【正文】 加工對象變化的能力。目前，再進(jìn)一步提高單元柔性自動(dòng)化加工的同時(shí)，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(jī)床的大腦 —— 數(shù)控系統(tǒng)，在 21 世紀(jì)將具有最大限度的柔性，能 實(shí)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小；功能可專用也可通用，功能價(jià)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(gè)整體，實(shí)現(xiàn)機(jī)電光聲綜合控制；測量造型、加工一體化；加工、實(shí)時(shí)檢測與修正一體化；機(jī)床主機(jī)設(shè)計(jì)與數(shù)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)一體化。 網(wǎng)絡(luò)化 實(shí)現(xiàn)多種通迅協(xié)議，既滿足單機(jī)需要，又能滿足 FMC、 FMS、 CIMS 對基層設(shè)備的要求，同時(shí)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(shí)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(jì)的 CNC 系統(tǒng)將是一個(gè)高度智能化的系統(tǒng)，具體指系統(tǒng)應(yīng)在局部或全部實(shí)現(xiàn)加工過程自適應(yīng)、自診斷、自調(diào)整；多媒體人機(jī)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(gè)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(dòng)生成；為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方 便的智能化，如前饋控制、電動(dòng)機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識(shí)別負(fù)載、自動(dòng)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(dòng)編程、日本 MAZAK 株式會(huì)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(gè)工廠實(shí)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)智能化管理。智能生產(chǎn)中心通過機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)、生產(chǎn)線上的網(wǎng)絡(luò)管理 Pc 機(jī)、立體倉庫的計(jì)算機(jī)進(jìn)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(jī)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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(jì)（論文） 7 開放式體系結(jié)構(gòu) 20 世紀(jì) 90 年代以后，計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展推動(dòng)數(shù)控機(jī)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(jī)豐富的軟硬件資源開發(fā)開放式體系結(jié)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(hù)與維修，是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵。進(jìn)給驅(qū)動(dòng)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(hù)與維修，是數(shù) 控機(jī)床的關(guān)鍵。 高速切削技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r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(jìn)給切削、高速和高進(jìn)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(jìn)行界定，是一個(gè)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(shí)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(huì)（ 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(dá)姆施塔特工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)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(dòng)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(gè)加工區(qū)域。 一般認(rèn)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(jìn)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(diǎn)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(xì)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(diǎn)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(dòng)力學(xué)特性好。刀具激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)固有頻率，不易產(chǎn)生振動(dòng)；又沈陽航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(diǎn) 條件下，還可對硬表面進(jìn)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?shí)現(xiàn)“干切”和“準(zhǔn)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(huì)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?yàn)閱挝粫r(shí)間材料切除率高（正比于切削速度進(jìn)給量切削深度），切削加工時(shí)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(gè)階段 1）設(shè)想和理論探索階段（ 1924~1957 年） 1924~1931 年， Salomon 進(jìn)行了大量高速切削實(shí)驗(yàn)，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(jī)理和理論研究階段（ 1958~1971 年） 20 世紀(jì) 50 年代后期，洛克希德飛機(jī)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(jìn)行深入研究的想法，奠定了第二階段的開始。 1958 年， 進(jìn)行了切削速度范圍較廣的切削試驗(yàn)，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(jìn)行了高速 切削加工試驗(yàn)，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(jì) 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(jìn)行了研究，在試驗(yàn)和應(yīng)用研究領(lǐng)域取得了積極的進(jìn)展，試制出轉(zhuǎn)速達(dá) 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(jìn)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(jì)劃，焦點(diǎn)包括激光輔助加工和高速切削加工（高速切削機(jī)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(dá) 7600m/min 和 73000m/min（使用彈道試驗(yàn)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(jì)（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(jī)床、超硬耐磨和耐熱刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，高速切削技術(shù)作為一項(xiàng)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)也取得了一些進(jìn)展。然而由于實(shí)際生產(chǎn)中缺乏相應(yīng)的高速切削機(jī)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(jī)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(jìn)行切削，從而遠(yuǎn)未發(fā)揮高速切削技術(shù)所固有的潛在優(yōu)勢，造成機(jī)床利用率低、生產(chǎn)成本高。因此，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行高速切削機(jī)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(jī)床、超硬耐磨和耐熱刀具材料等關(guān)鍵技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)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(shí)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(jī)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(dá) 98%。國外在 高速切削加工時(shí)，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(shí)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(jī)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(jī)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(jìn)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(zhǔn)備時(shí)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(jì)（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(diǎn)，已進(jìn)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(jìn)了相當(dāng)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(jī)床消費(fèi)大國 ，但是由于缺乏對難加工材料的高速切削機(jī)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(jī)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(dòng)我國金屬加工業(yè)、機(jī)床和刀具制造業(yè)的發(fā)展具有重要意義。 2 飛機(jī)接頭零件的數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 概述 目前，高性能、輕量化、精密化、高效化、可靠性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性成為 21世紀(jì)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(jìn)航空材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來滿足用戶對產(chǎn)品性能不斷提升的要求。先進(jìn)航 空材料是航空產(chǎn)品實(shí)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(qiáng)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(diǎn)。 鋁合金仍然是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件中的主要材料，以低密度和高強(qiáng)度為主要發(fā)展方向，空中客車 A380 客機(jī)采用鋁合金材料約占整個(gè)機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的 61%，主要采用了705 7085 等新型高強(qiáng)度鋁合金和 209 2195 等低密度鋁鋰合金制造飛機(jī)機(jī)翼梁、地板梁等承力部件。 隨著材料制備技術(shù)和先進(jìn)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(jī)結(jié)構(gòu)件中的用量不斷提 高。 合金 具有高比強(qiáng)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(qiáng)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(jì) 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(dāng)代先進(jìn)大型飛機(jī)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(qiáng)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(jìn)航空材料廣泛應(yīng)用的同時(shí)，以最大限度提高結(jié)構(gòu)效率為主要目標(biāo)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)整體化、輕量化和模塊化成為新一代大型客 機(jī)結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢，已經(jīng)成為先進(jìn)大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要標(biāo)志。大型客機(jī)機(jī)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(jì)（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(jì)。結(jié)構(gòu)整體化是新一代大型客機(jī)的發(fā)展趨勢，已成為現(xiàn)代先進(jìn)大型飛機(jī)設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域的一個(gè)重要標(biāo)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(diǎn)，一般情況下采用高速切削技術(shù)進(jìn)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(diǎn)。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(qiáng)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(qiáng)度鋼結(jié)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)高速高效加工對刀具的強(qiáng)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(jìn)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(shí)，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(shí)，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(huì)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(shí)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