先进数控技术

先进数控技术分析基于CATIA的飞行器数控加工技术分析全组目录航空制造业特点数控系统分析机床分析转换成代码前处理代码后处理分析航空增材制造分析基于CATIA的飞行器数控加工技术分析1序言2航空制造业特点4航空增材制造分析个人目录基于CATIA的飞行器数控加工技术分析序言101课题来源

由于我之前在进行学科课程设计时，对数控加工技术产生了较为浓厚的兴趣，对于沈飞车间的加工的零件和机床感到很“亲切”，结合我们之前在学习飞行器制造工艺学课程时对数控加工的技术知识，于是想到做这方面的专题报告。

在暑假中，我在阅读新闻时偶然得知沈阳飞机工业集团公司于2005年突破了飞机钛合金小型、次承力结构件激光增材制造关键技术，并成功实现在我国某型舰载机上的进行装机工程应用，使我国成为当时继美国（2002年）之后国际上第2个实现激光增材制造钛合金小型、次承力构件实际装机工程应用的国家，在进一步查阅关于增材制造的资料，对原有的报告进行了进一步的完善。

基于CATIA的飞行器数控加工技术分析基于CATIA的飞行器数控加工技术分析2航空制造业特点2.0引言

对于一个国家来说，航空航天工业是制造业最为重要的组成部分之一，也是科技含量最高的制造领域之一，体现了国防科技工业现代化水平和国家现代制造业实力，在国防现代化和国民经济发展中有着举足轻重的作用。

为了对所加工零件有更深入的了解，现对其进行分析。航空制造业总体特点带筋件的分析自由曲面基于CATIA的飞行器数控加工技术分析构件特点2.1航空制造业总体特点大量采用自由曲面形式16

从形式的角度，为了到良好的气动性能，结构上大量采用自由曲面形式，其准确成型难度较大。

我们在钣金车间参观了部分军机的钣金复杂曲面的成型过程基于CATIA的飞行器数控加工技术分析基于CATIA的飞行器数控加工技术分析2.1航空制造业总体特点较多形成各种复杂型腔26某型战斗机构件型腔图

从外观的角度，为了减轻结构重量并增强结构性能，在飞行器构件设计时应进行等强度设计，其直接结果就是往往需要在结构上形成各种复杂型腔，其中型腔靠近外形的槽腔常为直纹曲面，而且具有复杂的槽腔、筋条、凸台和减轻孔等特征。

我们在数控加工车间参观了我国某大型运输机的翼肋成型及歼击机的机翼构件成型过程。基于CATIA的飞行器数控加工技术分析2.1航空制造业总体特点大量采用整体构件36

随着航空制造工业的快速发展，由于现代飞机性能要求和设计水平不断提高，为了进一步提升结构效率，大型航空整体结构件逐渐替代了传统的螺栓连接和铆接的飞机组合件，且使用整体制造水平的普遍提升，使得整体结构件成为广泛采用的主要承力构件。

相对于传统拼接的结构，它不但可减少零件数目，降低结构重量，而且接缝少，密封性好，装配简单，使飞机等的结构效率和可靠性成倍甚至数十倍地提高。基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析2.1航空空制制造造业业总总体体特特点点制造造过过程程中中材材料料去去除除率率大大46为了了降降低低飞飞机机等等飞飞行行器器的的自自身身结结构构重重量量，，增增大大携携带带负负载载的的能能力力和和实实现现更更远远的的飞飞行行距距离离，，飞飞行行器器制制造造过过程程中中其其航航空空整整体体结结构构件件由由整整块块大大型型毛毛坯坯直直接接““掏掏空空””加加工工而而成成，，其其通通常常去去除除量量能能达达到到70%，加加工工周周期期长长。美国国的的F-22飞机机中中尺尺寸寸最最大大的的Ti6Al4V钛合合金金整整体体加加强强框框，，所所需需毛毛坯坯模模锻锻件件重重达达2796千克克，，而而实实际际成成形形零零件件重重量量不不足足144千克克，，材材料料的的利利用用率率不不到到4.90%。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.1航空制造业总总体特点加工变形问题题严重56从加工产品的的良品率的角角度，飞行器器上的结构件件往往由于其其设计水平较较高而加工变变形问题严重重，影响加工工效率，而当当面临如尺寸寸大、材料去去除率高、刚刚性差等特点点时，这些问问题更更加凸凸显，当工件件从夹具上取取下后，往往往产生弯曲、、扭曲、弯扭扭组合等加工工变形，使零零件难以达到到设计要求。。由于不同飞飞机结构件采采用不同材料料毛坯和不同同加工方式，，它们产生变变形的方式与与程度也不尽尽相同。我国中航工业业集团民用飞飞机转包合作作生产中，飞飞机座舱前、、后侧骨架数数控加工后会会发生弯曲变变形．整体梁梁、接头等加加工后出现弯弯曲和扭转变变形。