航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點是耐高溫、高強度、難加工，同時合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。這就對其加工設(shè)備提出了更高要求，為了推動航空航天事業(yè)的發(fā)展，近幾年來，有實力的機床生產(chǎn)廠家開始研發(fā)制造高端數(shù)控機床，以替代進口，為民族事業(yè)作出了貢獻。
一、精密數(shù)控系統(tǒng)需助力航空航天的發(fā)展
航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點是耐高溫、高強度、難加工，同時合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。這就對其加工設(shè)備提出了更高要求，為了推動航空航天事業(yè)的發(fā)展，近幾年來，有實力的機床生產(chǎn)廠家開始研發(fā)制造高端數(shù)控機床，以替代進口，為民族事業(yè)作出了貢獻。
航空航天產(chǎn)品制造對數(shù)控技術(shù)與裝備的需求呈現(xiàn)以下六個特點：機械加工的數(shù)控化率要求高，幾乎對各類數(shù)控機床都有需求;對數(shù)控機床利用率及數(shù)控加工效率要求高;數(shù)控加工已成為CAD/CAPP/CAM集成應(yīng)用及;無圖紙制造的基礎(chǔ);高速高精度數(shù)控切削加工已成必然趨勢;要求對不同材料和結(jié)構(gòu)的零部件數(shù)控加工工藝及切削參數(shù)進行優(yōu)化;部分數(shù)控技術(shù)與裝備具有專用性。對數(shù)控立式車床和立式車削中心、立式銑削加工中心、立臥轉(zhuǎn)換加工中心、數(shù)控鏜銑床、高效專用葉片加工中心、榫齒成形磨床、數(shù)控電火花加工機床等需求量較大，主要用于采用難加工材料、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的整體機匣、整體葉輪和葉盤等結(jié)構(gòu)件和各種復(fù)雜型面葉片的加工。航天產(chǎn)品的發(fā)動機制造中，推力室內(nèi)外壁結(jié)構(gòu)、閥門、活門、轉(zhuǎn)子葉片等的加工，對數(shù)控銑床/銑削中心、精密數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等數(shù)控設(shè)備有較多的需求。
航空機載設(shè)備的關(guān)鍵部件種類多、尺寸小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高，對精密數(shù)控鏜銑床和加工中心、精密數(shù)控車床和車削中心、精密數(shù)控萬能外圓磨床、數(shù)控電火花機床和線切割機床等數(shù)控設(shè)備有重要的需求，以滿足各種殼體、閥體、液壓偶件、液壓平板閥、光管、激光陀螺反射鏡、非球面光學零件等零部件的精密、超精密加工要求。航天產(chǎn)品的彈/箭/星載設(shè)備主要為控制、導(dǎo)引、探測部件等高精度的精密儀器與機械，對數(shù)控技術(shù)與裝備的要求主要是：精密數(shù)控車床和車削中心、高精度萬能數(shù)控磨床、數(shù)控光學坐標磨床和成形磨床、高精度數(shù)控電火花加工機床等。
航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點是耐高溫、高強度、難加工，同時合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。飛機機身結(jié)構(gòu)件主要有梁、框、肋、壁板等零件，此類零件大多為鋁合金或鈦合金材料，一般外形輪廓尺寸都很大，屬薄壁多腔的整體框架結(jié)構(gòu)，機械切削去除量大，表面質(zhì)量要求高。加工此類零件需要大型、重型機床裝備，要求工作臺承重10噸以上，有效行程在15米以上的高剛性機床。航空發(fā)動機是國之重器，是裝備制造業(yè)的尖端。
航空發(fā)動機由于研制難度高、技術(shù)含量高、產(chǎn)業(yè)回報高的特點，被譽為是現(xiàn)代工業(yè);皇冠上的明珠。盡快在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，對于增強我國經(jīng)濟和國防實力、提升綜合國力具有重大意義。國家提出了2020年在航空航天領(lǐng)域機床國產(chǎn)化率達到80%的目標，這不僅成為期盼，也是寄予了大國崛起的希望，需要包括數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、主機企業(yè)在內(nèi)整個行業(yè)的一致努力。對此，機床企業(yè)還需努力，技術(shù)突破仍需卯足勁。
二.中國航空航天業(yè)刀具應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著航空航天產(chǎn)品的不斷升級，尤其各種難加工材料的使用，其加工技術(shù)也正逐步提高。如今航空航天領(lǐng)域在刀具的應(yīng)用方面是什么狀態(tài)，航空航天工具企業(yè)的發(fā)展狀況又是如何?
