先進的材料和制造技術是航空發動機研制與生產的重要物質和技術基礎。發動機質量不斷減輕，發動機的效率、使用壽命、穩定性和可靠性不斷提高。航空發動機材料與制造技術向著高溫化、復合化、輕量化、整體化、高效率和低成本的方向發展。航空發動機新型整體結構、高可靠性輕量化結構以及精密、高效和低成本制造技術迅速發展和應用，使得發動機部件質量越來越輕。 機匣、葉片、盤軸和整體葉盤等制造技術的有效提升是和機床工具技術的發展密不可分的。

       典型零件加工技術

       航空發動機大量采用鈦合金、耐熱合金等難加工材料及復合材料，對推動和促進機床工具的發展起到了重要的作用。同時表面完整性機械加工與智能控制技術、復雜薄壁零件多工藝復合加工技術、發動機零件高效綠色加工技術等先進技術的不斷發展，對機床工具提出了更高的要求，不但要解決結構變形與精度控制問題，而且要充分研究表面完整性控制問題。

       1. 機匣件加工技術

       (1)機匣件加工變形控制。機匣為弱剛性零件，配合面的設計精度高;材料多選用高溫合金和鈦合金等難加工材料;加工余量很大，分布也不均勻。加工后易變形，結合機匣的這些特點，可以采取下列措施減小機匣件加工后的變形：①合理安排加工工藝路線。②選擇正確的定位裝夾方法。③開發增強切削系統剛性的夾具。④合理規劃切削走刀路徑。⑤控制粗加工后的變形量。⑥明確機匣的檢測狀態。

       (2)機匣編程模板技術。由于機匣零件結構復雜，加工內容相對集中，數控加工工藝設計極其復雜。大部分零件一道工序就安排上百個加工工步，需要幾十種刀具，編程規范無法對一些內容進行細致的規定。

       通過加工模板中固化加工方法、走刀方式、加工余量、加工刀具、進退刀方式、機床控制和進給量等參數，能夠簡化編程流程。省去了加工刀具、加工方法組、多種加工參數的繁瑣設置工作。優化后的工作流程有利于零件加工程序的編制，降低了編程人員的疲勞強度和編程失誤率。UG模板文件建立步驟：①定義加工模板類型。②創建加工方法組和刀具組。③確定加工模板中的加工參數。④建立刀具庫。⑤設置模板關聯和繼承關系。

       隨著數控加工技術水平不斷提高，模板文件需要進行相應的更新，及時吸收當前最新的加工技術，滿足現場精益生產的需要。

       (3)無人干預數控加工技術是指在數字化控制加工設備上，被加工產品加工過程中無人為干預或極少人為干預，被加工產品的加工質量及質量穩定性不受人為因素影響的加工過程。最終達到關閉機床門→按動按鈕啟動加工程序→程序執行結束→打開機床門→卸下合格零件，中間不需人工測量、換刀和調整程序等。

       機匣零件無人干預數控加工程序原則上應具備下面幾個特點：

       ① 時效性：在保證零件加工質量安全的基礎上，實現全過程高效加工。

       ②精密性：無干預數控程序須能保證零件加工的主要尺寸及配合尺寸，質量可控，靠近尺寸中差。

       ③高自動性：通過采用機床自動換刀，機內自動對刀、在線測量技術，實現全程序數控加工無干預或少干預，加工過程按100%倍率進行，操作者無需調整進給倍率。④防錯性：采用邏輯判斷指令對加工全過程中的輸入值進行監控和管理，當出現錯誤時，自動采取對應的保護措施。⑤互動性：充分利用機床功能，將加工過程的換刀信息、出錯提示信息等內容在加工過程中及時、準確地顯示在操作面板上，提醒操作者進行相應操作。

       2 . 整體盤軸高效車銑復合加工

       整體盤軸零件是典型的盤軸一體結構零件，是將壓氣機盤和軸頸集成為一體的全新結構的重要承力件，具有結構復雜、尺寸精度高、剛性差和材料難加工等特點。

       特別是軸頸錐壁與輪盤浮板之間形成了半封閉深型腔結構，開敞性差，加工難度大，這類零件的加工按傳統的加工工藝需要在數控車床、坐標鏜床、五坐標加工中心等多種設備上完成。加工周期長，加工質量不穩定。整體盤軸采用車銑復合數控加工，編制ACE(Automatic ControlEquipment)程序、恒定線速度切削、在線測量和自動補償的數控加工技術，將加工、測量和補償有效地融合在同一程序段中，實現以機床為過程執行主體的連續加工模式，減少人為出錯的概率和不必要的停機時間。創新點在于加工過程高度集成。一次裝夾，完成車、銑、鉆、擴、鏜、鉸加工，一次成形。大幅提高零件加工質量和加工效率。

