飞机制造在发达国家拥有悠久的历史，尤其是在近年来，无论是军用还是民用飞机领域，都取得了显著的进展。国内各大飞机制造企业，在数控加工技术领域，通过不懈的努力与实践，已经积累了丰富的经验，成功解决了众多重大技术难题。这些成就不仅为中国大型飞机复杂零部件的制造奠定了坚实的技术基础，还创造了显著的关键技术优势。然而，如今各种新型飞机研制白热化，涉及到的数控零件也更为复杂，对零件的加工周期要求越来越短，对零件的强度及零件光度要求也越来越高。，飞机零件的数控制造仍面临着诸多挑战。因此，我们需要继续深入研究CNC技术，不断优化数控加工工艺，以缩小与西方国家在制造技术上的差距。
一、国外航空零件数控加工技术
在发达国家，飞机零部件的制造与加工展现出高度的专业化、信息化与自动化水平，实现了全过程的人工干预最小化。高度专业化的制造资源配置与布局使得零件装夹定位过程既简便又高效。这些国家广泛采用高速加工技术，应用高性能机床，高速切削刀具，利用70%以上的主轴加工功率，实现高效率的零件加工，并且使用快速装夹，托盘交换等加工工艺来提高制造效率。此外，这些国家还构建了完善的综合制造资源管理体系，如主轴测头、刀具库集中管理、自动测刀、刀具参数优化、芯片读数以及刀具寿命管理等，这些措施共同支撑了国外高水平的航空零部件制造。
二、航空零件数控加工技术发展探索
1.制造资源优化与零件族构建：
鉴于旧有制造资源的相对落后，我们需重新定义零件族的概念，通过分类创建典型的零件族，实现标准化过程。这一过程不仅有助于提升加工效率，还能显著降低制造成本。基于零件族的标准程序与制造资源的优化配置，我们可构建出高效的特殊零件制造单元，推动精益生产的发展。
2.装夹快捷化策略
为了显著提升装配速度，我们致力于构建高效且可靠的装配技术体系。这一体系旨在实现数控设备的快速加工能力，从而大幅缩短制造周期。通过优化机械零件的快速定位技术，我们能够有效提升加工质量，进而增强传统数控加工设备的效率。相较于国内普遍采用的机械装配、人工夹紧与拆卸方式，发达国家已广泛采用半自动或全自动装配技术，其中液压定位和夹紧技术尤为突出，其效率较机械夹紧方式高出约90%。此外，柔性夹具作为一种创新系统，正逐步取代传统夹具，展现出对产品变化的高度适应性和自动调整能力，为应对重大产品变化提供了有力支持。
3.常规过渡高速切削
现代飞机设计对零部件的性能提出了更高要求，包括结构轻薄、轻量化、高度集成、高精度以及卓越的表面质量。传统的低速切削技术已难以满足这些严苛的制造标准。因此，常规过渡高速切削技术应运而生，成为提升飞机零部件加工质量和效率的重要手段。高速切削技术能够显著提升加工速度，减少加工时间，从而提高整体生产效率。对于现代飞机制造中常用的2000~40000r/min的高速切削设备，其应用效果尤为显著。高速切削不仅能够加快材料去除速度，还能够改善切削过程中的力学和热力学条件，减少切削力和切削热，进而降低工件热变形和切削力引起的变形，提高加工精度和表面质量。此外，高速切削技术的应用还需要配套的设备、刀具和工艺支持。在设备方面，需要采用高性能的数控机床和主轴系统，确保高速切削的稳定性和可靠性。在刀具方面，需要选用适合高速切削的刀具材料和涂层技术，提高刀具的耐用度和切削性能。在工艺方面，需要优化切削参数和切削策略，确保切削过程的平稳和高效。
三、实现刀具资源的信息化管理及优化配置
随着航空零部件制造规模的不断扩大，加工工具的需求急剧增加。然而，传统的刀具管理模式和库房管理存在诸多不完善之处，这严重制约了数控加工水平的提升。随着数控加工技术的快速发展，提高加工效率成为制造商面临的重要课题，而刀具管理作为其中的关键环节，其自动化和智能化水平直接影响到整体生产效率。