中國航空航天工具協(xié)會常務(wù)副秘書長楊衛(wèi)先生說：“就航空航天行業(yè)來講，其刀具的應(yīng)用水平未必比汽車領(lǐng)域高多少，兩者的主要區(qū)別在于，汽車行業(yè)通常是大批量地使用刀具，而航空航天業(yè)則是大件小批量生產(chǎn)，專業(yè)性刀具使用較多。”他介紹說，目前國內(nèi)航空業(yè)有七八家的專業(yè)化工具廠，而航天業(yè)則沒有。
如此之少的專業(yè)化工具廠究竟能否滿足國內(nèi)的市場需求，是否需要一般的刀具企業(yè)配合生產(chǎn)?楊秘書長介紹到，目前航空航天工具協(xié)會會員中專業(yè)化工具企業(yè)共有4家，即貴陽西南工具總廠、保定向陽航空精密機械有限公司、陜西航空硬質(zhì)合金工具公司以及陜西航空宏峰精密機械工具公司。這些企業(yè)的產(chǎn)品中有60%左右供應(yīng)航空航天企業(yè)使用，也有一部分出口。即便如此，供應(yīng)給航空航天使用的刀具也并非完全用于軍品的生產(chǎn)，多數(shù)航空航天企業(yè)所使用的刀具有70%——80%生產(chǎn)民品，僅20%——30%應(yīng)用于軍品。
現(xiàn)今國內(nèi)航空航天刀具的市場狀況與別的行業(yè)類似，如果出現(xiàn)市場上現(xiàn)有刀具無法解決的難題時，特別是目前航空航天領(lǐng)域高精尖產(chǎn)品加工中遇到的鈦合金、鋁鎂合金等難加工材料及復(fù)合材料的加工，刀具應(yīng)用企業(yè)便需要通過自行研制、開發(fā)的方式解決。
“專業(yè)化刀具廠的產(chǎn)品多數(shù)都是有任務(wù)安排的，無論如何也需要首先滿足航空航天領(lǐng)域的刀具需求。”楊秘書長解釋說，這些專用刀具產(chǎn)品無法完全從市場上獲得，因而專業(yè)化廠在產(chǎn)品面向市場之前，必須首先要滿足行業(yè)的使用需求。對于一些有特殊要求而在國內(nèi)市場上無法尋求的刀具，協(xié)會則可以起到橋梁的作用，為企業(yè)聯(lián)系到國外的專業(yè)化刀具企業(yè)，滿足企業(yè)的需求。 “近年來，我國航空航天企業(yè)的發(fā)展勢頭很好，國家給予比較大的支持，軍品生產(chǎn)任務(wù)飽滿，現(xiàn)在民品也已經(jīng)進入市場，日益繁榮的市場又促進了民品生產(chǎn)的發(fā)展。”
楊秘書又說，細觀市場不難發(fā)現(xiàn)仍然存在一些問題：國內(nèi)專業(yè)化廠所能提供的多是專用刀具，市場上的通用刀具產(chǎn)品不全面，因而企業(yè)應(yīng)用以進口居多;另外，一些進口的高檔數(shù)控加工中心所使用的刀具也基本都源自進口，以山特維克可樂滿、肯納、山高和歐士機等國際知名品牌為主，這些企業(yè)的銷售渠道很廣泛，在國內(nèi)大型城市都設(shè)有辦事處，購買刀具比較方便，并且良好的售后服務(wù)及產(chǎn)品質(zhì)量保障，也使其競爭優(yōu)勢更優(yōu)于國內(nèi)企業(yè)。在這樣的競爭環(huán)境下，中國航空航天工具業(yè)更應(yīng)該發(fā)揮自主創(chuàng)新的能力，以實現(xiàn)應(yīng)用企業(yè)的刀具國產(chǎn)化之路。
由于目前機加工、模具設(shè)計制造等方面的應(yīng)用人才十分匱乏，很多企業(yè)對一些生產(chǎn)中的具體應(yīng)用問題十分關(guān)心，“如何提高數(shù)控設(shè)備的加工效率，如何提高鈦合金刀具的壽命及其切削速度，對數(shù)控操作人員進行相關(guān)的培訓以及軟磁合金的自行研制加工等這些問題都是他們所關(guān)注的，所以開展此類培訓活動很有必要。”
三、刀具在航空航天制造業(yè)中的具體應(yīng)用
現(xiàn)今，國內(nèi)航空航天刀具的發(fā)展狀況與別的行業(yè)類似，如果出現(xiàn)市場上現(xiàn)有刀具無法解決的加工難題，特別是目前航空航天領(lǐng)域高精尖產(chǎn)品加工中遇到的鈦合金、鋁鎂合金等難加工材料及復(fù)合材料的加工難題，就需要刀具供應(yīng)商和用戶密切合作，通過共同研制、試切開發(fā)出專用刀具。同時，刀具廠商在產(chǎn)品面向市場之前，都是經(jīng)過大量的實驗、試切，確保滿足用戶加工過程中的各種需求。
