航空產(chǎn)品的性能、質(zhì)量與生產(chǎn)效率是與其制造裝備，尤其是機床設備的發(fā)展密不可分的。一般說(shuō)來(lái)，產(chǎn)品的設計以用戶(hù)與市場(chǎng)需求為導向，但設計目標能否最終實(shí)現，受到裝備與制造工藝水平的制約。航空產(chǎn)品也是如此。 　　航空零部件普遍具有十分復雜的幾何結構、較高的精度和檢測要求，同時(shí)大量使用鈦合金、高溫合金、不銹鋼、高強度鋁合金、復合材料等高性能材料，以保證航空產(chǎn)品對于其使用性能及環(huán)境、強度與重量的特殊要求。這些零部件從制造到檢測對于其制造工藝與裝備有著(zhù)很高的要求。同時(shí)伴隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的日新月異，面對風(fēng)云變幻的國際形勢和瞬息萬(wàn)變的市場(chǎng)，過(guò)去長(cháng)達10~15年的航空產(chǎn)品研制周期已經(jīng)不能滿(mǎn)足現今的客戶(hù)需求。這就要求航空制造企業(yè)必須對市場(chǎng)的變化有快速反應的能力，盡量縮短產(chǎn)品的研制周期，并能夠對預研產(chǎn)品有足夠的預驗證能力。這些也對航空產(chǎn)品制造裝備以及相配套的軟硬件條件提出更高的需求。 　　航空產(chǎn)品與機床設備發(fā)展的相互影響可以從兩個(gè)方面來(lái)分析：一方面，對于航空產(chǎn)品設計性能的不斷追求，促進(jìn)了相關(guān)多種技術(shù)和裝備的發(fā)展。如熔模鑄造、粉末冶金、數控、在線(xiàn)檢測等。而這些技術(shù)和裝備的廣泛應用，又促進(jìn)了其他行業(yè)（諸如機械設備、交通運輸、醫療、消費等）水平的普遍提高;另一方面，相關(guān)技術(shù)裝備、材料工藝及配套軟硬件技術(shù)的提升以及新裝備新技術(shù)（如無(wú)余量加工、增材制造、FMS、PDM、MBD技術(shù)）的普遍應用，又反過(guò)來(lái)影響和改變著(zhù)航空產(chǎn)品的設計模式，不但使以前無(wú)法實(shí)現的設計得以實(shí)現，而且不斷促進(jìn)產(chǎn)品設計性能和制造水平的提升。 　　毛料精化與無(wú)余量制造機床設備 　　航空產(chǎn)品毛料對成品質(zhì)量有著(zhù)至關(guān)重要的影響。由于航空零件普遍結構復雜、精度要求高，傳統的毛料制造技術(shù)往往無(wú)法滿(mǎn)足其表面尺寸與精度要求。很多表面在鑄造和鍛造成型之后還需要由機械加工來(lái)完成，如發(fā)動(dòng)機輪盤(pán)、壓氣機葉片等。由于航空零件大量采用造價(jià)昂貴的難加工材料，較大的毛料余量不但造成材料的浪費，而且使航空產(chǎn)品機械加工的效率十分低下。同時(shí)，機械加工本身會(huì )破壞毛料原本內部金屬流線(xiàn)的完整性，并釋放內部應力，造成零件變形，對產(chǎn)品的最終質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。因此，航空產(chǎn)品對于毛料制造的精化、細化及無(wú)余量制造技術(shù)及裝備產(chǎn)生廣泛的需求。 　　近幾年來(lái)，毛料的精化、細化技術(shù)日臻完善。精密鑄造工藝設備不涉及機床概念，在此不加討論。無(wú)余量精密鍛造技術(shù)采用高精度的鍛造機床設備、完善的檢測和輔助處理工藝，可使發(fā)動(dòng)機鍛造葉片型面及緣板面達到無(wú)余量狀態(tài)。該技術(shù)的應用可提高鍛件尺寸精度，保證葉片內部金屬流線(xiàn)的完整性，提高產(chǎn)品可靠性，同時(shí)降低葉片加工成本，提高葉片的生產(chǎn)效率。精密冷輥軋機床設備不僅使加工技術(shù)簡(jiǎn)化，更重要的是可使葉片的機械性能、產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能得到提高，有利于葉片材料潛在性能的發(fā)揮。 　　近年來(lái)，粉末冶金材料和工藝開(kāi)始廣泛應用于航空產(chǎn)品，如發(fā)動(dòng)機輪盤(pán)、飛機結構件等的制造。粉末冶金技術(shù)的關(guān)鍵在于粉末的制備以及零件的成形和致密化技術(shù)。合金粉末一般采用熱等靜壓、熱擠壓、噴射成形、快速成形和注射成形等工藝進(jìn)行成形和致密化。