【正文】 加工對象變化的能力。目前，再進一步提高單元柔性自動化加工的同時，正努力向單元柔性和系統(tǒng)柔性化發(fā)展，如體現(xiàn)系統(tǒng)柔性化的 FMC 和 FMS發(fā)展迅速。 作為數(shù)控機床的大腦 —— 數(shù)控系統(tǒng)，在 21 世紀將具有最大限度的柔性，能 實現(xiàn)多種用途，具體指具有開放性體系結(jié)構(gòu)。通過重構(gòu)，編輯，系統(tǒng)的組成視需要可大可??；功能可專用也可通用，功能價格比可調(diào)；可以集成用戶的技術(shù)訣竅，形成名牌產(chǎn)品。 高一體化 CNC 系統(tǒng)與加工過程作為一個整體，實現(xiàn)機電光聲綜合控制；測量造型、加工一體化；加工、實時檢測與修正一體化；機床主機設(shè)計與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計一體化。 網(wǎng)絡(luò)化 實現(xiàn)多種通迅協(xié)議，既滿足單機需要，又能滿足 FMC、 FMS、 CIMS 對基層設(shè)備的要求，同時便于形成“全球制造”的基礎(chǔ)單元。 數(shù)控裝備的網(wǎng)絡(luò)化將極大地滿足生產(chǎn)線、制造系統(tǒng)、 制造企業(yè)對信息集成的需求，也是實現(xiàn)新的制造模式如敏捷制造、虛擬企業(yè)、全球制造的基礎(chǔ)單元。 智能化 21 世紀的 CNC 系統(tǒng)將是一個高度智能化的系統(tǒng)，具體指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實現(xiàn)加工過程自適應(yīng)、自診斷、自調(diào)整；多媒體人機接口使用戶操作簡單，智能編程使編程更加直觀，不僅可以使用多種高級語言編程，還可用類自然語言編程；加工數(shù)據(jù)的自生成及智能數(shù)據(jù)庫；智能監(jiān)控等。 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過程的自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成；為提高驅(qū)動性能及使用連接方 便的智能化，如前饋控制、電動機參數(shù)的自適應(yīng)運算、自動識別負載、自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、日本 MAZAK 株式會社的日本工廠是世界上為數(shù)不多的智能管理的代表。整個工廠實行計算機網(wǎng)絡(luò)智能化管理。智能生產(chǎn)中心通過機床的數(shù)控系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡(luò)管理 Pc 機、立體倉庫的計算機進行管理。智能生產(chǎn)中心由 CAM— WARE 輔助制造編程系統(tǒng)、智能化日程管理系統(tǒng)、智能化工具管理系統(tǒng)、智能化監(jiān)控系統(tǒng)組成。馬扎克公司在中國的企業(yè)，生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)控機床用以太網(wǎng)并與智能生產(chǎn)中心相連。在此基礎(chǔ)上 再借助以太網(wǎng)與企業(yè)上層的 CAD／ MRP(EPR)等系統(tǒng)聯(lián)接，實現(xiàn)整個企業(yè)的信息集成，建立了智能網(wǎng)絡(luò)化工廠。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 開放式體系結(jié)構(gòu) 20 世紀 90 年代以后，計算機技術(shù)的飛速發(fā)展推動數(shù)控機床技術(shù)更快地更新?lián)Q代，世界上許多數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)廠家利用 PC 機豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)進給驅(qū)動系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，直接影響了加工工件的精度。對它做好良好的維護與維修，是數(shù)控機床的關(guān)鍵。進給驅(qū)動系統(tǒng)的性能在一定程度上決定了數(shù)控系統(tǒng)的性能，直接影響了加工工件的精度。對它做好良好的維護與維修，是數(shù) 控機床的關(guān)鍵。 高速切削技術(shù)的發(fā)展狀況及在航空零件中的應(yīng)用 高速切削技術(shù)定義 高速切削定義眾多，例如高切削速度切削、高主軸速度切削、高進給切削、高速和高進給切削、高生產(chǎn)率切削等。