1.航空航天制造業(yè)典型零件用刀具種類
航空航天零部件不僅采用了很多新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)和新材料，而且零件構(gòu)型復(fù)雜，剛性較差，這些因素促使發(fā)動機等零件機械加工必須大量使用高性能的標準刀具和專用刀具進行加工。
目前，發(fā)動機盤類零件、軸類零件、機匣類零件加工中外購高性能硬質(zhì)合金標準刀具和硬質(zhì)合金非標刀具比例相當。典型中小構(gòu)件，葉片類零件等以標準刀具為主。在實際加工中刀具的選擇主要考慮以下幾個因素：工件材料、工件形狀、加工要求、加工機床、系統(tǒng)剛性、表面質(zhì)量技術(shù)要求等。以渦輪機匣零件為例，從工件材料上分析，變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用。這些難加工材料導(dǎo)熱系數(shù)小，比強度大，切削溫度高，易產(chǎn)生加工硬化。切削時刀具磨損快，刀具壽命短，刀具消耗量大，因此必須合理選擇刀具幾何角度。從工件結(jié)構(gòu)上來看，壁薄、剛性差，難加工。
加工零件凸起部分時，刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉。因此必須對刀具路徑進行優(yōu)化，如用插銑加工代替?zhèn)茹姟⒖招谐炭焖僮叩丁?yōu)化抬刀位置、采用螺旋插補等方式進行銑削。從機床的選擇上來說，渦輪機匣需要在大功率的加工中心上加工。從加工工序上分析，機匣需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工。為了節(jié)省刀具費用，在制造這類零件時，粗加工時可采用高性能陶瓷銑刀，半精加工和精加工時采用標準硬質(zhì)合金刀具和非標高性能專用刀具，這樣可顯著提高生產(chǎn)效率。從加工經(jīng)濟性方面上來說，刀具配置方案需要不斷改進，盡量采用刀具商最新研發(fā)的產(chǎn)品。
2.航空航天制造業(yè)常用刀具材料
隨著航空航天業(yè)鈦合金、高溫合金等難加工材料的廣泛應(yīng)用，如何正確選擇、合理使用刀具進行高效高質(zhì)量切削加工已經(jīng)成為一個非常重要的行業(yè)性話題。隨著工件材料與刀具材料、結(jié)構(gòu)等的互相促進，航空航天制造業(yè)得以不斷發(fā)展，可以說刀具的不斷發(fā)展是航空航天制造業(yè)不斷發(fā)展的驅(qū)動力。
目前，航空航天制造業(yè)廣泛應(yīng)用的刀具材料主要有以下幾大類：工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料。其中，硬質(zhì)合金刀具所占比重最大，在航空制造中是主導(dǎo)刀具，應(yīng)用范圍相當廣泛。與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性，且化學穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金，因此，陶瓷刀具已經(jīng)成為航空航天業(yè)刀具發(fā)展的一個主流。
在航空航天材料加工過程中，槽加工和孔加工是加工難點。像發(fā)動機盤類零件、軸類零件、機匣類零件加工對加工刀具的要求非常高，因此，在這類零部件的加工中高性能硬質(zhì)合金標準刀具和硬質(zhì)合金非標刀具使用量非常大。在實際加工中刀具的選擇應(yīng)考慮以下幾個因素：工件材料、工件形狀、加工要求、加工機床、系統(tǒng)剛性、表面質(zhì)量技術(shù)要求等。
以渦輪機匣零件為例，從工件材料上分析，變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用，這些難加工材料導(dǎo)熱系數(shù)小，比強度大，切削溫度高，易產(chǎn)生加工硬化，切削時刀具磨損快，刀具壽命短，刀具消耗量大，因此必須合理選擇刀具幾何角度。