其中激光快速成型工藝又稱(chēng)3D打印，也稱(chēng)為金屬材料增材制造技術(shù)，以區別于以塑性加工工藝為代表的等材制造和以機械加工工藝為代表的減材制造。該技術(shù)是以金屬粉末、顆?；蚪饘俳z材為原料，通過(guò)CAD模型預分層處理，采用高功率激光束熔化堆積生長(cháng)，直接從CAD模型一步完成高性能構件的“近終成形”。3D打印設備雖然沒(méi)有被明確稱(chēng)為機床，但是具備機床這一概念所具備的一切特征。同時(shí)將其功能融入現有的數控機床設備也是機床行業(yè)近年來(lái)努力的一個(gè)方向。 　　增材制造技術(shù)以其靈活多樣的工藝方法和技術(shù)優(yōu)勢在現代航空產(chǎn)品的研制與開(kāi)發(fā)中具有獨特的應用前景。在航空制造領(lǐng)域中，難加工材料、復雜型面的結構件等都可以很好地采用增材制造技術(shù)實(shí)現高精度加工。由于沒(méi)有傳統機加工藝對于刀具的可達性限制以及鑄造及塑性加工中的脫模限制，3D打印幾乎可以實(shí)現能夠在CAD中設計的任何結構形式，從而產(chǎn)生全新的設計。同時(shí)，由于3D打印幾乎不需要傳統工藝需要的夾具、模具制造等工藝準備環(huán)節，可以大幅度縮短航空產(chǎn)品的研制周期，提高快速響應能力。 　　數控設備與柔性制造 　　盡管隨著(zhù)新型航空材料與成型技術(shù)的不斷應用，機械加工在航空產(chǎn)品制造工藝中的比重有減少的趨勢，但是對于高精度尺寸和表面特征，切削加工仍然是無(wú)法替代的加工手段。同時(shí)，隨著(zhù)航空零部件中新材料和新結構的不斷應用，機械加工的難度也在不斷增加。 　　與其他尖端制造行業(yè)一樣，航空產(chǎn)品加工所使用的數控機床正朝著(zhù)高速化、精密化、智能化、綠色化等方向發(fā)展。自20世紀90年代初以來(lái)，各國相繼推出了許多主軸轉速10000~60000r/min以上的數控機床。高速加工技術(shù)的應用縮短了切削時(shí)間和輔助時(shí)間，不僅可以提高生產(chǎn)效率，還可以改善加工質(zhì)量，已成為機床技術(shù)重要的發(fā)展方向。同時(shí)，通過(guò)優(yōu)化機床的結構，提高了制造和裝配的精度，減少了數控和伺服系統的反應時(shí)間。采用溫度、振動(dòng)誤差補償等技術(shù)，提高了數控機床的幾何精度、運動(dòng)精度等。 　　隨著(zhù)人們環(huán)境保護意識的加強，對環(huán)保的要求越來(lái)越高。不僅要求在機床制造過(guò)程中不產(chǎn)生對環(huán)境的污染，還要求在機床的使用過(guò)程中不產(chǎn)生二次污染。在這種形勢下，裝備制造領(lǐng)域對機床提出了無(wú)冷卻液、無(wú)潤滑液、無(wú)氣味的環(huán)保要求，機床的排屑、除塵等裝置也發(fā)生了深刻的變化。上述綠色加工工藝愈來(lái)愈受到機械制造業(yè)的重視。 　?。?）數控設備的集成化與智能化。 　　數控設備的集成化包括將多種機械加工工藝集成于一臺數控機床或者在數控機床設備中融合其他加工或檢測等工藝技術(shù)。復合加工是機械加工的重要發(fā)展方向之一。其中車(chē)銑復合加工是最具有代表性的技術(shù)領(lǐng)域。車(chē)銑中心具有多軸聯(lián)動(dòng)功能，能夠完成任意角度的車(chē)削、銑削、鉆削、鏜削、滾齒、攻、鉸、擴等任務(wù)，具有高柔性、多任務(wù)的特點(diǎn)。在單件和成批生產(chǎn)中均可獲得較高的關(guān)聯(lián)加工尺寸精度、大大縮短加工輔助時(shí)間，是加工精密、復雜回轉零件的理想設備。它對于提高航空回轉關(guān)鍵零部件的制造精度及縮短制造周期有著(zhù)重要的作用。在線(xiàn)測量通過(guò)將檢測技術(shù)融于數控加工的工序過(guò)程中，可以避免脫機檢測返修帶來(lái)的二次裝夾定位，解決零件制造中通用工裝和專(zhuān)用工裝無(wú)法測量部位的測量，顯著(zhù)提升加工效率，保證加工質(zhì)量。在航空產(chǎn)品研制和生產(chǎn)中，可以對正在加工中的零部件進(jìn)行及時(shí)的修正與補償，以消除廢次品的產(chǎn)生。 　　