       通過設計全過程無人干預數控加工程序，改進了傳統加工中零件尺寸公差離散度大、質量不穩定問題。在整體盤軸零件深型腔加工中，采用高壓內冷結構的刀具和超高壓靶式斷屑技術，開發應用了B軸擺動車削加工技術，恒定線速度切削、在線測量和刀具磨損自動補償、軸向分層切削、徑向分層切削的加工方式，通過對切削參數、切削方式、走刀路徑的優化，有效解決了整體盤軸零件加工中斷屑、打刀、振動等工藝性難題。

       3. 整體葉盤的加工

       整體葉盤是將葉片和輪轂做成一個整體，具有質量輕、避免榫頭氣流損失等優點，在先進航空發動機中的應用越來越廣泛。整體葉盤結構復雜，葉片型面為復雜自由曲面，扭曲度大，加工精度要求高，相鄰葉片之間通道深而窄、開敞性差，使整體葉盤制造困難，加工過程中葉片間加工區域狹窄，刀具可移動范圍小，加工區域約束條件苛刻，使得加工過程中刀具矢量方向變化劇烈。

       整體葉盤高效加工是在保證零件精度和質量的前提下，通過對加工過程的優化和提高單位時間材料切除量來提高加工效率和設備利用率，降低生產成本的一種高性能加工技術。涵蓋了高效加工工藝、高效加工的數控編程技術、高效加工刀具選配及運用技術以及加工過程的智能化控制等。通過選擇小切深、大進給等先進的加工方法，減少工藝性應力集中，降低加工表面非均勻、非穩定殘余應力，提高零件的抗疲勞強度。

       4. 葉片型面數控銑削

       葉片采用五坐標加工中心，集成數控加工優勢實現了葉身型面、圓弧形榫頭、燕尾形榫頭、葉身上凹槽、軸頸圓弧槽和葉肩圓弧等多部位的數控加工。對比傳統的工藝加工方法，縮短了40%的工序，減少了70%的工裝制造量。

       葉片數控銑刀通常有圓角立銑刀、球頭立銑刀、錐度球頭立銑刀等。一般情況下應選擇這些標準刀具進行葉片銑削加工。在條件允許的情況下，也應多選擇機夾刀具，這樣可降低葉片的刀具消耗成本。

       當葉片某些部位需要特種刀具結構和規格時，要定制一些非標刀具。

       由于葉片結構不同，即使同一種材料的葉片，有同樣的切削余量和表面質量要求，也可能需要不同的切削參數。

       葉片型面的無余量數控銑削，即數控銑削后葉片型面應在公差范圍內，包括型面輪廓和位置度。要實現無余量數控銑削，僅靠高精度數控設備還不夠，還需要解決葉片毛料狀態的穩定性、葉片數控加工時裝夾系統的可靠性、刀具狀態變化的規律性分析及葉片銑削后的機械拋光等一系列問題。葉片無余量數控銑削是一項系統的工程技術，需要解決整個工藝過程中每個環節的問題，以及保持整個工藝系統的穩定性。

       機床工具在航空制造中的應用

       航空發動機是在高溫、高壓、高速旋轉的惡劣環境條件下長期可靠工作的復雜熱力機械，是典型的知識和技術高度密集的產品。航空制造業是機床制造商的主要服務對象之一。

       1. 航空發動機制造對機床工具需求

       航空制造業對零件加工精度和效率日益提高的需求不斷推動機床技術的發展，是機床產品創新的源源動力。高速高精度加工中心、復合加工和多軸聯動數控機床的出現，都與客戶需求密切相關。

       機床的發展方向： ① 自動化程度高，即要求設備具有數字化和前沿性的特征，軟件功能強大，自動化程度高。②高度集成性，附加設備 少，設備高度集成，能夠實現工藝復合。③柔性化，設備通用程度高，生產適用性強。④高精度、高效率、智能化，設備需具備精度高、技術成熟度高等特點。⑤高穩定性，精度保持時間長，故障率低。

       3 ～ 5軸加工中心、數控車床加工中心、各種磨削設備、各種精鍛設備、各種鑄造設備、特種電加工設備、復合加工中心(車銑、銑車)、葉片加工中心及磨削中心、特種電加工設備、激光加工及強化設備和零件表面處理設備是航空制造中必需的設備。

