航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點(diǎn)是耐高溫、高強(qiáng)度、難加工，同時(shí)合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。這就對(duì)其加工設(shè)備提出了更高要求，為了推動(dòng)航空航天事業(yè)的發(fā)展，近幾年來，有實(shí)力的機(jī)床生產(chǎn)廠家開始研發(fā)制造高端數(shù)控機(jī)床，以替代進(jìn)口，為民族事業(yè)作出了貢獻(xiàn)。
       一、精密數(shù)控系統(tǒng)需助力航空航天的發(fā)展
       航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點(diǎn)是耐高溫、高強(qiáng)度、難加工，同時(shí)合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。這就對(duì)其加工設(shè)備提出了更高要求，為了推動(dòng)航空航天事業(yè)的發(fā)展，近幾年來，有實(shí)力的機(jī)床生產(chǎn)廠家開始研發(fā)制造高端數(shù)控機(jī)床，以替代進(jìn)口，為民族事業(yè)作出了貢獻(xiàn)。
       航空航天產(chǎn)品制造對(duì)數(shù)控技術(shù)與裝備的需求呈現(xiàn)以下六個(gè)特點(diǎn)：機(jī)械加工的數(shù)控化率要求高，幾乎對(duì)各類數(shù)控機(jī)床都有需求;對(duì)數(shù)控機(jī)床利用率及數(shù)控加工效率要求高;數(shù)控加工已成為CAD/CAPP/CAM集成應(yīng)用及;無圖紙制造的基礎(chǔ);高速高精度數(shù)控切削加工已成必然趨勢(shì);要求對(duì)不同材料和結(jié)構(gòu)的零部件數(shù)控加工工藝及切削參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化;部分?jǐn)?shù)控技術(shù)與裝備具有專用性。對(duì)數(shù)控立式車床和立式車削中心、立式銑削加工中心、立臥轉(zhuǎn)換加工中心、數(shù)控鏜銑床、高效專用葉片加工中心、榫齒成形磨床、數(shù)控電火花加工機(jī)床等需求量較大，主要用于采用難加工材料、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的整體機(jī)匣、整體葉輪和葉盤等結(jié)構(gòu)件和各種復(fù)雜型面葉片的加工。航天產(chǎn)品的發(fā)動(dòng)機(jī)制造中，推力室內(nèi)外壁結(jié)構(gòu)、閥門、活門、轉(zhuǎn)子葉片等的加工，對(duì)數(shù)控銑床/銑削中心、精密數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等數(shù)控設(shè)備有較多的需求。
       航空機(jī)載設(shè)備的關(guān)鍵部件種類多、尺寸小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高，對(duì)精密數(shù)控鏜銑床和加工中心、精密數(shù)控車床和車削中心、精密數(shù)控萬能外圓磨床、數(shù)控電火花機(jī)床和線切割機(jī)床等數(shù)控設(shè)備有重要的需求，以滿足各種殼體、閥體、液壓偶件、液壓平板閥、光管、激光陀螺反射鏡、非球面光學(xué)零件等零部件的精密、超精密加工要求。航天產(chǎn)品的彈/箭/星載設(shè)備主要為控制、導(dǎo)引、探測(cè)部件等高精度的精密儀器與機(jī)械，對(duì)數(shù)控技術(shù)與裝備的要求主要是：精密數(shù)控車床和車削中心、高精度萬能數(shù)控磨床、數(shù)控光學(xué)坐標(biāo)磨床和成形磨床、高精度數(shù)控電火花加工機(jī)床等。
       航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點(diǎn)是耐高溫、高強(qiáng)度、難加工，同時(shí)合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)件主要有梁、框、肋、壁板等零件，此類零件大多為鋁合金或鈦合金材料，一般外形輪廓尺寸都很大，屬薄壁多腔的整體框架結(jié)構(gòu)，機(jī)械切削去除量大，表面質(zhì)量要求高。加工此類零件需要大型、重型機(jī)床裝備，要求工作臺(tái)承重10噸以上，有效行程在15米以上的高剛性機(jī)床。航空發(fā)動(dòng)機(jī)是國之重器，是裝備制造業(yè)的尖端。