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.1航空制造业总总体特点性能要求较高高66加工精度形位精度重量控制使用寿命基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.2铝合金的在飞飞行器上的应应用近年来，随着着航空材料的的快速发展，，钛合金、铝铝合金和复合合材料成为航航空整体结构构件的主要结结构材料，且且在战斗机等等高机动性飞飞行器中所占占比重越来越越大，但是航航空铝合金仍仍然是应用最最为广泛的金金属材料，尤尤其是在民用用大飞机中更更是如此。在在各种民用大大飞机系列机机型中，铝合合金使用量基基本在70%以上，其中，，波音747中的铝合金使使用量高达到到81%，有＂空中巨巨无霸＂之称称的A380飞机的结构材材料中铝合金金占66%。其中，铝合合金主要用来来制作航空航航天产品的受受力结构件，，如隔框、大大梁、翼肋、、巧条、起落落架等零件。。从制造的角度度，模锻件和和预拉伸板材材是铝合金整整体结构件毛毛坯材料的两两种主要形式式。随着金属属板制造水平平的提高，平平面类整体结结构件、板、、框、肋、梁梁的铝合金零零件已普遍采采用预拉伸板，在在沈飞车间中中也大量使用用。预拉伸板材通通过在专用板板材拉伸机上上预先给材料料少量的塑性性变形，改变变板材内部原原有应力分布布状态，减小小与均匀化内内部固有应力力状态。航空空铝合金超厚厚板（>40mm）是一种用量量较大，需要要采用先进加加工技术的新新型关键结构构材料。如德德国生产的厚厚280mm，长20mm的铝合金预拉拉伸板材，由由其制造的整整体结构件壁壁厚为2-3ｍｍ，广泛应应用于波音军军事运输机C-17和波音777、737飞机上。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.3带筋件的总体体特点分析结构常见：从工艺知识、、编程经验、、形状的角度度分析飞机结结构件中的筋筋这类形状零零件，可得知知，筋是飞机机结构件中最最常见的形状状之一。综合性强：筋通常起提高高结构件强度度的作用，也也有部分筋有有一些特殊的的功用。其形状是由结构构件本身的设设计，以及工工艺等诸多因因素决定的。。薄壁结构：由于飞机结构构件本身要求求零件在保证证强度的情况况下尽可能轻轻，因而通常常情况下筋的的宽度只有3-4mm，属于薄壁结结构。种数丰富：飞机结构件中中的筋形状各各异，数量多多，常位于槽槽腔、轮廓之之间或槽腔内内部01课题目的2.3带筋件的总体体特点分析拓扑边：1，指筋边2，由主拓扑面与与侧拓扑面相相交的两条凸凸边列组成，，3，筋顶面加工刀刀轨计算的原原始驱动几何何元素，也是是筋特征合并并的依据）主拓扑面：1，指筋顶面，2，通常由平面、、圆柱面或自自由曲面组成成，3，筋特征的主要要加工区域约束面：1，约束面为筋两两端的端面2，约束面通常为为槽腔的侧壁壁面，一般为一些平平面或直纹面面3，常常需要单独独进行加工侧拓扑面：1，指筋的侧面2，通常由平面、、圆柱面或曲曲面组成3，构成槽腔侧面面、或轮廓侧侧面，其加工工受到所处部部位的影响筋底面：1，筋的底面2，通常多为平面面3，筋底面在筋的的侧面加工中中限定了筋侧侧面加工的范范围特征基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.3带筋件的分析析加工内容151)顶面的加工筋特征都需要要加工筋顶部部分1，筋特征加工中中最主要的部部分，2，飞机结构件筋筋特征的数控控编程中编程占很大的比比例。3，是筋特征加工工中情况最多多，工艺最复杂的部分。。2)约束面的加工工在一部分筋中中，存在约束束面需要单独独加工，1，为了精加工约约束面2，在筋顶面上加加工出足够的的空间，为之后筋顶面加加工的进刀做做准备。3)筋侧面的加工工往往在铣槽腔内壁壁面或铣轮廓廓面时顺带完成(只有在开口筋筋或独立筋中中，若筋的强强度不够，筋的的侧面才需要要单独加工)。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.3带筋件的分析析筋加工顺序的的安排25筋约束面筋顶面筋侧面基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.3带筋件的分析析通常情况下，，一般先加工工约束面，后后加工筋侧面面。选用这个个加工顺序理理由是：如图图所示，在筋筋顶面加工中中，若约束面面未加工完成成，则当刀具具走到靠近约约束面的位置置，由于约束束面处还存在在粗加工余量量，将导致铣铣刀侧面突然然出现大的切切削量，刀具具易损。所以以，此类情况况，通常都是是先加工约束束面，再加工工筋顶面.筋侧面的加工工，一般都在在加工筋顶面面之后。