制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，制造技術(shù)水平是衡量一個(gè)國(guó)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(chēng)為制造業(yè)的皇冠，代表著制造技術(shù)的最高水平。 c$fi3O  
數(shù)控（NC）是數(shù)字控制（Numerical Control）的簡(jiǎn)稱(chēng)，是20世紀(jì)中葉發(fā)展起來(lái)的一種用數(shù)字化信息進(jìn)行自動(dòng)控制的一種方法。裝備數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，稱(chēng)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(dòng)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(dòng)數(shù)控機(jī)床特別是高檔數(shù)控機(jī)床發(fā)展的主要?jiǎng)恿χ�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。 {P/ sxh:e  
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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(lái)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(guó)從2006年開(kāi)始已經(jīng)把高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備專(zhuān)項(xiàng)列為國(guó)家重大科技專(zhuān)項(xiàng)。本文將結(jié)合作者從事的專(zhuān)業(yè)方向，淺談一下未來(lái)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。 ::?,ZA  
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高效加工是數(shù)控機(jī)床發(fā)展永恒的主題 ygI81\D  
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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(jìng)爭(zhēng)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(jì)開(kāi)始向整體化、大型化、輕量化方向發(fā)展，伴隨而來(lái)的是飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的形狀越來(lái)越復(fù)雜、尺寸越來(lái)越大、材料去除率越來(lái)越高、加工工藝性越來(lái)越差。圖1是我國(guó)國(guó)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(zhǎng)的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件。另一方面，用戶(hù)和市場(chǎng)對(duì)飛機(jī)的研制周期要求越來(lái)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(chǎng)期望周期不斷縮短之間的矛盾。在全球化競(jìng)爭(zhēng)的背景下，航空制造企業(yè)別無(wú)選擇，只有快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求，才能立于不敗之地，而要快速地響應(yīng)市場(chǎng)，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(wèn)題的有效手段。從目前數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)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。 X~+AaI:~K  
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1 超高速、快進(jìn)給的虛擬軸機(jī)床 cl2+,!:  
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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(shí)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。 j<,Ho4v}_  
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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(shì)。如德國(guó)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(huì)隨著轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的提高而降低。目前市場(chǎng)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(lái)越短，未來(lái)超高速的虛擬軸機(jī)床將會(huì)發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。2 并行加工機(jī)床 V/N:Of:\R  
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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(lèi)機(jī)床的用途非常廣泛，在新機(jī)研制階段，對(duì)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(gè)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。 b{+7sl  
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并行加工機(jī)床自問(wèn)世以來(lái)就得到了廣大航空制造企業(yè)和工程技術(shù)人員的高度關(guān)注，在2013年歐洲機(jī)床展上，多家世界知名機(jī)床廠(chǎng)商展出了多種并行加工機(jī)床[3]，如日本森精機(jī)公司(MORI SEIKI)首次展出概念機(jī)型——i50型加工中心，德國(guó)巨浪公司展出4主軸立式加工中心，斯達(dá)拉格集團(tuán)寶美公司展出S100型四面加工單元，德國(guó)Krause&Mauser公司展出多主軸加工工作站等�？梢灶A(yù)見(jiàn)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，并行機(jī)床將在國(guó)際高檔數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域占有一席之地。 ^v2-"mX<  
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3 加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的立臥轉(zhuǎn)換機(jī)床 
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飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，通常需要進(jìn)行多個(gè)工位的加工，圖3為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919的登機(jī)門(mén)手柄零件。從圖3可以看出，該零件結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，空間6個(gè)方位都需要加工，如果采用傳統(tǒng)的工藝方案加工該零件，影響該類(lèi)零件加工周期的一個(gè)重要因素就是零件在加工過(guò)程中需要不斷地拆卸零件進(jìn)行重新裝夾，這樣使設(shè)備的利用率低下，不但增加了制造成本，而且嚴(yán)重制約了零件的生產(chǎn)周期。要從根本上解決這個(gè)問(wèn)題，就必須盡量減少零件的裝夾次數(shù)。立臥轉(zhuǎn)換為這類(lèi)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件從工藝上提供了近乎完美的解決方案。立臥轉(zhuǎn)換機(jī)床最大的特點(diǎn)是設(shè)備具有超大擺角行程的旋轉(zhuǎn)主軸，如圖4所示。一般情況下，主軸裝配在機(jī)床立柱上，擺角為0°時(shí)，主軸呈水平臥式加工狀態(tài)；擺角向下旋轉(zhuǎn)90°時(shí)，主軸呈豎直立式加工狀態(tài)。圖4所示的典型立臥轉(zhuǎn)換機(jī)床旋轉(zhuǎn)主軸的擺角區(qū)間為+60°~-120°，主軸旋轉(zhuǎn)范圍達(dá)180°[4]，機(jī)床加工狀態(tài)可以在立式與臥式之間自由轉(zhuǎn)化。配上可以旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)以后，只需一次裝夾。機(jī)床可以對(duì)零件6個(gè)方位進(jìn)行全方位的加工，極大地提高零件的加工效率和設(shè)備利用率。未來(lái)這類(lèi)機(jī)床必將成為加工飛機(jī)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的重要選擇。4 多工作臺(tái)、快速換裝的柔性裝夾系統(tǒng) nf%"7