智能化的內容包含在數控系統中的各個(gè)方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，如加工過(guò)程的自適應控制、工藝參數自動(dòng)生成；為提高驅動(dòng)性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電動(dòng)機參數的自適應運算、自動(dòng)識別負載、自動(dòng)選定模型、PID參數自整定等；簡(jiǎn)化編程、簡(jiǎn)化操作方面的智能化，如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等。 　　自適應控制技術(shù)通過(guò)在加工過(guò)程中，根據采集到的電機扭矩、主軸振動(dòng)等機床運行狀態(tài)信息，進(jìn)行機床的自我調整和控制，以此保證機床的正常加工和運行，保持機床以最佳動(dòng)態(tài)性能加工零件。這樣既提高了設備生產(chǎn)效率，又保證了加工精度。智能化故障診斷技術(shù)包括機床信號數據采集和監控、數據傳輸和智能化人機界面設計開(kāi)發(fā)等內容。根據數控機床故障機理分析，選擇能反映機床特征的信號，通過(guò)在機床關(guān)鍵部件安裝不同類(lèi)型傳感器，進(jìn)行機床特征信號的采集，經(jīng)處理后進(jìn)行可視化界面監控。智能化實(shí)時(shí)補償技術(shù)通過(guò)外接傳感器，采集主軸在軸向和徑向的熱膨脹伸長(cháng)誤差，通過(guò)對這些誤差數據分析處理，進(jìn)行實(shí)時(shí)補償，提高機床加工精度。 　?。?）生產(chǎn)線(xiàn)與制造裝備的柔性化。 　　所謂柔性制造，傳統意義上是指用可編程、多功能的數控機床設備更換剛性自動(dòng)化機床設備，用易編程、易修改、易擴展、易更換的軟件控制代替剛性聯(lián)結的工序過(guò)程，使剛性生產(chǎn)線(xiàn)實(shí)現軟性化和柔性化，能夠快速響應市場(chǎng)的需求，完成多品種、中小批量的生產(chǎn)任務(wù)。柔性制造系統（FMS）中的柔性具有多種涵義、除了加工柔性外、還包括擴展的柔性、工藝的柔性、批量的柔性、設備的柔性、產(chǎn)品的柔性、流程的柔性以及生產(chǎn)的柔性。圖2為大型飛機的柔性生產(chǎn)線(xiàn)。 　　航空產(chǎn)品尤其是飛機和發(fā)動(dòng)機的一些關(guān)鍵零件，由于其結構的特殊性，往往采用較為分散的工序和較長(cháng)的生產(chǎn)線(xiàn)。在柔性制造技術(shù)研究的早期，由于數控機床設備本身功能和性能以及配套軟硬件條件的限制，柔性制造系統必須在較大的生產(chǎn)線(xiàn)級別和較大投資水平上才可以實(shí)現。對于航空產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，僅在成熟產(chǎn)品和實(shí)力十分雄厚的航空制造企業(yè)獲得了有限的實(shí)際應用。隨著(zhù)數控設備及相關(guān)信息化技術(shù)的發(fā)展，以占地面積小、成本低、功能完善為特點(diǎn)的柔性制造單元（FMC）得到了長(cháng)足發(fā)展和應用。通過(guò)工序集中，在較小的柔性制造單元中完成大部分在較長(cháng)生產(chǎn)線(xiàn)中才能完成的加工工序。而柔性加工機床更是將柔性制造單元集中到一臺設備中，可以在一臺設備中完成零件從毛料到成品的大部分加工，柔性組合機床如圖3所示。對于一些小型航空零部件的快速研制有著(zhù)十分重要的價(jià)值。 　　除了機床設備的柔性，輔助工藝裝備（如夾具等）的柔性也是重要的一環(huán)。柔性?shī)A具是以組合夾具為基礎的能適用于不同機床、不同產(chǎn)品或同一產(chǎn)品不同規格型號的機床夾具。由預先制造好的各種不同形狀、不同尺寸規格和不同功能的系列化、標準化元件、組件和合件拼裝而成。夾具元件通過(guò)組裝—使用—分解—再組裝周而復始循環(huán)使用，可以大量減少制造夾具材料、動(dòng)力消耗，降低其制造費用，減少夾具的設計、制造、調節時(shí)間。與專(zhuān)用夾具相比較，柔性?shī)A具元件具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟效果，適用于多品種、小批量生產(chǎn)以及FMC、FMS和CIMS等加工系統。 　　