智能制造和高速高精加工技術
——訪中航工業北京航空制造工程研究所王焱研究員

本刊記者/Reporter　汪 藝/WANG Yi

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智能制造和高速高精加工技術
——訪中航工業北京航空制造工程研究所王焱研究員

本刊記者/Reporter汪 藝/WANG Yi

王焱：男，1963年生，中航工業北京航空制造工程研究所研究員，長期從事切削加工、數控工藝、柔性制造技術、數字化制造技術等研究與應用工作，完成了多項科研課題和型號攻關任務。近年來，重點開展了復雜結構件精確數控加工、快速響應制造車間、復雜曲面構件適應性加工等技術研究。撰寫科技論文及科技報告60余篇，獲集團公司科技進步獎5項、航空科學技術研究計劃項目立功2次。

我刊本期的技術主題是“高速、高精加工技術”，高速加工技術的出現曾給機加行業帶來了巨大的變革，而高精度是加工行業不斷追求的目標。如何高速高效地加工出符合要求的高精度產品，需要有優良的加工設備，同時也需要符合設備和工件特點的優化工藝流程，為此本刊記者采訪了中航工業北京航空制造工程研究所王焱研究員。

我刊本期的技術主題是“高速、高精加工技術”，高速加工技術的出現曾給機加行業帶來了巨大的變革，而高精度是加工行業不斷追求的目標。如何高速高效地加工出符合要求的高精度產品，需要有優良的加工設備，同時也需要符合設備和工件特點的優化工藝流程，為此本刊記者采訪了中航工業北京航空制造工程研究所王焱研究員。

高速、高精加工技術

高速切削技術被公認為源自1931年德國學者Carl.Salomon博士所提出的一個假設。該假設描繪出了一個非常理想的加工狀態，即針對某種材料的切削速度達到一定數值時，切削力急劇降低，切削溫度下降，避免了較高速切削溫度下出現的劇烈刀具磨損和加工中工件的變形，提高了加工精度并改善了表面質量；同時，高速切削能夠大幅提升單位時間金屬去除率，減少切削工時，提高機床加工效率。高速加工、超高速加工方法目前已經獲得廣泛的工程應用。

王老師介紹說，(1)在航空領域，高速加工技術主要用于大型結構件的加工，特別是鋁合金結構件的加工，這是由于首先機構件本身尺寸比較大，從幾米到幾十米都有，加工時材料去除量占毛坯重量的90%以上，由于加工效率的要求需要采用高速加工技術；其次結構件規格大、結構厚度薄，加工中工件結構變形問題比較嚴重，也需要采用高速加工方式降低切削力，以減小工件的變形。(2)除此以外其他航空部件比如發動機大多采用鈦合金、不銹鋼、高溫合金等高性能材料，零件結構復雜，精度要求嚴格，另外光學器件和液壓系統等機載設備的零件，對精度的要求更為嚴格。因此這些零件的制造一直對制造工藝與裝備有著較高的要求，高精度、高性能的機床和合適的工藝流程是滿足航空產品高效率高精度制造需求的關鍵手段之一。

工藝方法與高速高精加工技術

王老師在機加工行業工作多年，參與了航空基金、基礎科研、工信部04專項等多個國家項目的工作，從事的主要工作之一是加工工藝技術研究。航空產品的零部件生產屬于小批量規模，數量相對消費品行業來說比較少，但是零件復雜程度高、精度質量要求嚴。在面對每一個具有不同特點的零部件時，要從設備的選用和工具制造、工件的加工工藝和具體加工方法等各個環節全面考慮，工藝流程的設計和完善、專用工藝裝備的功能需求和結構配置分析貫穿整個工作過程。

工藝裝備是實現工藝方法的基礎，是工藝技術實施的載體。由于航空產品零部件越來越多地采用整體結構和新型材料，常常具有復雜曲面外形、復雜的結構形式和裝配協調關系等特殊要求，高速高精技術成為支撐航空產品制造的關鍵，航空制造業對高速高精設備有著迫切的需求。工藝技術研究除探索工藝方法、確定工藝流程外，經常要解決的就是新型工藝設備工程開發與應用問題。航空專用工藝裝備是中航工業北京航空制造工程研究所主攻的另一個重要領域，從機床結構及部件的設計制造、配置安裝到調試整個過程都形成了獨有的特色和能力，以數控機床為例，經過長期的技術研究和實際工作經驗積累，交付的數控機床在功能、性能和可靠性等方面都達到了國際或國內先進水平，完全能夠滿足航空大型結構件的加工需要。

先進工藝裝備的工程應用是工藝技術研究的一個組成部分，關注點是設備應用效率和加工質量穩定性的提升。這部分工作通常以關鍵件技術攻關、首件試制、交鑰匙工程的形式來完成，需要根據產品的特點和加工要求制定優化的加工工藝流程，并形成工藝規程或工藝規范；必要時通過控制系統和定制相關軟件將工藝方法和過程集成到工藝裝備中，實現工藝方法與工藝裝備的系統集成；最后要在確定的工藝裝備上按照優化的加工工藝流程完成典型零部件的加工驗證。這一系列的工作涉及到了設備功能應用、產品工藝設計、產品加工等諸多過程。