從工件結(jié)構(gòu)上來看，壁薄、剛性差，難加工，加工零件凸起部分時，刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉，因此，必須對刀具路徑進行優(yōu)化，如插銑加工代替?zhèn)茹姡招谐炭焖僮叩叮瑑?yōu)化抬刀位置，采用螺旋插補等方式進行銑削。
從加工工序上分析，機匣需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工，為了節(jié)省刀具費用，在制造這類零件時，粗加工時可采用高性能陶瓷銑刀，半精加工和精加工時采用標準硬質(zhì)合金刀具和非標高性能專用刀具，這樣可顯著提高生產(chǎn)效率。
從加工經(jīng)濟性方面上來說，刀具配置方案需要不斷改進，盡量采用刀具商最新研發(fā)的產(chǎn)品。航空制造業(yè)中，硬質(zhì)合金刀具所占比重最大。硬質(zhì)合金刀具在航空制造中是主導(dǎo)刀具，應(yīng)用范圍則相當廣泛，在數(shù)控刀具材料中占主導(dǎo)地位。硬質(zhì)合金成為主要的刀具材料，使切削加工實現(xiàn)了向硬質(zhì)合金時代的過渡，由于不同牌號的硬質(zhì)合金性能特點不同，因而其應(yīng)用范圍也不同。硬質(zhì)合金不但可用于制造各種機夾可轉(zhuǎn)位刀具，而且可以制造整體式立銑刀、鉸刀、絲錐和鉆頭等。硬質(zhì)合金刀具分為普通硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、超細顆粒硬質(zhì)合金、碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金。
YT類硬質(zhì)合金具有YG類和YW類的大部分優(yōu)良性能，在航空制造業(yè)應(yīng)用較廣。涂層硬質(zhì)合金有比基體更高的硬度、耐磨性、耐熱性，應(yīng)用廣泛。超細顆粒硬質(zhì)合金可以大范圍地運用于斷續(xù)切削。碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金主要用于鋼件的連續(xù)表面的精加工和半精加工。
目前我國陶瓷刀具的應(yīng)用還處于起步階段，實際應(yīng)用發(fā)展較慢。陶瓷刀具主要用于硬質(zhì)合金刀具難以切削的工件粗加工。航空制造業(yè)推廣使用陶瓷刀具的時間不長，在陶瓷刀具的幾何參數(shù)、切削用量以及使用技術(shù)方面需要積累經(jīng)驗。陶瓷材料與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性。陶瓷刀具化學穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金，非常適合干式連續(xù)高速切削高溫合金、淬硬剛、軸承鋼、高強度鋼等難加工材料。航空發(fā)動機中高溫合金應(yīng)用很多，盤軸類零件較多，正是陶瓷刀具發(fā)揮其優(yōu)勢的地方。實現(xiàn)高效加工，以陶瓷刀具替代部分硬質(zhì)合金刀具，是完全可行的。陶瓷刀具不是萬能刀具，只有正確使用才能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。
鑒于陶瓷刀具的特性，選用時必須注意三方面的問題：①要選擇良好的系統(tǒng)剛性，可以有效防止振動對刀具的損害，提高刀具壽命。②要防止零件對刀具的沖擊。對硬度高并且形狀不規(guī)則的毛坯，應(yīng)在切入和切出處先倒角再切削。③要優(yōu)選刀具幾何參數(shù)，陶瓷刀具常采用零前角或負前角切削。我們要在充分掌握工件材料性能的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的措施才能使切削加工達到高質(zhì)量、高效率、低成本。
發(fā)揮進口刀具與國產(chǎn)刀具、標準刀具與非標刀具各自的優(yōu)勢，充分發(fā)揮各檔次設(shè)備的加工能力，有針對性地選擇刀具供應(yīng)商。
四、航空發(fā)動機企業(yè)如何提高刀具切削技術(shù)水平
航空發(fā)動機企業(yè)提高刀具切削技術(shù)水平、降低刀具成本措施，應(yīng)從以下做起：
