数控加工技术在航空领域的发展趋势

数控加工技术在航空领域的发展趋势

李慧敏

哈尔滨东安实业发展有限公司  黑龙江哈尔滨 150000

摘要：本文探讨了航空领域数控加工技术的应用现状和发展趋势，通过深入了解数控加工技术的功能优势，使航空领域的变革潜力得到更好地释放，顺势打开全新的发展格局，彻底改变该行业的发展模式，继而推动整个行业的创新发展。

关键词：数控加工技术；航空领域；发展趋势

引言：在动态多变的航空领域，数控加工技术的有效应用，旨在整体提升飞机性能，降低成本效益，高效集成3D打印、智能制造、物联网等技术，优化零件性能，缩短交货时间，继续塑造航空工程的发展轨迹，突破各种界限，使得航空制造充满无限的可能。

1、数控加工技术在航空领域的应用现状

1.1精密零件生产

航空业在每个环节都要求精度，而数控加工是生产复杂和高公差部件的基石技术。从关键的发动机零件到复杂的航空电子设备，数控加工可确保每件零件都符合严格的规格。精密部件生产最重要的方面之一是能够使用多种材料，从铝和钛等传统金属到先进的复合材料和合金。数控机床在这方面表现出色，可以灵活地处理不同的材料，同时保持一致的质量。例如，在涡轮叶片和发动机壳体的生产中，数控加工提供了确保最佳性能和燃油效率所需的精度。与此同时，数控加工允许快速原型制作和迭代设计过程，使制造商能够在全面生产之前快速完善和优化组件[1]。这种敏捷性在快速发展的航空航天业中非常宝贵，因为创新驱动着竞争力。

1.2结构件制造

从机身框架到翼梁，数控加工可确保每个结构部件均满足严格的强度和性能要求。配备多轴功能的数控机床特别适合加工复杂的结构部件。通过利用先进的刀具路径和切削策略，制造商可以以最少的材料浪费和加工时间实现复杂的几何形状。其次，数控加工有助于将袋、肋和桁架等轻量化特征集成到结构部件中。通过战略性地去除不需要的材料，飞机结构的重量与强度比得到优化，燃油效率和性能也将随之提高。最后，数控加工可以用整体材料生产大型结构部件，从而减少连接过程和潜在故障点的需要。这种整体结构提高了飞机结构的整体耐用性和可靠性，有助于提高安全性和维护效率。

1.3复合材料加工

航空航天业越来越依赖碳纤维增强聚合物（CFRP）和玻璃纤维等先进复合材料来满足轻质、高强度结构的需求。数控加工在精确、高效地成型和修整复合材料部件方面发挥着关键作用。由于复合材料的各向异性特性以及对分层和纤维拔出的敏感性，复合材料在机械加工中提出了独特的挑战。配备专用切削刀具和自适应加工技术的数控机床能够克服这些挑战，同时保持尺寸精度和表面光洁度。从飞机内饰到发动机短舱，数控加工能够制造具有复杂细节和严格公差的复杂复合材料部件。通过利用磨料水射流切割和激光烧蚀等先进加工策略，制造商可以在不影响材料完整性的情况下实现所需的几何形状和表面光洁度。

2、数控加工技术在航空领域的发展趋势

2.1增材制造和3D打印

增材制造（包括3D打印等技术）代表了航空数控加工的变革趋势。与从固体块中去除材料的传统减材方法不同，增材制造逐层构建组件，提供前所未有的设计自由度和材料效率。在航空领域，增材制造能够生产复杂的几何形状和轻质结构，而这是以前使用传统加工方法无法实现的。组件可以针对特定的性能标准进行优化，从而提高燃油效率、减少排放并提高飞机的整体性能[2]。另外，增材制造有助于航空航天部件的快速原型制作和迭代设计，加快创新周期并缩短上市时间。通过消除对昂贵工具的需求并减少材料浪费，增材制造还比传统制造工艺显着节省成本。随着增材制造技术不断进步，随着材料选择、工艺可靠性和可扩展性的改进，它们有望彻底改变航空航天制造，为航空业定制、按需生产的新时代铺平道路。

2.2智能制造与物联网集成

智能制造原理与物联网技术的融合是航空数控加工的另一个未来趋势。通过将数控机床、传感器和生产系统连接到集中式数据网络，制造商可以实时收集加工过程的信息、监控设备运行状况并优化生产工作流程。在航空领域，精度、可靠性和可追溯性都是不容忽视的重要因素，智能制造和物联网集成提供了众多优势，可以持续监控和分析机器性能数据，例如温度、振动和工具磨损，以预测维护需求、防止设备故障并最大限度地减少停机时间。支持物联网的数控机床可以与其他生产系统无缝通信，例如ERP（企业资源规划）软件和供应链管理系统，从而实现对制造过程的端到端可见性和控制。这种连接简化了操作，提高了资源利用率，并提高整体的生产力。预测分析和机器学习算法等智能制造技术可以优化加工参数、刀具路径和调度算法，以最大限度地提高效率和质量。通过利用数据驱动的洞察力，制造商可以不断改进流程、减少浪费并满足航空航天业不断变化的需求。

2.3增强材料加工技术

增强材料加工技术的发展有望通过扩大可有效加工和加工的材料范围来彻底改变航空数控加工。由于飞机设计采用了具有独特性能和性能特征的复合材料、陶瓷和金属合金等先进材料，因此加工方法必须不断发展以适应这些材料的特定要求。在航空领域，增强的材料加工技术可带来显著的优势。先进的切削刀具、涂层和加工策略能够对由特殊材料制成的航空航天部件进行精确成型、钻孔和精加工，确保尺寸精度、表面质量和结构完整性。磨料水射流切割、激光烧蚀和超声波加工等非传统加工方法的进步扩大了数控加工的能力，以高精度和高效率加工具有挑战性的材料。这些技术具有独特的优势，例如最小的热影响区、减少的刀具磨损以及加工复杂形状和轮廓的能力

[3]。此外，混合加工方法将增材制造与数控加工相结合，可以制造具有定制材料特性和复杂几何形状的混合部件。通过集成增材和减材工艺，制造商可以优化零件性能、缩短交货时间并增强航空航天应用的设计灵活性。

结束语

总而言之，随着航空业的不断发展，数控加工技术的应用范围将会随之扩大，其应用优势也将体现在更多的方面。所以，制造商应继续利用数控加工技术，持续改进飞机的设计方案及生产方案，塑造性能优良的下一代飞机，开创航空航天卓越制造的新时代。

参考文献：

[1]徐为荣，丁云霞.数控加工技术在机械加工制造中的有效应用[J].模具制造，2023，23(12)：54-56.

[2]徐光利，王锋，胡晶等.航空零件双面加工中面轮廓度数控加工参数优化方法[J].中国机械，2023，(32)：6-9.

[3]张波涛.航空结构件数控加工变形及其控制策略[J].今日制造与升级，2023，(04)：30-33.