由于于筋是一类薄薄壁结构，筋筋的宽度通常常只有3～4mm，远远小于筋筋的长度和高高度。在筋顶顶面、约束面面和侧面的加加工中，筋顶顶面的加工最最易发生变形形。为了防止顶面面加工时发生生大的变形，，通常在筋的侧侧面还未加工工，还留有粗粗加工余量，，即筋的宽度度方向上还有有一定厚度时时，先将筋顶顶部分加工完完成，之后再再加工筋的侧侧面。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.3带筋件的分析析筋顶面对筋加加工的影响35顶面的加工，，主要受筋顶顶面各面类型型的影响，通通常需要考虑虑有如下一些些通用的原则则：（1）爬坡原则：尽量实现从从筋顶面较低低处向筋顶面面较高处进行行加工，方便便排屑，减少少刀具摩损。。平底刀侧刃刃加工，适合合自下往上加加工零件，当当运动轨迹自自上往下时，，刀具底部将将参与切削，，而平底刀底底部的切削能能力较弱，容容易损伤刀具具和工件。（2）小坡度下滑原原则：当筋顶面加加工不可避免免的要从筋顶顶面较低处向向较高处加工工时，尽量使使下滑坡度较较小的方向为为加工方向。。（3）刀轨应避免位位于筋顶中线线上：当刀具中心心位于被加工工筋顶的中线线上时，加工工时震动大，，故刀轨最好好偏移一个距距离，保证切切削时的平稳稳性。（4）开敞性原则：从无干涉部部位进刀进行行加工。在不不考虑过渡圆圆弧面的情况况下，根据筋筋顶面类型的的不同，如图图2-7所示，筋分为为如下3种情况：a）平顶筋；b）斜顶筋；c）曲顶筋。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.3带筋件的分析析筋两端连接支支撑情况对筋筋加工的影响响45筋是一类薄壁壁结构，其两两端是否有连连接支撑，影影响筋强度的的大小，也影影响筋的加工工，尤其对筋筋侧面的加工工影响较大。。为防止筋侧侧面加工时发发生大的变形形，工艺员必必须根据筋两两端连接支撑撑情况的不同同，采用不同同的加工工艺艺方案。根据据筋两端是否否有连接支撑撑，可将筋分分为下列3种类型：（a）筋两端都有连连接支撑。在飞机结构件件中，此类筋筋最多，它一一般位于槽腔腔之间或处于于轮廓上，两两端都与其它它筋或其它特特征相交，强强度相对较大大。（b）筋一端无连接接支撑。该类筋又称称开口筋，其其一端与其它它特征相交，，另一端无连连接。（c）筋两端都无连连接支撑。该类筋又称独独立筋，通常常位于槽腔内内部，不与槽槽腔壁面相交交。在民用飞飞机结构件中中，此类筋还还常分布于轮轮廓上，成耳耳片状，又称称耳片筋。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.3带筋件的分析析筋所处位置情情况的不同对对筋加工的影影响55位于外轮廓上上的筋的加工工和在结构件件内部的筋的的加工有所不不同。轮廓上上的筋的加工工，除了受筋筋自身类型、、形状的影响响，通常还受受装夹方案、、工艺凸台位位置以及轮廓廓面精度要求求等因素的影影响。按筋在在飞机结构件件中的位置的的不同，如图图，可分为下下列3种情况：a）筋在槽之间b）筋在槽之内c）筋在轮廓上基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析2.4自由曲面设计计随着现代科技技及工业的发发展，自由曲曲面已广泛应应用于各行各各业，大到汽汽车外形，飞飞机机身，船船舶船体，小小到电话机座座等，因此，如何精精确、高效地地设计和制造造自由曲面件件成为必须解解决的问题。。由于自由曲曲面一般比较较复杂，计算算比较繁琐，，程序段很多多，用手工编编程是难以完完成的，应尽尽可能采用自自动编程。自自动编程时，，程序员根据据零件图样和和工艺要求，，使用相关CAD/CAM软件，先用CAD功能模块进行行建模，然后后利用CAM模块产生刀具具路径，进而而用后置处理理程序产生数数控程序，可可以通过软件件传给数控机机床，完成自自由曲面的加加工。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析如何更好应对对上述制造要求求基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析3航空增材制造造分析基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析3.1增材技术概述述3.2我国的应用情情况3.3发展历史3.4技术特点3.5增材技术的种种类及介绍3.6发展方向基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析3.1增材技术概述述增材制造(additivemanufacturing，AM)技术是通过CAD设计数据采用用材料逐层累累加的方法制制造实体零件件的技术，其基本原理是是离散-堆积原理。