數控加工技術以其效率高、質量好、穩定性強等優點得到了制造企業的廣泛青睞，近年來隨著國內外數控工藝裝備和數控工藝技術的快速發展，數控加工技術得到了廣泛普及應用，尤其在飛機機體零部件的制造中發揮著舉足輕重的作用。我國大型飛機項目的立項對飛機機體制造企業和裝備制造企業來說既是難得的歷史機遇，也是圓國人大飛機夢想的歷史性挑戰，本文就數控切削加工技術在大飛機研制中的應用進行初步的探討。
大飛機數控加工的技術需求
1 典型零件的數控加工工藝技術
大飛機零件具有外廓尺寸大、結構復雜、重量輕的特點，在多個對接部位或活動面處有精度要求較高的多面體接頭類零件。同時，隨著新型材料技術的不斷發展和飛機整體強度重量比設計要求的不斷提高，復合材料在大飛機中的用量也越來越大。大飛機零件的這些特點對數控加工工藝技術提出了一系列新的要求。
典型的整體零件包括機翼蒙皮壁板、機身蒙皮壁板、機翼大梁、翼肋等，此類零件一般選用2000系列或7000系列鋁合金預拉伸板材，部分翼肋零件采用鋁合金型材類原材料，零件除外廓尺寸大以外，還呈現多槽腔、單側或雙側理論外形等的結構特點。壁板類零件一般帶有單側飛機理論外形、單側結構，加工過程中需進行噴丸或滾彎成形。大梁和肋等零件一般為雙側理論外形、單側或雙側結構，零件結構由數控加工直接完成。該類零件除部分雙面結構的翼肋外，其余均為單側結構，加工過程中材料基本為單側去除，且材料去除率大。因此，大型整體零件的數控加工必須同時考慮復雜結構的五坐標加工技術、高速高效加工技術和數控加工變形控制等技術的綜合應用。
典型的接頭類零件包括主起落架支撐接頭、擾流板鉸鏈接頭以及機翼與機身的對接接頭等，此類零件一般采用7000系列模鍛或自由鍛鋁合金材料，零件高度尺寸大、槽腔深、空間孔的精度和位置度要求較高。此類零件的加工難度主要在于加工變形控制、深槽腔轉角表面質量控制和空間精度孔的數字化加工，而對于自由鍛毛料的零件來說，材料去除率也是需要考慮的因素。因此，復雜接頭類零件需制定合理的工藝流程，同時注重轉角插銑技術、數控鏜銑復合加工等技術的綜合應用。
碳纖維等復合材料技術的工業化應用，為大飛機的設計制造帶來了一片新天地，復合材料以其高耐腐蝕性和耐疲勞性等優點，在大飛機的結構中應用越來越廣泛，如B787飛機的復合材料占整機結構重量的50%，已經徹底地由輔助材料變為主導材料。復合材料的加工除鋪帶技術和纏繞技術外，數控切邊和數控鉆孔等加工技術也不可或缺，尤其是大型整體復材構件的數控加工，其難點主要在于材料本身低的熱傳導性和定位夾緊的特殊性，因此，復合材料的數控加工主要體現在數控刀具及其應用技術和工裝的設計制造技術上。
2 高速加工技術
大飛機數控加工工藝技術的實現，必須依賴于滿足使用要求的先進數控設備和高質量的數控刀具，換言之，就是數控設備必須具有大行程、高轉速、高進給、高精度和五軸聯動等特點；數控刀具必須滿足高動平衡等級、高剛性、良好的耐磨性和紅硬性等技術要求，刀具接口技術也必須滿足高速使用的技術要求。
高速加工技術的成功應用是數控加工技術發展過程中的一次革命，其特點是當切削速度超過一定的臨界速度時，切削力隨著速度的增加而減小，同時95%以上的切削熱被高速飛出的切屑所帶走，因此，高速加工對提高切削效率、抑制加工變形和提高表面加工質量具有無可比擬的優勢。同時，因其對加工變形控制的有利作用，也極大地簡化了工藝流程，更進一步降低了零件的加工周期。大型、整體飛機結構件對數控加工的技術需求主要體現在較小的加工變形和符合設計要求的表面質量方面，同時從降低加工成本的角度考慮還必須要求較高的材料去除率。因此，高速加工技術是突破大飛機關鍵零件研制技術瓶頸的有效途徑，對降低大型零件的制造成本具有十分重要的意義。
3 數控加工的集成應用技術
經濟性是大飛機的重要指標之一，由于數控設備造價昂貴，大飛機的零組件制造必須實現數控加工的集成化應用，才能充分發揮數控設備和數控工藝技術的優勢，降低制造成本。CAD/CAPP/CAM集成系統、MES系統、ERP系統、DNC技術等現代先進制造系統和技術在大飛機制造過程中的應用，將極大地降低機體制造成本，對飛機的經濟性指標起著至關重要的作用。
國內外飛機數控加工技術及設備的現狀和發展趨勢
1 發達國家飛機數控加工技術現狀
西方工業發達國家飛機制造業應用數控技術始于20世紀60年代，經過長期的技術發展和積累，應用于大飛機結構件的40m五坐標高速龍門銑床、20m五坐標高速翻板銑床等先進設備在技術上已較成熟，新型數控刀具技術的研究應用也處于良性循環狀態，這促進了數控加工技術水平的不斷提高。以波音公司和空客公司為代表的飛機制造企業已基本實現了機加數控化，并廣泛地采用了3C集成系統和DNC技術，同時，柔性生產單元和柔性生產線的應用也較為普遍，高速切削加工技術應用水平較高，基本實現了自動化、高效率數控加工。
2 國內飛機數控加工技術現狀及發展趨勢
