé）綜合性能（néng），葉片上（shàng）有許（xǔ）多直徑為φ0.3～φ0.4mm的冷卻氣膜孔（kǒng），製作這類葉片，需要定向/單晶（jīng）熔鑄爐、陶瓷型芯焙燒爐、製芯機、磨削中心、數（shù）控緩進給磨床以（yǐ）及葉片製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（jiàn），葉盤圓周上有裝葉片（piàn）的榫槽。直槽可用拉削加（jiā）工和磨削加工。圓弧形榫槽可用（yòng）銑削和成形磨加工，但圓弧（hú）形（xíng）榫槽的檢測困難（nán）。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（wéi）2～3μm。整體葉盤的葉片部分，可用五軸高速（sù）加工中心（xīn）加工，還可以用電火花成形（xíng）加工。重（chóng）型燃機葉盤直徑可達2000～3000mm，需要用砂輪線速（sù）度100m/s以（yǐ）上的高速磨床加工。  加工發動機關鍵（jiàn）零件所（suǒ）需的主要設（shè）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（piàn）銑（xǐ）床； 整體葉盤高效加（jiā）工中心； 工作台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； 車銑複合加工中心； 榫（sǔn）齒（chǐ）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（kòng）緩進給磨床； 端麵弧（hú）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（dìng）向/單晶熔鑄爐； 用於葉片製孔的電液束流設（shè）備、小孔加工單元（yuán）以及（jí）真空熱處理爐等等。

上述設備要求機床（chuáng）具（jù）有足夠的剛性，操作簡單，人機界麵清楚，具備樣條插補（NURBS）功能,過程均勻控製，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（mù）前，我國航空製造技術雖然取得了長足的（de）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（xiàn）在數控加工技術的應用水（shuǐ）平（píng）整體不高，與優質高效的加（jiā）工（gōng）要求（qiú）相去甚遠；對新型機床的性能及其加（jiā）工技術掌握不夠；部分關鍵零件的工藝還依賴於個人的經驗，工藝能力普遍（biàn）不足；切削工具的製造（zào）、管理和配套水平低，刀具及其切削參（cān）數的（de）選用缺少科學依據，製造（zào）成本居高不下；航空製造數據庫還沒有係統的建立起來，各先進製造單（dān）元大多數還處於獨立運（yùn）行狀態，集成度差，未能形成先進製造技（jì）術的綜合實力。

國家重大裝備的發展需求，給（gěi）機（jī）床工具產業的發展指明了方（fāng）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製造裝備的需求，更好（hǎo）地服務於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（duō）功能的複合機床。雖然目前有的加工（gōng）中心已（yǐ）實現能將車（chē）、銑、鏜、磨、拋光等（děng）多種機加工工序複合在一台（tái）機床上，但這仍不能完全（quán）滿足（zú）未來航空關鍵零件的加工。而（ér）將機械加工與激光、電、化學、超聲波（bō）等不同機理的加工方法進行複合，兼備多種（zhǒng）不同工藝特點的複合加工（gōng）機床在今後（hòu）的航空航天製造業中將有（yǒu）廣闊的（de）發展應用（yòng）前景。

協調機（jī）床主機與數控係統、功能部件、切削刀具和測量（liàng）裝備的（de）平（píng）衡發展，完善產品功能，提高關鍵配套設備自主開發和製造能力。

深入進行用戶的加工工藝研究，開發成套的機（jī）床裝備和工藝技術。裝備服務於工（gōng）藝，工藝是裝備的目的，為實現工藝與裝備的（de）緊（jǐn）密融合，機（jī）床企業必須了解和熟悉用戶工藝，關注用戶製造工藝技術發展的（de）動態，準確地為產品進行市場定（dìng）位，研發（fā）滿足用戶要求的新裝備。力（lì）爭（zhēng）在提供給用戶機床設（shè）備的同（tóng）時，也提供工藝技術上的整體解決方案，以提（tí）升企業和產品的競爭力。

重視係統設計，融入信息技術，推行數字化製造，大力提高機床裝（zhuāng）備的製造工藝水平和整機的可靠性及穩（wěn）定性。

在機床裝備研發技術路線上，堅持（chí）以數字化（huà）為（wéi）主（zhǔ）體（tǐ），以集成化為手段，以複合化為特色，以高速化（huà）、精密化和綠色化為目標，突出自動化、網絡化，並最終實現智能化（huà）。