制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，制造技術(shù)水平是衡量一個國家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志之一。以飛機(jī)
結(jié)構(gòu)件為代表的航空零件結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜、加工精度要求極高。因此，航空制造技術(shù)被稱為制造業(yè)的皇冠，代表著制造技術(shù)的最高水平。
f&^"[S"\f 數(shù)控（NC）是數(shù)字控制（Numerical Control）的簡稱，是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來的一種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動控制的一種方法。裝備數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，稱為
數(shù)控機(jī)床[1]。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有高效率、高精度、高柔性化及高集成化等特點(diǎn)，既能保證加工質(zhì)量，又能大大降低勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率[2]。而飛機(jī)結(jié)構(gòu)件是最早使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工的產(chǎn)品之一。飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的加工要求在很大程度上是推動數(shù)控機(jī)床特別是高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要動力之一；換而言之，高檔數(shù)控機(jī)床的整體水平又是決定航空制造水平的核心因素之一。
>lqo73gM9 \6/ Gy!0h- 綜上所述，面向飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工的數(shù)控機(jī)床在很大程度上代表著未來數(shù)控機(jī)床特別是高檔數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。因此，我國從2006年開始已經(jīng)把高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專項列為國家重大科技專項。本文將結(jié)合作者從事的專業(yè)方向，淺談一下未來面向飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工的數(shù)控機(jī)床的發(fā)展方向。
@J 5TDq @ # }}6JM 高效加工是數(shù)控機(jī)床發(fā)展永恒的主題
T6\]*m lr s:xJ }Ll 效率是企業(yè)生存的根本，是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和競爭力的根本途徑。一方面，現(xiàn)代航空工業(yè)處于高速發(fā)展中，隨著飛機(jī)性能的不斷提升，飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計開始向整體化、大型化、輕量化方向發(fā)展，伴隨而來的是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的形狀越來越復(fù)雜、尺寸越來越大、
材料去除率越來越高、加工工藝性越來越差。圖1是我國國產(chǎn)大型客機(jī)C919的機(jī)頭風(fēng)擋窗框零件，其整體結(jié)構(gòu)是空間自由曲面，材料去除率高達(dá)99.35%，屬于典型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工周期長的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。
GXD<X_[
圖1 C919飛機(jī)機(jī)頭的風(fēng)擋窗框
另一方面，用戶和市場對飛機(jī)的研制周期要求越來越短，從而加劇了飛機(jī)結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜化與市場期望周期不斷縮短之間的矛盾。在全球化競爭的背景下，航空制造企業(yè)別無選擇，只有快速響應(yīng)市場的需求，才能立于不敗之地，而要快速地響應(yīng)市場，就必須提高生產(chǎn)效率、縮短加工周期，高效的數(shù)控機(jī)床正是解決這一問題的有效手段。從目前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢來看，未來用于加工飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的高效數(shù)控機(jī)床主要包含以下幾種。
h
x5M)8#+ nt()UC`5 1 超高速、快進(jìn)給的虛擬軸機(jī)床
V[*>}XQER bfncO[Q ,? 在新機(jī)研制階段，為了縮短產(chǎn)品的研制周期，必須在最短的時間內(nèi)制造出樣機(jī)，這就要求飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的制造必須高效、高質(zhì)量的配套。而提高加工效率最直接最有效的方法就是使用加工效率更高的機(jī)床，換而言之，就是最大限度地提高機(jī)床的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度。
gfI S c u";rnj 然而，傳統(tǒng)機(jī)床由于結(jié)構(gòu)上的缺陷，提高轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度都受到很大限制，虛擬軸機(jī)床的出現(xiàn)，正是為了大幅度地提高數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度而進(jìn)行的一種新的嘗試。相比傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，虛擬軸機(jī)床具有剛性高、加工速度高、加工精度高等一系列顯著優(yōu)勢。如德國DST機(jī)床（圖2）高速虛擬軸機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)30000r/min，快速進(jìn)給速度達(dá)到50m/min，加工進(jìn)給速度為15m/min，可以極大地提高產(chǎn)品的加工效率，且加工精度不會隨著轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的提高而降低。目前市場上已經(jīng)出現(xiàn)了轉(zhuǎn)速高達(dá)50000r/min的超高速虛擬軸機(jī)床。隨著飛機(jī)研制周期的越來越短，未來超高速的虛擬軸機(jī)床將會發(fā)揮越來越重要的作用。
Da8gOZ
圖2 DST 機(jī)床模型
2 并行加工機(jī)床
wzx V)1jT B/@LE{qUn 另一種可以顯著提高加工效率的方式是采用并行加工機(jī)床，如多軸設(shè)備中心以及多軸加工的單元等。這類機(jī)床的用途非常廣泛，在新機(jī)研制階段，對于結(jié)構(gòu)尺寸大的零件，可以采用多軸并行加工的方式，每個主軸只加工零件的固定區(qū)域，這樣使得零件的加工周期顯著縮短。在零件批產(chǎn)階段，可以使用帶有鏡像功能的機(jī)床加工完全鏡像的零件，或者使用多主軸平行加工的方式一次加工多件相同的零件。
r_Ou\|jU 8LP WT!