自20世纪80年代末，增材材制造技术逐逐步发展，期期间也被称为为“材料累加制造造”(materialincreasemanufacturing)、“快速原型”(rapidprototyping)、“分层制造”(1ayeredmanufacturing)、“实体自自由制造”(solidfree-formfabrication)、“3D打印技术”(3Dprinting)等，名称各异异的叫法，分分别从不同侧侧面表达了该该制造技术的的特点。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析该技术源于20世纪80年代的美国，，它是将表面工程、材材料工程、数数字建模、自自动化控制等等多项前沿技技术相结合而形成成的新兴制造造技术，被英英国杂志《经经济学人》誉誉为“制造业的革命命！”3.1增材技术概述述基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析在航空领域使使用较多的高高性能大型金金属构件的激激光增材制造造，指的是通过长长期激光逐点点扫描、逐线线搭接、逐层层熔化凝固堆堆积（增材制制造），实现三维复杂杂零件的“近近净成形”。。实际上是激激光超常冶金金／快速凝固固高性能“材材料制备”与与大型复杂构构件逐层增材材“直接制造造”的一体化化过程（即材材料制备／零零件成形一体体化、成形／／控性一体化化）。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析3.2我国的应用情情况我国该项技术术的应用道路路上较为突出出，目前应用用的型号有如如下所示1，在民用飞机机上，C919大飞机驾驶舱舱玻璃窗框架架和缘条零件件.2，在军用飞机机上，舰载战战斗机-歼15，多用途战斗斗轰炸机歼-16，隐形战斗机歼20，隐形战斗机机歼-31，运-20大型运输机。。基于CATIA的飞行器数控控加工技术分分析3.3发展历史目前，该技术术正在欧美掀掀起如火如荼荼的产业化发发展热潮，并并已广泛应用用于创意设计计、医疗保健健、航空航天天、汽车制造造、模具制作作、影视教育育等。其发展展过程中的重重大事件发生生时间如下所所示：1995中国提提出技技术构构想1978美国提提出技技术构构想2000AMS4999美国装装机工工程应应用F-22和F/A-l8E/F2012电子束束熔丝丝成形形J-152007中国装装机工工程应应用c9192013电子束束熔丝丝成形形F-35基于CATIA的飞行行器数数控加加工技技术分分析1978美国联联合技技术研研究心心提出出并被被命名名为“激光逐逐层上上釉”工艺。。实际上上早在在１９９７８８年美美国联联合技技术研研究中中心就就已已提出出并被被命名名为“激光逐逐层上上釉”工艺，，提出出通过过激光光熔化化／快快速凝凝固逐逐层堆堆积原原理制制造致致密金金属构构件的的技术术思路路，虽然当当时已已明确确指出出了现现代金金属件件激光光增材材制造造技术术的几几乎全全部优优点，，但由由于受受当时时工业业激光光器功功率及及数控控技术术水平平的限限制，，该技技术并并未立立即引引起人人们的的注意意。3.3发展历历史基于CATIA的飞行行器数数控加加工技技术分分析1995西北工工业大大学提提出激激光增增材制制造的的技术术构思思。我国开开展航航空制制造领领域增增材制制造技技术和和应用用研究究最具具代表表性的的单位位主要要是西西北工工业大大学和和北京京航空空航天天大学学。西北北工业业大学学于1995年开始始在国国内率率先提提出以以获得得极高高(相当于于锻件件)性能构构件为为目标标的激激光增增材制制造的的技术术构思思，并在迄迄今近近20年的时时间里里持续续进行行了LSF技术的的系统统化研研究工工作，，形成成了包包括材材料、、工艺艺、装装备和和应用用技术术在内内的完完整的的技术术体系系，并并在多多个型型号飞飞机、、航空空发动动机上上获得得了广广泛的的装应应用。。3.3发展历历史基于CATIA的飞行行器数数控加加工技技术分分析1998激光增增材制制造构构件逐逐步进进入美美军项项目中中。MTS公司出出资与与约翰翰霍普普金斯斯大学学、宾宾州州州立大大学开开展了了飞机机机身身钛合合金结结构件件的激激光直直接沉沉积技技术研研究，，在对对钛合合金结结构件件激光光增材材制造造技术术进行行了大大量研研究并并取得得重要要进展展的基基础上上，于1998年成立立了专专门从从事航航空钛钛合金金构件件激光光增材材制造造技术术工工程化化应用用的AeroMet公司。