1.问题与挑战：
1）刀具管理系统不完善：传统的刀具管理方式往往依赖于人工记录和跟踪，容易出现信息滞后和错误，导致刀具使用效率低下。
2）刀具库房管理不善：库房布局不合理、库存信息不准确等问题，增加了刀具的查找和调配时间，降低了生产效率。
3）自动化成本压力：随着生产规模的扩大，对自动化水平的要求越来越高，但高昂的自动化成本使得许多制造商望而却步。
2.解决方案：
1）智能刀片管理环境：引入智能刀片管理系统，通过芯片植入等技术手段，实现刀具全生命周期的信息化管理。该系统能够实时跟踪刀具的使用情况、剩余寿命等信息，为生产调度提供准确依据。
2）优化刀具库房布局：重新规划刀具库房的布局，采用先进的仓储管理系统，确保库存信息的准确性和实时性。同时，通过自动化存取设备减少人工操作，提高刀具的调配效率。
3）降低自动化成本：在推进自动化的过程中，注重技术选型和经济性分析，选择性价比高的自动化设备和系统。同时，通过优化生产流程和管理模式，降低对自动化设备的依赖程度，从而控制自动化成本。
四、深化仿真技术应用研究，推动数字化制造体系的建立
随着计算机技术的发展，CNC加工仿真技术也在飞速发展，特别是在航空航天、国防等大型复杂系统的开发中。CNC仿真在减少损耗、节省资金、缩短开发周期、提高CNC环境质量方面起着重要作用。基于VERICUT软件的CNC加工仿真产品，相较于传统的刀具点文件仿真，提供了更为真实、直观的CNC编程体验。它极大地提高了CNC仿真的效率和编程质量，成为现代CNC加工中不可或缺的一部分。尤其是在处理复杂的飞机结构时，由于这些结构往往材料昂贵、加工成本高昂，因此确保刀具路径和切削参数的准确性尤为重要，以避免加工过程中的重叠、返工等意外错误。
为了实现这一目标，为仿真创建准确和完整的加工环境变得至关重要。通过精确模拟实际加工过程，可以预测并优化刀具路径，确保切削参数的合理性，从而提高加工效率和成品率。此外，仿真技术还能帮助工程师在产品设计阶段就发现和解决潜在的问题，减少后续加工过程中的调整和修改工作，进一步降低生产成本和缩短开发周期。因此，深化仿真技术的应用研究，推动数字化制造体系的建立，对于提升航空零部件数控加工的整体水平具有重要意义。
五、突破典型大件变形控制关键技术
在飞机结构零件的CNC加工中，加工零件的变形确实是一个复杂且关键的问题，这主要源于不同产品、复杂结构及多变的加工条件。为了有效控制这种变形，释放应力原理被证明是一种有效的方法。具体来说，当材料在某个方向上不连续时，内应力无法向该方向传递，通过内应力平衡原理，在该方向上实现内应力的最小化或平衡，可以显著降低变形风险。
此外，动态控制变形补偿原理也是一项重要的技术手段。在加工过程中，如果发生较大的变形，可以通过余量补偿的方式来减小变形。这种补偿方法包括参考平面的调整、孔的参考修正以及保持正确的加工比例等，旨在通过精确控制加工参数来减少变形。
除了应力控制外，高速加工技术也被广泛应用于飞机结构零件的CNC加工中。高速加工不仅可以提高加工效率，还能通过降低表面负荷和改善冷却效果来进一步减少变形。这是因为高速切削产生的热量可以更快地被带走，从而减少了材料因热应力而产生的变形。
六、总结
面对21世纪的航空制造挑战，中国飞机制造商需加快数字化管理和高效制造技术的研发与应用。通过引入先进数控设备与软件、优化制造资源、实现装夹快捷化、推广高速切削技术、加强刀具资源信息化管理、深化仿真技术应用以及突破变形控制关键技术等措施，可显著提升航空零部件数控加工工艺水平，推动中国航空制造业的持续发展。
