本刊记者/Reporter　汪 艺/WANG Yi



智能制造和高速高精加工技术
——访中航工业北京航空制造工程研究所王焱研究员

本刊记者/Reporter汪 艺/WANG Yi

王焱：男，1963年生，中航工业北京航空制造工程研究所研究员，长期从事切削加工、数控工艺、柔性制造技术、数字化制造技术等研究与应用工作，完成了多项科研课题和型号攻关任务。近年来，重点开展了复杂结构件精确数控加工、快速响应制造车间、复杂曲面构件适应性加工等技术研究。撰写科技论文及科技报告60余篇，获集团公司科技进步奖5项、航空科学技术研究计划项目立功2次。

我刊本期的技术主题是“高速、高精加工技术”，高速加工技术的出现曾给机加行业带来了巨大的变革，而高精度是加工行业不断追求的目标。如何高速高效地加工出符合要求的高精度产品，需要有优良的加工设备，同时也需要符合设备和工件特点的优化工艺流程，为此本刊记者采访了中航工业北京航空制造工程研究所王焱研究员。

我刊本期的技术主题是“高速、高精加工技术”，高速加工技术的出现曾给机加行业带来了巨大的变革，而高精度是加工行业不断追求的目标。如何高速高效地加工出符合要求的高精度产品，需要有优良的加工设备，同时也需要符合设备和工件特点的优化工艺流程，为此本刊记者采访了中航工业北京航空制造工程研究所王焱研究员。

高速、高精加工技术

高速切削技术被公认为源自1931年德国学者Carl.Salomon博士所提出的一个假设。该假设描绘出了一个非常理想的加工状态，即针对某种材料的切削速度达到一定数值时，切削力急剧降低，切削温度下降，避免了较高速切削温度下出现的剧烈刀具磨损和加工中工件的变形，提高了加工精度并改善了表面质量；同时，高速切削能够大幅提升单位时间金属去除率，减少切削工时，提高机床加工效率。高速加工、超高速加工方法目前已经获得广泛的工程应用。

王老师介绍说，(1)在航空领域，高速加工技术主要用于大型结构件的加工，特别是铝合金结构件的加工，这是由于首先机构件本身尺寸比较大，从几米到几十米都有，加工时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术；其次结构件规格大、结构厚度薄，加工中工件结构变形问题比较严重，也需要采用高速加工方式降低切削力，以减小工件的变形。(2)除此以外其他航空部件比如发动机大多采用钛合金、不锈钢、高温合金等高性能材料，零件结构复杂，精度要求严格，另外光学器件和液压系统等机载设备的零件，对精度的要求更为严格。因此这些零件的制造一直对制造工艺与装备有着较高的要求，高精度、高性能的机床和合适的工艺流程是满足航空产品高效率高精度制造需求的关键手段之一。

工艺方法与高速高精加工技术

王老师在机加工行业工作多年，参与了航空基金、基础科研、工信部04专项等多个国家项目的工作，从事的主要工作之一是加工工艺技术研究。航空产品的零部件生产属于小批量规模，数量相对消费品行业来说比较少，但是零件复杂程度高、精度质量要求严。在面对每一个具有不同特点的零部件时，要从设备的选用和工具制造、工件的加工工艺和具体加工方法等各个环节全面考虑，工艺流程的设计和完善、专用工艺装备的功能需求和结构配置分析贯穿整个工作过程。

工艺装备是实现工艺方法的基础，是工艺技术实施的载体。由于航空产品零部件越来越多地采用整体结构和新型材料，常常具有复杂曲面外形、复杂的结构形式和装配协调关系等特殊要求，高速高精技术成为支撑航空产品制造的关键，航空制造业对高速高精设备有着迫切的需求。工艺技术研究除探索工艺方法、确定工艺流程外，经常要解决的就是新型工艺设备工程开发与应用问题。航空专用工艺装备是中航工业北京航空制造工程研究所主攻的另一个重要领域，从机床结构及部件的设计制造、配置安装到调试整个过程都形成了独有的特色和能力，以数控机床为例，经过长期的技术研究和实际工作经验积累，交付的数控机床在功能、性能和可靠性等方面都达到了国际或国内先进水平，完全能够满足航空大型结构件的加工需要。

先进工艺装备的工程应用是工艺技术研究的一个组成部分，关注点是设备应用效率和加工质量稳定性的提升。这部分工作通常以关键件技术攻关、首件试制、交钥匙工程的形式来完成，需要根据产品的特点和加工要求制定优化的加工工艺流程，并形成工艺规程或工艺规范；必要时通过控制系统和定制相关软件将工艺方法和过程集成到工艺装备中，实现工艺方法与工艺装备的系统集成；最后要在确定的工艺装备上按照优化的加工工艺流程完成典型零部件的加工验证。这一系列的工作涉及到了设备功能应用、产品工艺设计、产品加工等诸多过程。