高速切削加工技術(shù)中的“高速”，通常用切削線速度進行界定，是一個相對的概念，不能簡單地定義為某一具體的切削速度。如圖 11 所示，給出了高速加工的速度范圍與加工材料的關(guān)系。由于不同的加工方式、不同的工件材料有不同的高速加工范圍，因而應(yīng)根據(jù)不同的加工材料，結(jié)合實際生產(chǎn)情況，確定不同的高速加工速度范圍。 國際生產(chǎn)工程學(xué)會（ The International Academy for Production Engineering, CIRP）提出，切削線速度 500~7000m/min 為高速切削加工。有德國達姆施塔特工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機床研究所（ PTW）提出，高禹普通切削速度 5~10 倍的切削加工為高速切削加工，并提出按主軸最高轉(zhuǎn)速與最高移動速度構(gòu)成的相應(yīng)范圍，劃分出傳統(tǒng)切削、高去除率切削（ HVM）和高速切削（ HSM）三個加工區(qū)域。 一般認為高速加工是采用較硬材料的刀具，通過極大地提高切削速度和進給速度，來提高材料切除率、加工精度和加工表 面質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)。與常規(guī)切削加工相比，高速切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，其主要特點包括： （ 1）加工效率高。材料去除率有了較大提高，適合材料去除率大的場合。 （ 2）切削力小。切削力較常規(guī)切削降低，徑向力降低更明顯。工件受力變形小，適于加工弱剛性的薄壁細長件。 （ 3）切削熱小。加工過程迅速，絕大多數(shù)切削熱被切削帶走，工件積聚熱量極少，溫升低，適合于加工熔點低、易氧化和易于產(chǎn)生熱變形的零件，可提高加工精度。 （ 4）動力學(xué)特性好。刀具激振頻率遠離工藝系統(tǒng)固有頻率，不易產(chǎn)生振動；又沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 由于切削力小、熱變形小、殘余應(yīng)力 小，易于保證加工精度和表面質(zhì)量。 （ 5）工序集約化。可獲得高的加工精度和低的表面粗糙度，在一點 條件下，還可對硬表面進行加工，從而使工序集約化。這對于模具加工具有特別意義。 （ 6）環(huán)保?？蓪崿F(xiàn)“干切”和“準干切”，避免冷卻液污染。 （ 7）刀具壽命受影響。隨著切削速度的增加，刀具壽命會相應(yīng)的降低。 總而言之，高速切削的最終目的是提高加工效率和降低成本，這是因為單位時間材料切除率高（正比于切削速度進給量切削深度），切削加工時間減少，成本降低。 高速切削發(fā)展歷程 高速切削加工發(fā)展可分為五個階段 1）設(shè)想和理論探索階段（ 1924~1957 年） 1924~1931 年， Salomon 進行了大量高速切削實驗，最終于 1931 年 4 月向德國專利局申請了專利。 1949 年，美國工程師 Willian Coomly 發(fā)現(xiàn)切削功率歲轉(zhuǎn)速下降的現(xiàn)象。 2）高速切削機理和理論研究階段（ 1958~1971 年） 20 世紀 50 年代后期，洛克希德飛機公司的 受鉆井速度較高的影響，激發(fā)了對高速切削加工金屬進行深入研究的想法，奠定了第二階段的開始。 1958 年， 進行了切削速度范圍較廣的切削試驗，得出切削速 度的提高有助于表面加工質(zhì)量的改善的結(jié)論（尤其是對鋁合金）。 1964 年，法國首先對鋼與鑄鐵進行了高速 切削加工試驗，證明鑄鐵的高速切削加工是可行的。 3）高速切削應(yīng)用探索階段（ 1972~1978 年） 20 世紀 70 年代， 研究小組對高速切削加工在鋁合金和鎳鋁銅合金中使用的生產(chǎn)模式進行了研究，在試驗和應(yīng)用研究領(lǐng)域取得了積極的進展，試制出轉(zhuǎn)速達 18000r/min、功率為 25 馬力的臥式高速加工中心。 4）高速切削技術(shù)進入應(yīng)用階段（ 1979~1989 年） 1979 年，美國國防部組織了現(xiàn)代加工技術(shù)（ AMRP） 研究計劃，焦點包括激光輔助加工和高速切削加工（高速切削機理、刀具、工藝方案研究）。其中高速切削加工的研究十分全面，切削速度范圍高達 7600m/min 和 73000m/min（使用彈道試驗法）；切削的材料包括鋼、鑄鐵、鉛、黃銅、鋁合金等；切削用的刀具材料包括碳素工具鋼、高速鋼、金屬碳化物、氧化物系列材料等。 沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 5）高速切削技術(shù)逐漸成熟階段（ 1990 年至今）高速切削相關(guān)技術(shù)設(shè)備的研究投入加大、發(fā)展迅速、成果不斷。隨著高速高性能機床、超硬耐磨和耐熱刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)的進步，高速切削技術(shù)作為一項高新技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 近年，國內(nèi)眾多高校和科技工作者也致力于高速切削的研究，并取得了一定的成果，其中各項關(guān)鍵技術(shù)也取得了一些進展。然而由于實際生產(chǎn)中缺乏相應(yīng)的高速切削機理、工藝技術(shù)的基礎(chǔ)研究作為基礎(chǔ)和缺乏穩(wěn)定可靠的技術(shù)指導(dǎo)，使得多數(shù)高速切削機床主軸轉(zhuǎn)速偏低，不少應(yīng)用工藝中仍然采用傳統(tǒng)的切削用量進行切削，從而遠未發(fā)揮高速切削技術(shù)所固有的潛在優(yōu)勢，造成機床利用率低、生產(chǎn)成本高。因此，結(jié)合生產(chǎn)實際，進行高速切削機理及工藝基礎(chǔ)的深入基礎(chǔ)和應(yīng)用研究，對我過的金屬加工業(yè)意義重大。 高速切削技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀 高速切削技術(shù)具 有隨切削速度提高，切削力降低、切削溫度的增加逐漸變緩、加工表面質(zhì)量和生產(chǎn)效率提高、制造成本減少、產(chǎn)品開發(fā)周期縮短等優(yōu)勢。高速高性能機床、超硬耐磨和耐熱刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)的進步，促進了高速切削技術(shù)迅速發(fā)展。高速切削加工可在大幅提高加工效率的同時獲得良好的加工表面質(zhì)量，打破了傳統(tǒng)額加工效率與精度之間的矛盾，可滿足航空航天、汽車、發(fā)電裝備等行業(yè)精密復(fù)雜等零部件的優(yōu)質(zhì)、高效、低成本、環(huán)保的加工需求。 在航空航天行業(yè)中，現(xiàn)代飛機大量采用扎制的厚鋁板作毛坯直接整體加工成形的構(gòu)件，整體構(gòu)件材料去除率可以高達 98%。國外在 高速切削加工時，采用小切削量、高切削速度代替?zhèn)鹘y(tǒng)大切削量、低切削速度，提高了加工效率和加工精度，加工時間約減少 80%，而尺寸精度和表面質(zhì)量都大幅度提高。 在汽車行業(yè)中，大批量生產(chǎn)的汽車行業(yè)面臨產(chǎn)品快速更新?lián)Q代而形成的多品種生產(chǎn)，柔性生產(chǎn)線代替了組合機床生產(chǎn)線，高速加工中心則將柔性生產(chǎn)線的效率提高到組合機床生產(chǎn)線水平，如美國 Ingersoll 公司的 HVM800 高速臥式加工中心。 而近年來，利用高速切削技術(shù)加工難加工材料取得了一些顯著的成效，尤其是在模具加工行業(yè)。在模具行業(yè)中，采用典型高轉(zhuǎn)速、多速進給、低切深的 加工方法，在淬硬鋼模具加工方面取得了令人滿意的效果。采用高速切削技術(shù)加工模具可以取代傳統(tǒng)的磨削、電火花加工，在減少加工準備時間、縮短工藝流程、縮短制造周期、提高生產(chǎn)效率方面都具有極大的優(yōu)勢。高速銑削模具可提高加工精度和表面質(zhì)量、沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 縮短生產(chǎn)周期、降低環(huán)境污染，已成為模具制造業(yè)的發(fā)展趨勢。 高速高效切削加工技術(shù)因其突出的優(yōu)點，已進入難加工材料加工領(lǐng)域。目前，我國航空航天、汽車、模具等工業(yè)部門已引進了相當數(shù)量的高速切削設(shè)備用于難加工材料的加工，根據(jù)美國 Gardner 出版公司公布的數(shù)據(jù)，我國已成為世界第一機床消費大國 ，但是由于缺乏對難加工材料的高速切削機理及工藝技術(shù)的基礎(chǔ)研究，使得高速切削生產(chǎn)中缺乏穩(wěn)定可靠的技術(shù)指導(dǎo)，導(dǎo)致多數(shù)高速切削加工設(shè)備使用轉(zhuǎn)速偏低，機床利用率低、生產(chǎn)成本高。關(guān)于難加工材料高速切削的研究，對推動我國金屬加工業(yè)、機床和刀具制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。 