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数控机床在航空发动机制造的应用论文
摘要：:航空发动机零件材料昂贵，难加工，精度要求高。数控机床的应用可以大幅提高产品质量，加大市场竞争力。研究了数控机床在航空发动机制造上的应用现状及存在的问题，并对未来发展方向作出展望。
关键词：:航空发动机;数控机床;智能工厂
作为飞机的心脏，航空发动机在国防建设中占有着极其重要的地位。由于航空发动机需要满足高性能、高可靠性、易维护、成本低、寿命长、清洁环保等多方面要求，航空发动机的结构也变得十分复杂，对加工过程的要求越来越高。例如，发动机叶片具有复杂的弯扭掠形状，涡轮叶片还需做成中空，并在叶片表面打孔以达到冷却效果，为达到航空发动机气动性能要求，叶片的加工精度要求非常高;航空发动机转速可达到万转以上，盘轴承受着巨大的离心力，对发动机的可靠性起着至关重要的作用，航空发动机盘轴件多采用钛合金、高温合金材料，难加工且尺寸精度要求高，若是整体叶盘，对数控技术的要求将更高。航空发动机零件难加工，高精度，零件种类多且复杂。在工业4．0的大背景下，加大数控机床在航空发动机制造上的应用任重而道远。
1数控机床应用现状
1．1数控机床特点
在第四次工业革命的大背景下，中国制造业正由传统工厂转型为现代化智能工厂，首先进行的就是将传统机床升级为数控机床。数控机床的采用使得生产线效率大大提升，产品精度得到改善，产品质量愈加稳定，大大提高了产品的市场竞争力。数控机床的优势具体有以下四点。
1)高精度。普通数控机床加工精度在微米级，一些超精密数控机床甚至可以达到纳米级，用来加工对精度要求较高的航空发动机零件，可以达到较高的产品合格率。
2)多道工序连续加工。由于航空发动机零件十分复杂，往往需要多道工序连续加工。在传统生产线上，一台普通机床仅能完成一道工序，每一步还需经过严格审查，人工重新找准定位，工序周转时间较长。但在数控机床上，只需定位一次，不同的工序仅更换刀具即可。
3)允许大切削量。数控机床是封闭式的，轴的转速高，移动速度快。航空发动机机匣件尺寸大，切削量大，用数控机床加工可以大大提高生产效率。
4)产品质量稳定。只要程序不变，设备硬件设施不变，数控机床加工出的零件就几乎没有变化。数控机床的操作不存在人为误差，只要设备调试完成，就可以保证一定的产品合格率。
1．2高端数控机床依赖进口
第四次工业革命来临之际，我国数控机床发展迅速，但与国外发达国家相比，依然存在很大差距。具体体现在以下三个方面。1)可靠性、加工精度较低。航空发动机零件所使用的材料价格高，难加工，同时精度要求高，进口机床故障率低，能够获得更高的经济效益。2)国产机床关键功能原部件仍依赖进口。数控系统是数控机床的“大脑”，刀库、主轴单元更是直接决定数控机床整体性能的核心部件。然而这些核心原部件仍需进口，再由国产加工中心进行整机组装。3)产品结构不合理。产学研相结合的技术创新体系尚未形成，本土企业缺乏创新人才，使得目前市场上国产机床品种比较单一，无法满足制造业大国的市场需求，大量数控机床需要从国外进口。
2存在的问题
虽然数控机床具有无可比拟的优势，但由于其复杂性，也产生了一系列问题，具体体现在以下三个方面。1)成本高。初期投入成本高，使用期间维护费用、人力资源成本相比于传统机床也大幅增加。2)对操作人员技术要求高。对于传统机床，操作人员只需掌握基础的机械加工知识。而数控机床的前期准备工作较为复杂，操作人员需要进行程序编制，同时数控机床自身结构比较复杂，对维护人员的要求也比较高。3)在某些零件上无法体现优势。航空发动机零件多而复杂，各部件对于精度的要求也不一致。对于一些精度要求不高、工序步骤少的零件，可在传统机床上快速找准定位，经验丰富的技术人员甚至可以达到数控机床的加工精度，而在数控机床上，还需要进行复杂的前期程序编制工作。于是在航空发动机的生产线上，采用数控机床与普通机床搭配工作的方式，优势互补，提高生产效率。
3未来展望
国内数控机床市场需求巨大，却大多数需要依赖进口。国家现大力支持创新创业，数控机床行业更应把握良机，建立具有自主研发能力的民族企业，满足日益增长的市场需求。数控机床未来发展主要表现为高精度、高速度、高可靠性、高柔性和智能化、网络化、复合化、绿色化。我国数控机床正向高精尖方向迈进，具体体现在以下三个方向。1)智能诊断。数控机床融合了电子、机械、材料等多个学科，易发生故障，故障诊断过程会花费大量人力物力，且诊断耗时长，效率低。国内外正大力开展智能故障诊断方面研究，已经取得一系列成果，诊断系统将由集中式向分布式、网络化方向发展。2)绿色环保。随着GDP的稳步增长，中国经济向着又好又快的方向发展，绿色环保的概念深入人心。可选择绿色环保材料作为数控机床零件材料，发展模块化数控机床，使得废弃材料得以回收利用。3)基于物联网的“无人工厂”。近年来物联网技术开发与应用十分火热，物联网实现了物体之间的通信，这种高效的信息交换大大提高了生产效率。机械手的引进能够解放人力劳动，促进产业整合升级，打造一个现代化、网络化的“无人工厂”。
4结语
文章以航空发动机为载体，对数控机床的特点和发展现状加以分析。针对其成本高、功能不完善等劣势，提出智能化、绿色化的未来展望，力求早日打破数控机床依赖进口的现状，响应国家“两机重大专项”，助力航空发动机事业。
参考文献:
［1］马艳玲．航空发动机零件高效加工对机床工具的要求［J］．金属加工(冷加工)，2011(3):19－23．
［2］唐克岩．我国数控机床产业发展现状与展望［J］．机床与液压，2012，40(5):145－147．
［3］辛晓叶，罗春红，刘月红，等．数控机床与普通机床性能比较分析［J］．新技术新工艺，2016(7):91－93．
作者：张睿琳 单位：西北工业大学 动力与能源学院
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