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數控機床在航空發動機制造的應用論文
摘要：:航空發動機零件材料昂貴，難加工，精度要求高。數控機床的應用可以大幅提高產品質量，加大市場競爭力。研究了數控機床在航空發動機制造上的應用現狀及存在的問題，并對未來發展方向作出展望。
關鍵詞：:航空發動機;數控機床;智能工廠
作為飛機的心臟，航空發動機在國防建設中占有著極其重要的地位。由于航空發動機需要滿足高性能、高可靠性、易維護、成本低、壽命長、清潔環保等多方面要求，航空發動機的結構也變得十分復雜，對加工過程的要求越來越高。例如，發動機葉片具有復雜的彎扭掠形狀，渦輪葉片還需做成中空，并在葉片表面打孔以達到冷卻效果，為達到航空發動機氣動性能要求，葉片的加工精度要求非常高;航空發動機轉速可達到萬轉以上，盤軸承受著巨大的離心力，對發動機的可靠性起著至關重要的作用，航空發動機盤軸件多采用鈦合金、高溫合金材料，難加工且尺寸精度要求高，若是整體葉盤，對數控技術的要求將更高。航空發動機零件難加工，高精度，零件種類多且復雜。在工業4．0的大背景下，加大數控機床在航空發動機制造上的應用任重而道遠。
1數控機床應用現狀
1．1數控機床特點
在第四次工業革命的大背景下，中國制造業正由傳統工廠轉型為現代化智能工廠，首先進行的就是將傳統機床升級為數控機床。數控機床的采用使得生產線效率大大提升，產品精度得到改善，產品質量愈加穩定，大大提高了產品的市場競爭力。數控機床的優勢具體有以下四點。
1)高精度。普通數控機床加工精度在微米級，一些超精密數控機床甚至可以達到納米級，用來加工對精度要求較高的航空發動機零件，可以達到較高的產品合格率。
2)多道工序連續加工。由于航空發動機零件十分復雜，往往需要多道工序連續加工。在傳統生產線上，一臺普通機床僅能完成一道工序，每一步還需經過嚴格審查，人工重新找準定位，工序周轉時間較長。但在數控機床上，只需定位一次，不同的工序僅更換刀具即可。
3)允許大切削量。數控機床是封閉式的，軸的轉速高，移動速度快。航空發動機機匣件尺寸大，切削量大，用數控機床加工可以大大提高生產效率。
4)產品質量穩定。只要程序不變，設備硬件設施不變，數控機床加工出的零件就幾乎沒有變化。數控機床的操作不存在人為誤差，只要設備調試完成，就可以保證一定的產品合格率。
1．2高端數控機床依賴進口
第四次工業革命來臨之際，我國數控機床發展迅速，但與國外發達國家相比，依然存在很大差距。具體體現在以下三個方面。1)可靠性、加工精度較低。航空發動機零件所使用的材料價格高，難加工，同時精度要求高，進口機床故障率低，能夠獲得更高的經濟效益。2)國產機床關鍵功能原部件仍依賴進口。數控系統是數控機床的“大腦”，刀庫、主軸單元更是直接決定數控機床整體性能的核心部件。然而這些核心原部件仍需進口，再由國產加工中心進行整機組裝。3)產品結構不合理。產學研相結合的技術創新體系尚未形成，本土企業缺乏創新人才，使得目前市場上國產機床品種比較單一，無法滿足制造業大國的市場需求，大量數控機床需要從國外進口。
2存在的問題
雖然數控機床具有無可比擬的優勢，但由于其復雜性，也產生了一系列問題，具體體現在以下三個方面。1)成本高。初期投入成本高，使用期間維護費用、人力資源成本相比于傳統機床也大幅增加。2)對操作人員技術要求高。對于傳統機床，操作人員只需掌握基礎的機械加工知識。而數控機床的前期準備工作較為復雜，操作人員需要進行程序編制，同時數控機床自身結構比較復雜，對維護人員的要求也比較高。3)在某些零件上無法體現優勢。航空發動機零件多而復雜，各部件對于精度的要求也不一致。對于一些精度要求不高、工序步驟少的零件，可在傳統機床上快速找準定位，經驗豐富的技術人員甚至可以達到數控機床的加工精度，而在數控機床上，還需要進行復雜的前期程序編制工作。于是在航空發動機的生產線上，采用數控機床與普通機床搭配工作的方式，優勢互補，提高生產效率。
3未來展望
國內數控機床市場需求巨大，卻大多數需要依賴進口。國家現大力支持創新創業，數控機床行業更應把握良機，建立具有自主研發能力的民族企業，滿足日益增長的市場需求。數控機床未來發展主要表現為高精度、高速度、高可靠性、高柔性和智能化、網絡化、復合化、綠色化。我國數控機床正向高精尖方向邁進，具體體現在以下三個方向。1)智能診斷。數控機床融合了電子、機械、材料等多個學科，易發生故障，故障診斷過程會花費大量人力物力，且診斷耗時長，效率低。國內外正大力開展智能故障診斷方面研究，已經取得一系列成果，診斷系統將由集中式向分布式、網絡化方向發展。2)綠色環保。隨著GDP的穩步增長，中國經濟向著又好又快的方向發展，綠色環保的概念深入人心。可選擇綠色環保材料作為數控機床零件材料，發展模塊化數控機床，使得廢棄材料得以回收利用。3)基于物聯網的“無人工廠”。近年來物聯網技術開發與應用十分火熱，物聯網實現了物體之間的通信，這種高效的信息交換大大提高了生產效率。機械手的引進能夠解放人力勞動，促進產業整合升級，打造一個現代化、網絡化的“無人工廠”。
4結語
文章以航空發動機為載體，對數控機床的特點和發展現狀加以分析。針對其成本高、功能不完善等劣勢，提出智能化、綠色化的未來展望，力求早日打破數控機床依賴進口的現狀，響應國家“兩機重大專項”，助力航空發動機事業。
參考文獻:
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［3］辛曉葉，羅春紅，劉月紅，等．數控機床與普通機床性能比較分析［J］．新技術新工藝，2016(7):91－93．
作者：張睿琳 單位：西北工業大學 動力與能源學院
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