2 飛機接頭零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計 概述 目前，高性能、輕量化、精密化、高效化、可靠性、經(jīng)濟性和環(huán)保性成為 21世紀航空航天產(chǎn)品的發(fā)展趨勢，航空航天產(chǎn)品必須采用先進航空材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計來滿足用戶對產(chǎn)品性能不斷提升的要求。先進航 空材料是航空產(chǎn)品實現(xiàn)所期望的技術(shù)性能、使用壽命和可靠性的技術(shù)基礎(chǔ)，具有高比強度和比剛度、低密度、良好的耐腐蝕性能和優(yōu)越的抗疲勞性能等特點。 鋁合金仍然是飛機結(jié)構(gòu)件中的主要材料，以低密度和高強度為主要發(fā)展方向，空中客車 A380 客機采用鋁合金材料約占整個機體結(jié)構(gòu)重量的 61%，主要采用了705 7085 等新型高強度鋁合金和 209 2195 等低密度鋁鋰合金制造飛機機翼梁、地板梁等承力部件。 隨著材料制備技術(shù)和先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展，突破了成本和加工對于合金在航空結(jié)構(gòu)件中應(yīng)用的制約，合金在飛機結(jié)構(gòu)件中的用量不斷提 高。 合金 具有高比強度、良好的高溫性能、優(yōu)越的抗疲勞性能和耐腐蝕性能，可以大幅度減輕航空產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)重量，提高結(jié)構(gòu)強度和損傷容限，使航空結(jié)構(gòu)件的服役性能大幅提升。從 20世紀 50 年代開始，已經(jīng)在航空制造領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，當代先進大型飛機為了大幅減輕結(jié)構(gòu)重量大量采用復(fù)合材料， 合金 與復(fù)合材料的強度、剛度匹配較好，由于兩者電位比較接近，不易產(chǎn)生電偶腐蝕，因此相應(yīng)部位的結(jié)構(gòu)件和緊固件也均需采用 合金 。 在 合金 等先進航空材料廣泛應(yīng)用的同時，以最大限度提高結(jié)構(gòu)效率為主要目標的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計整體化、輕量化和模塊化成為新一代大型客 機結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，已經(jīng)成為先進大型飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計領(lǐng)域的重要標志。大型客機機翼梁、長桁、椽條、框肋、沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 大型帶肋壁板、接頭和骨架等主承力構(gòu)件均采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)整體化是新一代大型客機的發(fā)展趨勢，已成為現(xiàn)代先進大型飛機設(shè)計制造領(lǐng)域的一個重要標志，對研發(fā)周期、生產(chǎn)效率和制造成本等具有非常重要的影響。 航空鋁合金高速切削關(guān)鍵策略 航空鋁合金高速切削刀具選擇 根據(jù)航空鋁合金切削加工性較好的特點，一般情況下采用高速切削技術(shù)進行加工。加工航空鋁合金目前已普遍采用硬質(zhì)合金刀具。高性能刀具呈現(xiàn)高效、高精度、高可靠性和專用化技術(shù)特點。不同制造行業(yè)對刀具的要求差異較大，航空航天領(lǐng)域鋁合金大型整體薄壁結(jié)構(gòu)件加工中要求粗加工刀具具有良好的強度和柔性及排屑性能以便于減少加工變形并降低加工表面粗糙度。航空航天領(lǐng)域 合金 和超高強度鋼結(jié)構(gòu)件實現(xiàn)高速高效加工對刀具的強度、耐熱性和刃口質(zhì)量的穩(wěn)定性要求高，因而對刀具基體材料、涂層材料、刀具幾何結(jié)構(gòu)與刃口微觀尺寸之間關(guān)系進行優(yōu)化成為關(guān)鍵。 刀具相關(guān)參數(shù)選用總結(jié)分析如下： 1）前角 前角大小直接影響刀具前刀面積屑瘤的形成。前角增大時，刀屑接觸面積減少，積屑瘤和刀尖黏附現(xiàn)象減小。因此航空 鋁合金加工時，應(yīng)選用較大的刀具前角，推薦前角。 2）后角 由于航空鋁合金彈性模量較小，已加工回彈較大，后角較小會加劇后刀面和已加工表面的摩擦和擠壓，使大量切屑黏附在后刀面上，加劇后刀面磨損。因此，加工航空鋁合金時應(yīng)選用較大的后角，推薦使用。 3）螺旋角 銑削航空鋁合金由于切削用量較大，刀具需要較大