(1)轉(zhuǎn)變觀念，把握切削技術(shù)最新發(fā)展方向
發(fā)揮進口刀具與國產(chǎn)刀具、標準刀具與非標刀具各自的優(yōu)勢，充分發(fā)揮各檔次設(shè)備的加工能力，有針對性地選擇刀具供應(yīng)商。螺紋刀具等復(fù)雜刀具采用國內(nèi)刀具可以有效降低成本，保證質(zhì)量。航空航天發(fā)動機中零件(如盤軸、機匣件)形狀復(fù)雜，表面完整性要求又高，切削技術(shù)需要不斷提升。新刀具也不斷涌現(xiàn)，使得切削速度不斷提高。我們要借鑒歐洲國家使用先進刀具所具有的高速度、大進給、小切深的理念，與國際先進切削理念接軌，研發(fā)先進的切削工藝技術(shù)。
(2)實現(xiàn)刀具重磨，降低采購成本
在數(shù)控加工中，刀具的損壞不僅影響加工的質(zhì)量和效率，而且還可能導(dǎo)致嚴重的機床和人身事故。刀具的損壞有磨損和破損兩種情況，加工產(chǎn)品時，刀具受到切削力、切削熱和摩擦的作用，會逐漸磨損或破損，最后失去切削能力。
隨著刀具的磨損，工件的加工精度也逐漸下降，已加工表面也逐漸變得粗糙。刀具磨損到一定程度就不能繼續(xù)使用，否則將降低工件的尺寸精度和加工表面質(zhì)量，同時也會增加刀具的消耗和加工成本。航空發(fā)動機企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)特點，制定適合本企業(yè)的刀具修磨技術(shù)標準，嚴格按照刀具修磨技術(shù)標準，對刀具進行修磨以及對涂層后質(zhì)量情況進行跟蹤。在實際應(yīng)用過程中，返磨刀具降本增效效果十分顯著，如某發(fā)動機制造企業(yè)，外購刀具修磨以整體硬質(zhì)合金銑刀、鉆頭、鉸刀、擴孔鉆和復(fù)雜刀具為主。年外購可重磨硬質(zhì)合金立銑刀約五六萬把，這些刀具經(jīng)重磨后還可繼續(xù)使用，節(jié)省的刀具費用也很可觀。
(3)強化基礎(chǔ)培訓，實施引智工程
加強技術(shù)人員和操作者在切削技術(shù)、刀具選型、刀具使用等方面的培訓，提高他們選刀、用刀的能力是降本增效的前提。
建立可供技術(shù)人員和操作者在選擇刀具，尤其是代用刀具時作為參考的切削數(shù)據(jù)庫，來滿足現(xiàn)場機械制造的強烈需求，是降本增效的基礎(chǔ)。航空制造企業(yè)要知己知彼，高性能刀具必須在適合的零件材料上運用，必須與現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備相適應(yīng)。航空制造企業(yè)應(yīng)實施引智工程，促使刀具供應(yīng)商對其定期舉行培訓，利用刀具商已有的成熟的技術(shù)優(yōu)勢來為企業(yè)服務(wù)。這樣既可實現(xiàn)雙贏，又可使企業(yè)的刀具工程師具有先進的切削理念，掌握世界先進的切削技術(shù)。最終實現(xiàn)企業(yè)制造水平的跨越發(fā)展。
刀具供應(yīng)商應(yīng)詳細了解用戶的真實需求，根據(jù)用戶的實際需要，提供用戶最需要的產(chǎn)品。刀具供應(yīng)商還要能做好技術(shù)指導(dǎo)方面的工作，并提供刀具方面的詳細資料，如什么樣的刀具適合于加工什么樣的材料工件，同時，給出刀具的最佳切削參數(shù)等。具體地說，用戶希望刀具供應(yīng)商所派的工程師不僅要熟悉國內(nèi)外刀具、材料技術(shù)以及發(fā)展動態(tài)，熟悉金屬切削技術(shù)，還要熟悉機加工藝、各類通用刀具和數(shù)控刀具的選擇與應(yīng)用，熟悉各類數(shù)控機床，能獨立編制機加工藝和刀具配備方案，使用戶能夠更迅捷地接觸世界最先進的刀具技術(shù)，與此同時也讓用戶獲得性價比更優(yōu)的刀具產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。
一、精密數(shù)控系統(tǒng)需助力航空航天的發(fā)展
航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點是耐高溫、高強度、難加工，同時合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。這就對其加工設(shè)備提出了更高要求，為了推動航空航天事業(yè)的發(fā)展，近幾年來，有實力的機床生產(chǎn)廠家開始研發(fā)制造高端數(shù)控機床，以替代進口，為民族事業(yè)作出了貢獻。