       航空發(fā)動(dòng)機(jī)由于研制難度高、技術(shù)含量高、產(chǎn)業(yè)回報(bào)高的特點(diǎn)，被譽(yù)為是現(xiàn)代工業(yè);皇冠上的明珠。盡快在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，對(duì)于增強(qiáng)我國經(jīng)濟(jì)和國防實(shí)力、提升綜合國力具有重大意義。國家提出了2020年在航空航天領(lǐng)域機(jī)床國產(chǎn)化率達(dá)到80%的目標(biāo)，這不僅成為期盼，也是寄予了大國崛起的希望，需要包括數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、主機(jī)企業(yè)在內(nèi)整個(gè)行業(yè)的一致努力。對(duì)此，機(jī)床企業(yè)還需努力，技術(shù)突破仍需卯足勁。
       二．中國航空航天業(yè)刀具應(yīng)用現(xiàn)狀
       隨著航空航天產(chǎn)品的不斷升級(jí)，尤其各種難加工材料的使用，其加工技術(shù)也正逐步提高。如今航空航天領(lǐng)域在刀具的應(yīng)用方面是什么狀態(tài)，航空航天工具企業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r又是如何？
       中國航空航天工具協(xié)會(huì)常務(wù)副秘書長(zhǎng)楊衛(wèi)先生說：“就航空航天行業(yè)來講，其刀具的應(yīng)用水平未必比汽車領(lǐng)域高多少，兩者的主要區(qū)別在于，汽車行業(yè)通常是大批量地使用刀具，而航空航天業(yè)則是大件小批量生產(chǎn)，專業(yè)性刀具使用較多。”他介紹說，目前國內(nèi)航空業(yè)有七八家的專業(yè)化工具廠，而航天業(yè)則沒有。
       如此之少的專業(yè)化工具廠究竟能否滿足國內(nèi)的市場(chǎng)需求，是否需要一般的刀具企業(yè)配合生產(chǎn)？楊秘書長(zhǎng)介紹到，目前航空航天工具協(xié)會(huì)會(huì)員中專業(yè)化工具企業(yè)共有4家，即貴陽西南工具總廠、保定向陽航空精密機(jī)械有限公司、陜西航空硬質(zhì)合金工具公司以及陜西航空宏峰精密機(jī)械工具公司。這些企業(yè)的產(chǎn)品中有60%左右供應(yīng)航空航天企業(yè)使用，也有一部分出口。即便如此，供應(yīng)給航空航天使用的刀具也并非完全用于軍品的生產(chǎn)，多數(shù)航空航天企業(yè)所使用的刀具有70%——80%生產(chǎn)民品，僅20%——30%應(yīng)用于軍品。
       現(xiàn)今國內(nèi)航空航天刀具的市場(chǎng)狀況與別的行業(yè)類似，如果出現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)有刀具無法解決的難題時(shí)，特別是目前航空航天領(lǐng)域高精尖產(chǎn)品加工中遇到的鈦合金、鋁鎂合金等難加工材料及復(fù)合材料的加工，刀具應(yīng)用企業(yè)便需要通過自行研制、開發(fā)的方式解決。
       “專業(yè)化刀具廠的產(chǎn)品多數(shù)都是有任務(wù)安排的，無論如何也需要首先滿足航空航天領(lǐng)域的刀具需求。”楊秘書長(zhǎng)解釋說，這些專用刀具產(chǎn)品無法完全從市場(chǎng)上獲得，因而專業(yè)化廠在產(chǎn)品面向市場(chǎng)之前，必須首先要滿足行業(yè)的使用需求。對(duì)于一些有特殊要求而在國內(nèi)市場(chǎng)上無法尋求的刀具，協(xié)會(huì)則可以起到橋梁的作用，為企業(yè)聯(lián)系到國外的專業(yè)化刀具企業(yè)，滿足企業(yè)的需求。 “近年來，我國航空航天企業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭很好，國家給予比較大的支持，軍品生產(chǎn)任務(wù)飽滿，現(xiàn)在民品也已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，日益繁榮的市場(chǎng)又促進(jìn)了民品生產(chǎn)的發(fā)展。”
       楊秘書又說，細(xì)觀市場(chǎng)不難發(fā)現(xiàn)仍然存在一些問題：國內(nèi)專業(yè)化廠所能提供的多是專用刀具，市場(chǎng)上的通用刀具產(chǎn)品不全面，因而企業(yè)應(yīng)用以進(jìn)口居多；另外，一些進(jìn)口的高檔數(shù)控加工中心所使用的刀具也基本都源自進(jìn)口，以山特維克可樂滿、肯納、山高和歐士機(jī)等國際知名品牌為主，這些企業(yè)的銷售渠道很廣泛，在國內(nèi)大型城市都設(shè)有辦事處，購買刀具比較方便，并且良好的售后服務(wù)及產(chǎn)品質(zhì)量保障，也使其競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)更優(yōu)于國內(nèi)企業(yè)。在這樣的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，中國航空航天工具業(yè)更應(yīng)該發(fā)揮自主創(chuàng)新的能力，以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用企業(yè)的刀具國產(chǎn)化之路。