3.3发展历历史基于CATIA的飞行行器数数控加加工技技术分分析2000美国SAE协会制制定了了Ti-6Al-4V合金LSF成形的的美国国航空空材料料标准准AMS4999。美国SAE协会于于2001年制定定了Ti-6Al-4V合金LSF成形的的美国国航空空材料料标准准AMS4999(该标标准准在在2011年进进行行了了修修订订AMS499A)，这个个事件件在全球掀掀起了了金属属零件件直接接增材材制造造的第第一次次热潮潮。值得注注意的的是，，在增增材制制造技技术发发展的的早期期，美美国军军方就就已对对这项项技术术的发发展给给予了了相当当的关关注。。3.3发展历历史基于CATIA的飞行行器数数控加加工技技术分分析2006中航工工业北北京航航空制制造工工程研研究所所开发发了国国内首首台电电子束束熔丝丝沉积积成形形设备备。中航工工业北北京航航空制制造工工程研研究所所目前前开发发的国国内最最大的的电子子束成成形设设备真真空室室，有有效加加工范范围1.5mx0.8mx3m,5轴联动动，双双通道道送丝丝。在在此基基础上上，研研究了了TC4,TA15,TC11、TC18,TC21等钛合合金以以及A100超高强强度钢钢的力力学性性能。。3.3发展历历史基于CATIA的飞行行器数数控加加工技技术分分析2007我国国突突破破了了飞飞机机钛钛合合金金小小型型、、次次承承力力结结构构件件激激光光增增材材制制造造关关键键技技术术并并成成功功实实现现在在型型号号飞飞机机上上的的装装机机工工程程应应用用。。北京京航航空空航航天天大大学学与与沈阳阳飞飞机机设设计计研研究究所所、第第一一飞飞机机设设计计研研究究院院、、沈阳阳飞飞机机工工业业集集团团公公司司、西西安安飞飞机机工工业业集集团团公公司司等等单单位位长长期期““产产学学研研””紧紧密密合合作作，，于于2005年突突破破了了飞飞机机钛钛合合金金小小型型、、次次承承力力结结构构件件激激光光增增材材制制造造关关键键技技术术并并成成功功实实现现在在型型号号飞飞机机上上的的装装机机工工程程应应用用，，使使我我国国成成为为当当时时继继美美国国（（2002年））之之后后国国际际上上第第２２个个实实现现激激光光增增材材制制造造钛钛合合金金小小型型、、次次承承力力构构件件实实际际装装机机工工程程应应用用的的国国家家。。2008年以以来来先先后后在在包包括括ＣＣ９９１１９９大大型型客客机机等等大大飞飞机机在在内内的的多多种种型型号号飞飞机机的的研研制制和和生生产产中中工工程程应应用用。。这这一一可可喜喜突突破破也也使使我我国国成成为为目目前前世世界界上上唯唯一一突突破破飞飞机机钛钛合合金金大大型型整整体体主主承承力力构构件件激激光光增增材材制制造造技技术术并并装装机机工工程程应应用用的的国国家家。。。。3.3发展展历历史史基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析2012在我我国国某某型型战战机机上上试试飞飞，，电电子子束束熔熔丝丝成成形形制制造造的的钛钛合合金金零零件件在在国国内内飞飞机机结结构构上上率率先先实实现现了了装装机机应应用用。。据报报道道称称，，为为一一种种舰舰载载战战斗斗机机。。3.3发展展历历史史基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析2013装有有电电子子束束熔熔丝丝沉沉积积成成形形钛钛合合金金零零件件的的F-35飞机机已已于于2013年初初试试飞飞。。据报报道道，，装装有有电电子子束束熔熔丝丝沉沉积积成成形形钛钛合合金金零零件件的的F-35飞机机已已于于2013年初初试试飞飞。。LockheedMartin公司司选选定定了了F-35飞机机的的襟襟副副翼翼梁梁，，准准备备用用电电子子束束熔熔丝丝沉沉积积成成形形代代替替锻锻造造，，预预期期零零件件成成本本降降低低60%。近近期期，，美美国国Sciaky公司司采采用用EBF3技术术以以及及与与锻锻件件结结合合的的组组合合制制造造技技术术已已经经为为LockheedMar-tin公司司制制造造了了F-35联合合攻攻击击战战斗斗机机的的垂垂尾尾、、襟襟翼翼副副梁梁，LockheedMartin公司司也也宣宣称称，，已已在在F-35II型战战斗斗机机上上应应用用了了900多个个增增材材制制造造的的零零件件。。不过过，，需需要要指指出出的的是是，，目目前前Boeing和LockheedMartin公司司在在飞飞机机上上装装机机应应用用的的增增材材制制造造零零件件主主要要还还是是非非结结构构件件。。