航空航天產(chǎn)品制造對數(shù)控技術(shù)與裝備的需求呈現(xiàn)以下六個特點：機械加工的數(shù)控化率要求高，幾乎對各類數(shù)控機床都有需求;對數(shù)控機床利用率及數(shù)控加工效率要求高;數(shù)控加工已成為CAD/CAPP/CAM集成應(yīng)用及;無圖紙制造的基礎(chǔ);高速高精度數(shù)控切削加工已成必然趨勢;要求對不同材料和結(jié)構(gòu)的零部件數(shù)控加工工藝及切削參數(shù)進行優(yōu)化;部分數(shù)控技術(shù)與裝備具有專用性。對數(shù)控立式車床和立式車削中心、立式銑削加工中心、立臥轉(zhuǎn)換加工中心、數(shù)控鏜銑床、高效專用葉片加工中心、榫齒成形磨床、數(shù)控電火花加工機床等需求量較大，主要用于采用難加工材料、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的整體機匣、整體葉輪和葉盤等結(jié)構(gòu)件和各種復(fù)雜型面葉片的加工。航天產(chǎn)品的發(fā)動機制造中，推力室內(nèi)外壁結(jié)構(gòu)、閥門、活門、轉(zhuǎn)子葉片等的加工，對數(shù)控銑床/銑削中心、精密數(shù)控車床、數(shù)控鏜銑床等數(shù)控設(shè)備有較多的需求。
航空機載設(shè)備的關(guān)鍵部件種類多、尺寸小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高，對精密數(shù)控鏜銑床和加工中心、精密數(shù)控車床和車削中心、精密數(shù)控萬能外圓磨床、數(shù)控電火花機床和線切割機床等數(shù)控設(shè)備有重要的需求，以滿足各種殼體、閥體、液壓偶件、液壓平板閥、光管、激光陀螺反射鏡、非球面光學零件等零部件的精密、超精密加工要求。航天產(chǎn)品的彈/箭/星載設(shè)備主要為控制、導(dǎo)引、探測部件等高精度的精密儀器與機械，對數(shù)控技術(shù)與裝備的要求主要是：精密數(shù)控車床和車削中心、高精度萬能數(shù)控磨床、數(shù)控光學坐標磨床和成形磨床、高精度數(shù)控電火花加工機床等。
航空航天工業(yè)產(chǎn)品零件的特點是耐高溫、高強度、難加工，同時合金材料和復(fù)合材料多、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件多、工藝要求高。飛機機身結(jié)構(gòu)件主要有梁、框、肋、壁板等零件，此類零件大多為鋁合金或鈦合金材料，一般外形輪廓尺寸都很大，屬薄壁多腔的整體框架結(jié)構(gòu)，機械切削去除量大，表面質(zhì)量要求高。加工此類零件需要大型、重型機床裝備，要求工作臺承重10噸以上，有效行程在15米以上的高剛性機床。航空發(fā)動機是國之重器，是裝備制造業(yè)的尖端。
航空發(fā)動機由于研制難度高、技術(shù)含量高、產(chǎn)業(yè)回報高的特點，被譽為是現(xiàn)代工業(yè);皇冠上的明珠。盡快在這一領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，對于增強我國經(jīng)濟和國防實力、提升綜合國力具有重大意義。國家提出了2020年在航空航天領(lǐng)域機床國產(chǎn)化率達到80%的目標，這不僅成為期盼，也是寄予了大國崛起的希望，需要包括數(shù)控系統(tǒng)、功能部件、主機企業(yè)在內(nèi)整個行業(yè)的一致努力。對此，機床企業(yè)還需努力，技術(shù)突破仍需卯足勁。
二.中國航空航天業(yè)刀具應(yīng)用現(xiàn)狀
隨著航空航天產(chǎn)品的不斷升級，尤其各種難加工材料的使用，其加工技術(shù)也正逐步提高。如今航空航天領(lǐng)域在刀具的應(yīng)用方面是什么狀態(tài)，航空航天工具企業(yè)的發(fā)展狀況又是如何?