       由于目前機(jī)加工、模具設(shè)計(jì)制造等方面的應(yīng)用人才十分匱乏，很多企業(yè)對(duì)一些生產(chǎn)中的具體應(yīng)用問題十分關(guān)心，“如何提高數(shù)控設(shè)備的加工效率，如何提高鈦合金刀具的壽命及其切削速度，對(duì)數(shù)控操作人員進(jìn)行相關(guān)的培訓(xùn)以及軟磁合金的自行研制加工等這些問題都是他們所關(guān)注的，所以開展此類培訓(xùn)活動(dòng)很有必要。”
       三、刀具在航空航天制造業(yè)中的具體應(yīng)用
       現(xiàn)今，國內(nèi)航空航天刀具的發(fā)展?fàn)顩r與別的行業(yè)類似，如果出現(xiàn)市場(chǎng)上現(xiàn)有刀具無法解決的加工難題，特別是目前航空航天領(lǐng)域高精尖產(chǎn)品加工中遇到的鈦合金、鋁鎂合金等難加工材料及復(fù)合材料的加工難題，就需要刀具供應(yīng)商和用戶密切合作，通過共同研制、試切開發(fā)出專用刀具。同時(shí)，刀具廠商在產(chǎn)品面向市場(chǎng)之前，都是經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)、試切，確保滿足用戶加工過程中的各種需求。
       1.航空航天制造業(yè)典型零件用刀具種類
       航空航天零部件不僅采用了很多新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)和新材料，而且零件構(gòu)型復(fù)雜，剛性較差，這些因素促使發(fā)動(dòng)機(jī)等零件機(jī)械加工必須大量使用高性能的標(biāo)準(zhǔn)刀具和專用刀具進(jìn)行加工。
       目前，發(fā)動(dòng)機(jī)盤類零件、軸類零件、機(jī)匣類零件加工中外購高性能硬質(zhì)合金標(biāo)準(zhǔn)刀具和硬質(zhì)合金非標(biāo)刀具比例相當(dāng)。典型中小構(gòu)件，葉片類零件等以標(biāo)準(zhǔn)刀具為主。在實(shí)際加工中刀具的選擇主要考慮以下幾個(gè)因素：工件材料、工件形狀、加工要求、加工機(jī)床、系統(tǒng)剛性、表面質(zhì)量技術(shù)要求等。以渦輪機(jī)匣零件為例，從工件材料上分析，變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用。這些難加工材料導(dǎo)熱系數(shù)小，比強(qiáng)度大，切削溫度高，易產(chǎn)生加工硬化。切削時(shí)刀具磨損快，刀具壽命短，刀具消耗量大，因此必須合理選擇刀具幾何角度。從工件結(jié)構(gòu)上來看，壁薄、剛性差，難加工。
       加工零件凸起部分時(shí)，刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉。因此必須對(duì)刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化，如用插銑加工代替?zhèn)茹姟⒖招谐炭焖僮叩丁?yōu)化抬刀位置、采用螺旋插補(bǔ)等方式進(jìn)行銑削。從機(jī)床的選擇上來說，渦輪機(jī)匣需要在大功率的加工中心上加工。從加工工序上分析，機(jī)匣需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工。為了節(jié)省刀具費(fèi)用，在制造這類零件時(shí)，粗加工時(shí)可采用高性能陶瓷銑刀，半精加工和精加工時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀具和非標(biāo)高性能專用刀具，這樣可顯著提高生產(chǎn)效率。從加工經(jīng)濟(jì)性方面上來說，刀具配置方案需要不斷改進(jìn)，盡量采用刀具商最新研發(fā)的產(chǎn)品。
       2.航空航天制造業(yè)常用刀具材料
       隨著航空航天業(yè)鈦合金、高溫合金等難加工材料的廣泛應(yīng)用，如何正確選擇、合理使用刀具進(jìn)行高效高質(zhì)量切削加工已經(jīng)成為一個(gè)非常重要的行業(yè)性話題。隨著工件材料與刀具材料、結(jié)構(gòu)等的互相促進(jìn)，航空航天制造業(yè)得以不斷發(fā)展，可以說刀具的不斷發(fā)展是航空航天制造業(yè)不斷發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力。
       目前，航空航天制造業(yè)廣泛應(yīng)用的刀具材料主要有以下幾大類：工具鋼（碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼）、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料。其中，硬質(zhì)合金刀具所占比重最大，在航空制造中是主導(dǎo)刀具，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性，且化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金，因此，陶瓷刀具已經(jīng)成為航空航天業(yè)刀具發(fā)展的一個(gè)主流。