3.3发展展历历史史基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析3.4技术术特特点点随着着新新军军事事变变革革，，航航空空装装备备要要满满足足空空军军战战略略转转型型和和空空军军建建设设的的需需求求，，其其制制造造和和维维修修保保障障能能力力必必须须与与时时俱俱进进，，而而先先进进的的装装备备制制造造和和维维修修技技术术则则是是加加快快提提升升国国家家军军事事实实力力的的重重要要因因素素。。增增材材制制造造技技术术以以其其快快速速制制造造的的优优势势，，在在2014年11月美美国国防防部部年年会会设设备备展展示示会会上上，，增增材材制制造造技技术术不不但但有有一一个个专专题题研研讨讨，，还还在在其其他他多多个个专专题题中中被被提提及及，，由由此此，，其其重重要要地地位位可可见见一一斑斑。。基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析所制制造造材材料料性性能能优优异异18在航空材料料领域，目目前已经取取得了技术术突破，使使用微米级级别的钛金金属颗粒，，而后均匀匀打造出产产品，其构构件的承载载力等力学学性能就要要比其铸造造件强得多多。其原因因如下：（1）零件具有有晶粒细小小、成分均均匀、组织织致密的快快速凝固非非平衡组织织，综合力力学性能优优异。（2）从理论上上说，零部部件越多越越不安全，，结合部通通常都是隐隐患。无缝缝连接作为为增材制造造技术的一一大亮点，，不仅减少少了零部件件的数量，，简化了装装配工作，，提高了装装备的生产产质量，其其安全性和和可靠性也也随之提高高。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析降低设备的的全寿命期期成本。28采用本技术术可以极大大降低成本本，王明华华团队利用用激光快速速成形技术术制造出我我国自主研研发的大型型客机C919的主风挡窗窗框，在此此之前只有有欧洲一家家公司能够够做，仅每件模具费费就高达200万美元，而而利用激光光快速成形形技术制作作的零件成本不不及模具的的1/10。且维修方方便，基于于金属增材材制造的高高性能修复复技术保证证航空构件件的全寿命命期的质量量与成本。。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析生产周期短短38传统的制造造工艺相当当复杂，增增材制造颠颠覆了传统统制造的生生产方式，，它是一个个材料逐层层叠加的的过程，，这种数字字化制造模模式将车、、铣、刨、、钳等复杂杂工序省去去，直接根根据三维模模型数据生生成任何形形状的产品品，可以将将许多组合合部件集为为一体，大大大降低了了制造工艺艺的复杂性性。如在C-919的制造中，，现在仅需55天，中国就可可以“打印出”C-919客机的主风风挡整体窗窗框。欧洲一家飞飞机制造公公司表示，，他们生产产同样的东东西至少要两年年。当然，他他们使用是是传统的生生产飞机部部件的方式式。近净成成形，只需需一步完成成；加工设设计灵活度度高，可以以实现特殊殊功能零部部件的“原位”铸造等等。。这样就大大大降低了了制造成本本，提高了了制造效率率与加工质质量。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析制造装备简简单。48传统方法对对制造技术术及装备的的要求高，，通常需要要大规格锻锻坯加工及及大型锻造造模具制造造、万吨级级以上的重重型液压锻锻造装备，，制造工艺艺相当复杂杂，生产周周期长、制制造成本高高，例如，传统统飞机钛合合金大型关关键构件的的制造方法法是锻造和和机械加工工，先要熔熔铸大型钛钛合金铸锭锭、锻造制制坯、加工工大型锻造造模具，然然后再用万万吨级水压压机等大型型锻造设备备锻造出零零件毛坯，，最后再对对毛坯零件件进行大量量机械加工工。整个工工序下来，，耗时费力力，有的构构件，光大大型模具的的加工就要要用一年以以上的时间间，要动用用几万吨级级的水压机机来工作，，甚至还需需要辅助设设施。增材制造设设备便于携携带，甚至至可以用于于前沿阵地地维修保障障。增材制制造设备不不需要大型型的辅助设设备，体积积小，占用用空间少，，设备移动动调整方便便，它可以以不受场地地和环境限限制，甚至至实现远程程制造。只只要有专用用设备和适适用的原材材料，可以以在任何地地方实现生生产。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析4.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析通过组合制制造技术改改造提升传传统航空制制造技术58将传统的数数控机床立立式加工设设备进行升升级，使其其能够采用用激光工程程化净成形形实现金属属3D打印。