信息化與虛擬機床 　　隨著(zhù)信息化技術(shù)的發(fā)展，航空產(chǎn)品的研制也正在從實(shí)體制造驗證向虛擬制造驗證的方向轉變。虛擬制造是一種廣義概念，但從習慣性和狹義角度也可將虛擬制造理解為：利用虛擬現實(shí)技術(shù)在計算機上完成產(chǎn)品的成型、加工和裝配過(guò)程。虛擬制造技術(shù)的發(fā)展填補了CAD/CAM技術(shù)和生產(chǎn)管理活動(dòng)之間的鴻溝，使人們在真實(shí)產(chǎn)品生產(chǎn)前，就可以在計算機上虛擬地進(jìn)行產(chǎn)品成型、加工、裝配和測試，減少試切、試裝次數，及時(shí)發(fā)現工藝過(guò)程、作業(yè)計劃、生產(chǎn)調度及加工質(zhì)量方面的問(wèn)題。虛擬加工實(shí)現的關(guān)鍵是在提供的虛擬工作環(huán)境下，對不同的加工方法建立由機床、刀具、工裝組成的加工系統的運動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)模型及誤差分析模型。虛擬裝配利用VR技術(shù)構建的多模式（包括視、聽(tīng)、觸等）交互裝配仿真環(huán)境，由裝配規劃人員交互地建立產(chǎn)品零部件的裝配順序和裝配路徑及確定工、夾具和安裝方法，可視化地比較不同的裝配工藝過(guò)程，在不進(jìn)行實(shí)物試裝的情況下，人機協(xié)同地對產(chǎn)品的可裝配性問(wèn)題進(jìn)行全面、精確的檢查和分析，盡可能早地發(fā)現并解決潛在的裝配問(wèn)題。 　　虛擬機床是使用軟件元素工具包構建的，包括機床的三維模型、加工仿真軟件、軟件內核和控制器的人機界面軟件。虛擬機床能減少機床的非生產(chǎn)性時(shí)間。虛擬機床的成本僅相當于實(shí)際機床的零頭，但非常逼真，可以用于減少實(shí)際機床的非生產(chǎn)時(shí)間。利用虛擬機床技術(shù)，可以提高加工效率，保證數控編程質(zhì)量，減少數控技術(shù)人員與操作人員的工作量和勞動(dòng)強度，提高數控編程制造加工一次成功率，縮短產(chǎn)品設計和加工周期，提高生產(chǎn)效率。 　　傳統航空產(chǎn)品制造是以二維工程圖紙為依據。隨著(zhù)數控及CAD/CAM等相關(guān)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，大量新產(chǎn)品研制都已引入二維和三維結合的數字化制造技術(shù)。但從產(chǎn)品設計、工藝工裝、數控編程及檢測等環(huán)節中僅包含幾何信息的三維數字模型的應用效果并不理想，其重復工作量大，數據不唯一?；谀Ｐ投x（MBD）技術(shù)通過(guò)集成的三維實(shí)體模型來(lái)完整表達產(chǎn)品信息，詳細規定了三維實(shí)體模型中產(chǎn)品的尺寸、公差標注規則和工藝信息。全面實(shí)施MBD對于提升航空產(chǎn)品制造水平、縮短制造周期、降低制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量有著(zhù)重要意義[6]。產(chǎn)品數據管理（PDM）則是對企業(yè)全生命周期產(chǎn)品數據、資源與業(yè)務(wù)流程進(jìn)行整體優(yōu)化管理的一種信息技術(shù)，是產(chǎn)品數字化制造的技術(shù)平臺。它以產(chǎn)品數據為核心，是其他各種軟件工具和分析、管理工作的集成環(huán)境與基礎。它能提供一種結構化的方法，有效、有規則地存取、集成、管理、控制產(chǎn)品數據和數據的使用流程。PDM系統提供的版本管理功能能夠保證所有參加同一項目的員工采用單一數據來(lái)工作，并且是及時(shí)和最新的數據，確保設計過(guò)程數據的一致性，減少設計中重復和更改次數。 　　綜上所述，航空產(chǎn)品與機床設備的發(fā)展是一種相互依存且相互促進(jìn)的關(guān)系。從100多年前第一架飛機升空飛行伊始，人類(lèi)從來(lái)沒(méi)有停止過(guò)探索飛行奧秘的腳步。對于航空產(chǎn)品性能的不斷追求對機床設備在精密、高效、環(huán)保與智能化等方面提出了更高的要求。同時(shí)，各類(lèi)新技術(shù)及新工藝的不斷應用也在不斷推進(jìn)航空產(chǎn)品與機床設備技術(shù)水平的提升，從而促進(jìn)社會(huì )整體科技水平的不斷進(jìn)步。