       在航空航天材料加工過程中，槽加工和孔加工是加工難點(diǎn)。像發(fā)動(dòng)機(jī)盤類零件、軸類零件、機(jī)匣類零件加工對(duì)加工刀具的要求非常高，因此，在這類零部件的加工中高性能硬質(zhì)合金標(biāo)準(zhǔn)刀具和硬質(zhì)合金非標(biāo)刀具使用量非常大。在實(shí)際加工中刀具的選擇應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素：工件材料、工件形狀、加工要求、加工機(jī)床、系統(tǒng)剛性、表面質(zhì)量技術(shù)要求等。
       以渦輪機(jī)匣零件為例，從工件材料上分析，變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用，這些難加工材料導(dǎo)熱系數(shù)小，比強(qiáng)度大，切削溫度高，易產(chǎn)生加工硬化，切削時(shí)刀具磨損快，刀具壽命短，刀具消耗量大，因此必須合理選擇刀具幾何角度。
       從工件結(jié)構(gòu)上來看，壁薄、剛性差，難加工，加工零件凸起部分時(shí)，刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉，因此，必須對(duì)刀具路徑進(jìn)行優(yōu)化，如插銑加工代替?zhèn)茹姡招谐炭焖僮叩叮瑑?yōu)化抬刀位置，采用螺旋插補(bǔ)等方式進(jìn)行銑削。
       從加工工序上分析，機(jī)匣需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工，為了節(jié)省刀具費(fèi)用，在制造這類零件時(shí)，粗加工時(shí)可采用高性能陶瓷銑刀，半精加工和精加工時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金刀具和非標(biāo)高性能專用刀具，這樣可顯著提高生產(chǎn)效率。
       從加工經(jīng)濟(jì)性方面上來說，刀具配置方案需要不斷改進(jìn)，盡量采用刀具商最新研發(fā)的產(chǎn)品。航空制造業(yè)中，硬質(zhì)合金刀具所占比重最大。硬質(zhì)合金刀具在航空制造中是主導(dǎo)刀具，應(yīng)用范圍則相當(dāng)廣泛，在數(shù)控刀具材料中占主導(dǎo)地位。硬質(zhì)合金成為主要的刀具材料，使切削加工實(shí)現(xiàn)了向硬質(zhì)合金時(shí)代的過渡，由于不同牌號(hào)的硬質(zhì)合金性能特點(diǎn)不同，因而其應(yīng)用范圍也不同。硬質(zhì)合金不但可用于制造各種機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具，而且可以制造整體式立銑刀、鉸刀、絲錐和鉆頭等。硬質(zhì)合金刀具分為普通硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金、碳（氮）化鈦基硬質(zhì)合金。
       YT類硬質(zhì)合金具有YG類和YW類的大部分優(yōu)良性能，在航空制造業(yè)應(yīng)用較廣。涂層硬質(zhì)合金有比基體更高的硬度、耐磨性、耐熱性，應(yīng)用廣泛。超細(xì)顆粒硬質(zhì)合金可以大范圍地運(yùn)用于斷續(xù)切削。碳（氮）化鈦基硬質(zhì)合金主要用于鋼件的連續(xù)表面的精加工和半精加工。
       目前我國陶瓷刀具的應(yīng)用還處于起步階段，實(shí)際應(yīng)用發(fā)展較慢。陶瓷刀具主要用于硬質(zhì)合金刀具難以切削的工件粗加工。航空制造業(yè)推廣使用陶瓷刀具的時(shí)間不長(zhǎng)，在陶瓷刀具的幾何參數(shù)、切削用量以及使用技術(shù)方面需要積累經(jīng)驗(yàn)。陶瓷材料與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性。陶瓷刀具化學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金，非常適合干式連續(xù)高速切削高溫合金、淬硬剛、軸承鋼、高強(qiáng)度鋼等難加工材料。航空發(fā)動(dòng)機(jī)中高溫合金應(yīng)用很多，盤軸類零件較多，正是陶瓷刀具發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的地方。實(shí)現(xiàn)高效加工，以陶瓷刀具替代部分硬質(zhì)合金刀具，是完全可行的。陶瓷刀具不是萬能刀具，只有正確使用才能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。
       鑒于陶瓷刀具的特性，選用時(shí)必須注意三方面的問題：①要選擇良好的系統(tǒng)剛性，可以有效防止振動(dòng)對(duì)刀具的損害，提高刀具壽命。②要防止零件對(duì)刀具的沖擊。對(duì)硬度高并且形狀不規(guī)則的毛坯，應(yīng)在切入和切出處先倒角再切削。③要優(yōu)選刀具幾何參數(shù)，陶瓷刀具常采用零前角或負(fù)前角切削。我們要在充分掌握工件材料性能的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的措施才能使切削加工達(dá)到高質(zhì)量、高效率、低成本。