刀具技术与高速高精加工技术

王老师说在整个工艺流程中切削刀具是支撑和促进切削加工技术进步的关键因素之一。近年来，高速高精数控机床的广泛应用促使现代切削加工技术发展到了一个新的阶段，先进高效刀具的应用是使昂贵的数控机床充分发挥其高速高效加工能力的基本前提之一，也是先进工艺技术发挥效用的重要保障。

切削加工追求的目标是高精度、高效率、低成本、绿色环保。先进的刀具技术是促进切削技术发展的基础和保证，刀具技术的发展涉及刀具材料和刀具结构的发展，刀具材料是提升刀具性能的基础，刀具结构是提高工件加工精度的关键。随着高速加工、高精度加工技术的进步和难加工材料应用数量的增加，刀具材料和技术的进展也十分显著，人们在新型刀具材料的应用、刀具涂层技术以及新型刀具切削性能方面进行了大量的研究与应用工作，以适应高速切削、干式切削、高精度加工的基本需求。

智能化制造

王老师说航空产品研制已经进入数字化时代，数字化的装备成为各个工艺环节不可或缺的基础资源，复杂形状零部件制造的工艺活动已经由传统的手工操作变成程序控制执行，这种数字化执行手段为实现航空产品智能制造奠定了基础。航空产品制造过程的智能化主要由4 个方面组成：(1)智能加工工艺；(2) 智能装备及智能制造单元；(3) 智能制造系统；(4) 航空产品智能维护与服务。

智能制造系统重点要突破的技术包括：制造系统的分布式网络化管控、多机器人的协同控制、工艺与装备的信息交互与过程优化、系统状态监控与智能化加工决策、制造过程数值仿真与工艺优化等。

智能工厂要解决的关键技术包括：工艺布局规划与虚拟工厂、智能仓储与物流、智能化生产调度、生产过程实时监控、质量状态跟踪与智能化检测等。

智能制造是工业化与信息化深度融合的产物，当前，我国政府正在推进《中国制造2025》这一战略规划和行动计划，应该抓住这一有利时机，在中航工业已有的数字化网络化设计/ 制造基础上，打造航空智能制造，提升我国航空制造业的整体能力和水平。

智能制造从宏观上将推动传统的标准化、大批量、刚性缓慢的生产模式向个性化、高度柔性化、快速响应市场需求方向转变；微观上，将通过数字化、网络化、自动化和智能化的系统集成，实现产品研制过程的全闭环控制。

作为数字化、网络化、自动化延伸发展的智能制造，将为制造业带来从大规模生产到定制化柔性生产的变革，将建立一个高度灵活的个性化和网络化的产品研制和服务模式，实现从最初设计创意到最终产品制造乃至使用服务的全流程控制和管理。

未来的工作方向

王老师说，他们今后的工作重点主要包括：(1)目前想把工艺和设备紧密集成起来，提高自动化水平，提高数字控制和数据处理水平，向智能化方向发展。复杂的产品加工必须靠数据及数字指令来控制，需要靠数控程序来完成规定产品的加工制造，目前程序准备这个过程非常长(人工编程，设备等待)，现在希望缩短这个过程，以减少设备闲置的时间。航空产品有些零件规格大、精度高、加工周期长，设备的购置和使用成本非常高，减少设备闲置时间、提高设备加工效率可以降低生产成本。这就需要加强数据处理的能力和提高数据处理的速度。(2)航空产品零件毛坯之间可能有细微的差异，定位基准协调、加工余量分配和加工变形控制是保证工件加工质量的关键环节，需要加强在线测量技术研究与应用，实现测量—调整—加工一体化，这也是智能化加工的一个重要方向，加工过程中实时测量、反馈并实现实时控制对处理个性化工况、保证加工质量一致性是非常重要的。(3)近年来工艺设备的发展比较快，而优化的工艺和合理的参数需要很长时间来改进和完善，需要针对不同的零件特点及其加工要求制定适应的工艺和参数，这是一个非常复杂而长期的工作。

王老师最后总结说，航空制造业是先进制造技术密集型行业，从数控机床的领先应用实现高速高精加工开始，航空产品设计已经实现全数字化建模，制造过程也在数字量传递、无纸化制造、信息化集成方面积累了成熟的经验，机械制造工艺也从传统的切削加工原理，发展成为高速加工、精密加工、适应性控制等新型综合技术的集成。随着计算机技术的发展，人类已经进入了信息化和网络化时代，信息技术成为21世纪经济发展的强大推动力，也成为机械加工过程的重要依托，智能化发展将是机械加工的一个重要发展方向。相信随着智能化技术的不断完善，一定能更好地满足航空产品的高速和高精度加工要求，也能促进我国的机械加工行业实现跨越式的发展！

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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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