       (1)盤類零件加工設備的基本要求。數控立車：在工作臺直徑、定位精度、重復定位精度、工作臺轉速和工作臺承重等方面應與所加工零件相適應。具有自動換刀功能，刀庫容量足夠大;控制系統，具備刀具軌跡圖形顯示功能;具備USB端口、DNC網絡接收數據端口;配置高壓內冷，機載自動對刀功能、機載工件測量功能、溫度自動補償功能;機床具有足夠的剛性和可靠性。

       (2)機匣加工設備的基本要求。工作臺翻轉式五坐標銑加工中心：具備框架TRANS、AROT、刀尖跟蹤TRAORI、高級測量循環、計數循環FOR及子程序調用功能;具備USB端口、DNC網絡接收數據端口。其他功能：機床配有強力內冷，機載自動對刀功能、機載工件測量功能、溫度自動補償功能，具有斷點跟蹤功能; 機床具有足夠剛性和可靠性等。

       (3)葉片加工設備的基本要求。五坐標葉片銑加工中心：直線軸加速度高，響應快;帶有自適應加工功能;葉片加工專用軟件;在機檢測、雙驅動軸功能;24位以上刀庫以及機床內對刀裝置;機床具有足夠剛性和可靠性。

       2. 高性能刀具切削技術應用

       刀具作為切削加工的主體之一，在解決航空材料的加工難題中起著至關重要的作用。先進的航空產品要求航空零件具有更優異的性能、更低的成本和更高的環保性。

       加工工藝要求具有更快的加工速度、更高的可靠性、高重復精度和可再現性。航空鈦合金、高溫合金零件等難切削的工件材料，復雜而薄壁的形狀，高精度的尺寸和表面粗糙度要求，同時大的金屬去除量等特點，對切削刀具的高效、精密、安全性等提出更高的要求。

       傳統的刀具已不能滿足現代先進高效加工的要求，刀具行業進入了“高精度、高效率、高可靠性和專用化”的現代刀具生產新格局。

       高效可轉位刀具和超硬刀具是當今機械高性能加工技術的關鍵，進口刀具昂貴的價格制約了先進刀具在中國的推廣，嚴重影響了中國機械制造業的水平和生產效率，先進刀具結構形式、高性能的刀具材料，高效可轉位刀具系列及超硬刀具的研究開發勢在必行。

       一個新產品推向市場，會有效降低機械加工成本。另一方面通過開發高效可轉位刀具和超硬刀具，掌握一批擁有自主知識產權的高端可轉位刀具的設計和生產技術，可有效提高我國機床工具企業在國際領域的核心競爭力，提升我國切削刀具行業的整體發展水平，實現切削刀具的可持續發展。

       刀具企業應建立面向航空發動機用戶的數控刀具工藝數據庫。

       構建數控刀具的系列化工藝設計平臺，制定產品的企業新標準。注重知識產權的保護，實現航空發動機專用高效硬質合金刀具生產工藝技術集成 。

       3 . 國內機床工具的優勢及差距

       盡管我國機床行業近年來取得了長足的發展，數控化率穩步提高，但機床消費和生產的結構性矛盾仍然比較突出。主要體現在國內對中高檔機床的需求量不斷提高，但國內高檔數控機床還不能完全滿足需求。

       4. 航空制造對機床工具發展的建議

       (1)以點帶面，提升基礎。

       專項研究不但要兼顧主機和最終產品，還要夯實機床相關基礎設計制造理論。對基礎共性技術進行研究，提高機床工具核心競爭力。

       (2)重點突出，突破關鍵。

       航空發動機行業的裝備種類很多，可以集中在典型零件和機床上進行研究，如切削、磨削加工技術可以集中在機匣、葉片、整體葉盤/葉輪上，這三類零件可以集中80%以上的關鍵技術。集中了難加工材料、復雜曲面和弱剛性結構。相關的切削、磨削技術一旦突破，其他零件均可采用。

       (3)做好售后，實現共贏。

       機床工具企業應積極做好售后服務，實施“交鑰匙”工程。了解客戶需求，聽取客戶反饋意見，掌握世界先進的設計理念，設計制造出精品，與客戶共贏。

       結語

       一代材料、一代制造技術、一代工藝裝備，造就一代航空產品。

       隨著航空制造技術的不斷發展，對航空制造設備的依賴程度越來越高，需要工藝研究與設備的高度結合。機床工具的發展水平，直接影響制造技術的應用效果和航空產品的制造質量和效率。抓住機遇、乘勢而上，自主創新是我們的重要選擇。