我國飛機制造業的數控技術起步較晚，近年來在型號研制任務的推動和國家政策的支持下，國內飛機數控加工技術的研究和應用水平得到了提升。目前，國內的各大飛機制造企業均已形成了各自的技術特色，如成飛的鋁合金結構件高速加工技術、西飛的大型鋁合金結構件數控加工技術、沈飛的鈦合金結構件數控加工技術等。同時，柔性生產等先進制造技術也陸續得到了應用，逐步擺脫了單純發展數控加工工藝技術的“孤島”狀態。
雖然國內數控加工技術得到了快速的發展，但飛機數控加工技術的整體應用水平與發達國家相比仍存在著較大的差距，主要體現在：（1）高檔數控設備主要依賴進口，受進口設備價格昂貴以及關鍵技術封鎖等因素的影響，飛機零件制造的數控化率較低，在一定程度上制約了飛機數控加工技術的普及和發展；（2）高質量的數控刀具近年來雖然也得到了快速發展，但在高質量數控刀具的制造和新型刀具的研發等方面仍存在差距，使用上仍然未擺脫進口刀具占據半壁江山的局面，這在一定程度上也影響了數控加工技術的進一步提高；（3）3C集成、DNC、MES等先進制造系統和技術的應用起步較晚，在飛機制造業中仍然沒有建成真正意義上的自動化工廠，數控車間管理較為粗放，制約了飛機數控加工技術的集成應用；（4）受國內飛機批量的制約，飛機制造企業沒有一個專業化的數控加工車間，也較少采用專用化程度較高的高端數控設備，生產組織和生產準備等工作量較大，增加了數控加工集成應用技術實現的難度，制約了飛機數控加工技術向更高層次的發展；（5）飛機零件數控加工切削參數庫建設仍停留在研究層面，除部分專用化程度相對較高的設備和關鍵產品以外，大量實際加工使用的切削參數均有較大的優化空間，而國內在參數優化技術及優化工具方面的研究應用成果甚微，制約了數控加工應用技術水平的提高；（6）在飛機數控零件設計技術、數控零件檢測技術等方面缺乏系統的研究應用，影響了數控技術應用過程中的效率，制約了數控加工技術的發展；（7）數控設備維修技術水平存在一定差距，數控設備的帶故障運行和故障后無法及時修復等因素，也在一定程度上影響了飛機數控加工技術的發展。#p#分頁標題#e#
綜上所述，國內除了在數控設備關鍵技術、數控刀具關鍵技術等方面應加大研發力度以支持我國的大飛機制造以外，在飛機結構件設計標準化、切削參數庫優化技術、零件檢測技術、數控設備維修技術等方面也需要大力開展研究應用工作，同時普及數控加工集成應用技術，不斷提高數控車間的數字化管理應用水平，加快縮短與發達國家技術水平差距的步伐，滿足大飛研制生產的技術需求。
飛機數控加工技術及設備的應用情況
國外飛機數控加工技術的高水平應用，使其大飛機的研制生產基本不存在技術瓶頸，而高速加工技術和先進制造系統的集成應用也極大地降低了飛機制造成本。如空客英國的BROTON公司采用雙主軸、高速加工技術完成了A319飛機機翼8.8m的中后梁零件，加工過程中使用了INGERSOLL公司的大型五坐標翻板銑床，主軸平均使用轉速30000r/min，零件加工只需一次裝夾，單件零件的數控加工僅需22h；MILT公司建成的機翼梁間肋零件自動化加工車間，由ECOSPEED公司的虛擬軸加工中心等10臺主軸轉速在24000～40000r/min的高速數控銑床、5臺機械手、傳送帶和數控測量機等組成的柔性生產線，實現了在制品周轉、工裝刀具準備等的完全自動化，提高了產品的加工效率。
國內數控加工技術因受諸多因素的影響，應用層次參差不齊，如西飛國際數控加工中心承擔的B737-700垂尾T形緣條，零件長7.6m，加工使用設備為CINCINNATI公司的40m五坐標高速龍門數控銑床，主軸最高轉速24000r/min，實際使用轉速平均20000r/min，零件裝夾采用自動液壓夾具，單件零件的數控加工僅需4h。該數控加工中心承擔的ARJ21飛機外翼前梁，零件長13m，加工使用設備為FORESTLINE公司的五坐標龍門數控銑床，設備最高轉速10000r/min，實際使用轉速9000r/min，因為加工變形控制的需要，零件加工需要進行4次裝夾，裝夾采用真空吸附和內六方螺栓輔助壓緊的方式，該零件加工的尺寸精度、表面質量和加工變形量均滿足設計要求，但是其加工效率卻較B737-700垂尾緣條的加工效率低得多，單件零件的數控加工需要200多h。
結束語
大飛機的研制受到舉國上下的關注，國內航空制造企業的數控加工技術近年來雖然在典型零件加工工藝技術、高速加工技術應用等方面取得了較大的發展，同時3C集成、DNC技術和MES技術等也得到了初步應用，但要實現大飛機的研制生產，還需在數控設備和數控刀具關鍵技術、數控零件設計標準化、切削參數優化技術、數控零件檢測技術、數控設備維修技術等方面加大研發和應用的力度，在高速加工技術和數控加工集成應用技術等方面開展更進一步的研究應用，以提升我國飛機數控加工技術的整體水平
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