该项项目获得美美国制造资资助，由Optomec公司牵头，，项目团队队包括MachMotion公司、TechSolve公司、洛克克希德丁公公司和美国国陆军贝尼尼特实验室室。该项项目通过采采用模块化化设计方式式，嵌入最最新的控制制系统、轨轨迹规划系系统和质量量监控系统统，能将任任意的数控控机床升级级使其具备备3D打印功能，，从而经经济有效地地实现增材材和减材制制造工艺的的结合。从而经济有有效地实现现增材和减减材制造工工艺的结合合。该项项目证明了了美国制造造有效加速速增材制造造技术向主主流制造技技术过渡的的使命，这这一成果将将有望对制制造业产生生改变游戏戏规则的影影响。一台机床同同时具备增增材和减材材功能，将将极大地影影响企业的的加工能力力和成本效效益。美美国制造还还将进一步步讨论数控控机床升级级3D打印技术，，并探讨讨在车间集集成先进增增材制造技技术的挑战战机遇及长长期影响。。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析此外，本技术还可可应用于机机床的维修修等，报废的零零部件或者者整机基本本上作为废废品处理，，如此连锁锁损失，造造成了更大大的浪费。。本平台之之LCD技术是一种种激光熔覆覆仿形修复复技术，在在钢铁行业业用处极为为广泛。采采用LCD激光熔覆沉沉积技术，，既能使失失效或报废废设备及零零部件重新新使用，又又可以使新新品延长使使用寿命，，甚至可以以多次修复复。据调查查，宝钢、、鞍钢、本本钢、首钢钢、武钢、、唐钢、太太钢、攀钢钢、包钢，，都对沉积积技术非常常感兴趣，，有的已从从中受益。。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析可设计能力力强68可以制造一一些过去无无法实现的的航空功能能结构，显显著提升航航空构件的的效能，实实现先进飞飞机结构的的轻量化、、紧凑性和和多功能设设计，AirBus公司通过对对飞机短舱舱铰链进行行拓扑优化化设计，使使最终制造造的零件减减重60%，并解决了了原有设计计所存在的的使用过程程中高应力力集中问题题。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析材料利用率率高78材料利用率率高，美国国的F-22飞机中尺寸寸最大的Ti6Al4V钛合金整体体加强框，，所需毛坯坯模锻件重重达2796千克，而而实际成形形零件重量量不足144千克，材材料的利用用率不到4.90%，2010年，利用激激光直接制制造C919达中央翼根根肋，传统统锻件毛坯坯重达1607千克，而利用激激光成形技技术制造的的精坯重量量仅为136千克，节省省了91.5%的材料，并且经过性性能测试，，其性能比比传统锻件件还要好。。另外传统飞飞机制造业业不仅耗时时久，而且且浪费太多多材料。一一般只有10%的原材料能能被利用，，剩下的在在铸模、锻锻造、切割割和抛光工工序中就损损失了。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析可制造材料料种类多88除常见的PLA，ABS等塑料材料料外，在金金属方面主主要包括钛钛合金、镍镍基高温合合金、不锈锈钢、合金金钢及Ｒｅｅ等难熔金金属，现在在常见的可可制造材料料为TC4，M100钢，TA15、TA12钛合金及Inconel718合金材料。。此外进行行相关改装装后还可以以加工多种种有机材料料。3.4技术特点基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析3.5增材技术的的种类及介介绍经过短短42年的发展，，其技术种种类因其多多种多样的的出发点而而种类繁多多，而且，，相似于电电子行业的的“摩尔定定律”在每每个月都会会新的重大大技术突破破，如上个个月22日，华中科科技大学的的张海鸥教教授主导研研发的金属属3D打印新技术术“智能微微铸锻”，，相似于Sciaky的EBAM技术相似，，但是有望望改变国际际上由西方方国家领导导的金属走走丝3D打印格局。。基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析3.5增材技术的的种类及介介绍基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析激光选区熔熔化成形技技术是以原原型制造技技术为基本本原理发展展起来的一一种先进的的激光增材材制造技术术。通过专专用软件对对零件三维维数模进行行切片分层层，获得各各截面的轮轮廓数据后后，利用高高能量激光光束根据轮轮廓数据逐逐层选择性性地熔化金金属粉末，，通过逐层层铺粉，逐逐层熔化凝凝固堆积的的方式，制制造三维实实体零件。。