刀具技術與高速高精加工技術

王老師說在整個工藝流程中切削刀具是支撐和促進切削加工技術進步的關鍵因素之一。近年來，高速高精數控機床的廣泛應用促使現代切削加工技術發展到了一個新的階段，先進高效刀具的應用是使昂貴的數控機床充分發揮其高速高效加工能力的基本前提之一，也是先進工藝技術發揮效用的重要保障。

切削加工追求的目標是高精度、高效率、低成本、綠色環保。先進的刀具技術是促進切削技術發展的基礎和保證，刀具技術的發展涉及刀具材料和刀具結構的發展，刀具材料是提升刀具性能的基礎，刀具結構是提高工件加工精度的關鍵。隨著高速加工、高精度加工技術的進步和難加工材料應用數量的增加，刀具材料和技術的進展也十分顯著，人們在新型刀具材料的應用、刀具涂層技術以及新型刀具切削性能方面進行了大量的研究與應用工作，以適應高速切削、干式切削、高精度加工的基本需求。

智能化制造

王老師說航空產品研制已經進入數字化時代，數字化的裝備成為各個工藝環節不可或缺的基礎資源，復雜形狀零部件制造的工藝活動已經由傳統的手工操作變成程序控制執行，這種數字化執行手段為實現航空產品智能制造奠定了基礎。航空產品制造過程的智能化主要由4 個方面組成：(1)智能加工工藝；(2) 智能裝備及智能制造單元；(3) 智能制造系統；(4) 航空產品智能維護與服務。

智能制造系統重點要突破的技術包括：制造系統的分布式網絡化管控、多機器人的協同控制、工藝與裝備的信息交互與過程優化、系統狀態監控與智能化加工決策、制造過程數值仿真與工藝優化等。

智能工廠要解決的關鍵技術包括：工藝布局規劃與虛擬工廠、智能倉儲與物流、智能化生產調度、生產過程實時監控、質量狀態跟蹤與智能化檢測等。

智能制造是工業化與信息化深度融合的產物，當前，我國政府正在推進《中國制造2025》這一戰略規劃和行動計劃，應該抓住這一有利時機，在中航工業已有的數字化網絡化設計/ 制造基礎上，打造航空智能制造，提升我國航空制造業的整體能力和水平。

智能制造從宏觀上將推動傳統的標準化、大批量、剛性緩慢的生產模式向個性化、高度柔性化、快速響應市場需求方向轉變；微觀上，將通過數字化、網絡化、自動化和智能化的系統集成，實現產品研制過程的全閉環控制。

作為數字化、網絡化、自動化延伸發展的智能制造，將為制造業帶來從大規模生產到定制化柔性生產的變革，將建立一個高度靈活的個性化和網絡化的產品研制和服務模式，實現從最初設計創意到最終產品制造乃至使用服務的全流程控制和管理。

未來的工作方向

王老師說，他們今后的工作重點主要包括：(1)目前想把工藝和設備緊密集成起來，提高自動化水平，提高數字控制和數據處理水平，向智能化方向發展。復雜的產品加工必須靠數據及數字指令來控制，需要靠數控程序來完成規定產品的加工制造，目前程序準備這個過程非常長(人工編程，設備等待)，現在希望縮短這個過程，以減少設備閑置的時間。航空產品有些零件規格大、精度高、加工周期長，設備的購置和使用成本非常高，減少設備閑置時間、提高設備加工效率可以降低生產成本。這就需要加強數據處理的能力和提高數據處理的速度。(2)航空產品零件毛坯之間可能有細微的差異，定位基準協調、加工余量分配和加工變形控制是保證工件加工質量的關鍵環節，需要加強在線測量技術研究與應用，實現測量—調整—加工一體化，這也是智能化加工的一個重要方向，加工過程中實時測量、反饋并實現實時控制對處理個性化工況、保證加工質量一致性是非常重要的。(3)近年來工藝設備的發展比較快，而優化的工藝和合理的參數需要很長時間來改進和完善，需要針對不同的零件特點及其加工要求制定適應的工藝和參數，這是一個非常復雜而長期的工作。

王老師最后總結說，航空制造業是先進制造技術密集型行業，從數控機床的領先應用實現高速高精加工開始，航空產品設計已經實現全數字化建模，制造過程也在數字量傳遞、無紙化制造、信息化集成方面積累了成熟的經驗，機械制造工藝也從傳統的切削加工原理，發展成為高速加工、精密加工、適應性控制等新型綜合技術的集成。隨著計算機技術的發展，人類已經進入了信息化和網絡化時代，信息技術成為21世紀經濟發展的強大推動力，也成為機械加工過程的重要依托，智能化發展將是機械加工的一個重要發展方向。相信隨著智能化技術的不斷完善，一定能更好地滿足航空產品的高速和高精度加工要求，也能促進我國的機械加工行業實現跨越式的發展！

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Intelligent manufacturing and high speed & high precision machining technology——Interview with Mr. WANG Yan, the Professor of AVIC Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute

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