选区激光熔熔化技术SLM(SelectiveLaserMelting)3.5增材技术的的种类及介介绍基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析（1）成型能力力强，可以以实现力学学性能优于于铸件的高高复杂性构构件的直接接制造，成成形件的复复杂性基本本不受限制制。加工死死角位置可可直接成形形，避免加加工残留，，组件整体体成形可减减少连接结结构数量，，实现轻量量化。可以以制造传统统方法无法法成形的复复杂零件，，对零件设设计和实现现结构优化化意义重大大。SLM是三维打印印家族中，，在成形件件的复杂程程度方面，，名列第一一，可完成成嵌套性、、蜂窝性和和三维曲线线腔管性结结构的成形形。选区激光熔熔化技术SLM(SelectiveLaserMelting)3.5增材技术的的种类及介介绍基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析（2）精度高，激激光选区熔熔化成形技技术通常采采用粒径30μm左右的超细细粉末为原原材料，图图4为激光选区区熔化成形形技术制造造钛合金零零件所使用用的TC4超细球形粉粉，通常铺铺粉厚度＜＜100μm（最薄铺粉粉厚度可达达20μm），每个加加工层控制制的很薄，，可达到30μm。另外该技技术还使用用了光斑很很小的激光光束，可使使成形的零零件具有很很高的尺寸寸精度（可可达0.1mm）以及优异异的表面质质量（粗糙糙度Ra可达30~50μm），图5为选区激光光熔化成形形TC4钛合金表面面形貌。因因此该技术术具有精度度高、表面面质量优异异等特点，，制造的零零件只需进进行简单的的喷砂或抛抛光即可直直接使用。。由于材料料及切削加加工的节省省，其制造造成本可降降低20%~40%，生产周期期也将缩短短80%。选区激光熔熔化技术SLM(SelectiveLaserMelting)3.5增材技术的的种类及介介绍基于CATIA的飞行器数数控加工技技术分析（3）通常成形形尺寸较小，只能进行行单种材料料的直接成成形，目前前成熟的商商用化装备备的成形尺尺寸一般小小于300mm。（4）成型效率低低，SLM技术的沉积积效率要比比LSF技术低1～2个数量级，，（5）利用率高，材料利用用率很高，，一般在90%以上，若设设计和操作作得当，合合格率几乎乎为100%。（6）材材料料上上，，目目前前激激光光增增材材制制造造对对于于铝铝、、镁镁等等一一类类低低熔熔点点高高活活性性合合金金的的成成熟熟度度还还较较低低，，较较为为成成功功的的案案例例主主要要集集中中于于AlSi10Mg合金金的的SLM成形形。。AlSi10Mg合金金相相当当于于我我国国的的ZL104合金金。。给给出出了了SLM成形形AlSi10Mg合金金的的力力学学性性能能。。可可以以看看到到，，SLM成形形AlSi10Mg合金金的的力力学学性性能能远远高高于于铸铸造造ZL104合金金T6态的的力力学学性性能能。。这这一一方方面面来来源源于于SLM成形形过过程程中中AlSi10Mg合金金的的沉沉积积组组织织相相比比铸铸态态合合金金会会显显著著细细化化，，同同时时SLM成形形过过程程中中激激光光多多层层往往复复沉沉积积的的再再热热处处理理也也使使得得合合金金在在成成形形的的同同时时还还经经受受了了充充分分的的时时效效处处理理。。（7）成型型有有保保护护气气体体，成成形形环环境境一一般般为为真真空空或或保保护护气气氛氛，，避避免免成成形形件件二二次次污污染染。。（8）成形形件件的的各各项项力力学学性性能能指指标标高高于于铸铸件件，，接接近近锻锻件件。。3.5增材材技技术术的的种种类类及及介介绍绍基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析电子子束束自自由由成成形形制制造造技技术术EBF3(ElectronBeamFreeformFabrication)3.5增材材技技术术的的种种类类及及介介绍绍基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析选区区激激光光熔熔化化技技术术SLM(SelectiveLaserMelting)3.5增材材技技术术的的种种类类及及介介绍绍基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析激光光选选区区熔熔化化LCD(LaserCladdingDeposition)3.5增材材技技术术的的种种类类及及介介绍绍基于于CATIA的飞飞行行器器数数控控加加工工技技术术分分析析电子子束束熔熔化化