中國航空航天工具協(xié)會常務(wù)副秘書長楊衛(wèi)先生說：“就航空航天行業(yè)來講，其刀具的應(yīng)用水平未必比汽車領(lǐng)域高多少，兩者的主要區(qū)別在于，汽車行業(yè)通常是大批量地使用刀具，而航空航天業(yè)則是大件小批量生產(chǎn)，專業(yè)性刀具使用較多。”他介紹說，目前國內(nèi)航空業(yè)有七八家的專業(yè)化工具廠，而航天業(yè)則沒有。
如此之少的專業(yè)化工具廠究竟能否滿足國內(nèi)的市場需求，是否需要一般的刀具企業(yè)配合生產(chǎn)?楊秘書長介紹到，目前航空航天工具協(xié)會會員中專業(yè)化工具企業(yè)共有4家，即貴陽西南工具總廠、保定向陽航空精密機械有限公司、陜西航空硬質(zhì)合金工具公司以及陜西航空宏峰精密機械工具公司。這些企業(yè)的產(chǎn)品中有60%左右供應(yīng)航空航天企業(yè)使用，也有一部分出口。即便如此，供應(yīng)給航空航天使用的刀具也并非完全用于軍品的生產(chǎn)，多數(shù)航空航天企業(yè)所使用的刀具有70%——80%生產(chǎn)民品，僅20%——30%應(yīng)用于軍品。
現(xiàn)今國內(nèi)航空航天刀具的市場狀況與別的行業(yè)類似，如果出現(xiàn)市場上現(xiàn)有刀具無法解決的難題時，特別是目前航空航天領(lǐng)域高精尖產(chǎn)品加工中遇到的鈦合金、鋁鎂合金等難加工材料及復(fù)合材料的加工，刀具應(yīng)用企業(yè)便需要通過自行研制、開發(fā)的方式解決。
“專業(yè)化刀具廠的產(chǎn)品多數(shù)都是有任務(wù)安排的，無論如何也需要首先滿足航空航天領(lǐng)域的刀具需求。”楊秘書長解釋說，這些專用刀具產(chǎn)品無法完全從市場上獲得，因而專業(yè)化廠在產(chǎn)品面向市場之前，必須首先要滿足行業(yè)的使用需求。對于一些有特殊要求而在國內(nèi)市場上無法尋求的刀具，協(xié)會則可以起到橋梁的作用，為企業(yè)聯(lián)系到國外的專業(yè)化刀具企業(yè)，滿足企業(yè)的需求。 “近年來，我國航空航天企業(yè)的發(fā)展勢頭很好，國家給予比較大的支持，軍品生產(chǎn)任務(wù)飽滿，現(xiàn)在民品也已經(jīng)進入市場，日益繁榮的市場又促進了民品生產(chǎn)的發(fā)展。”
楊秘書又說，細觀市場不難發(fā)現(xiàn)仍然存在一些問題：國內(nèi)專業(yè)化廠所能提供的多是專用刀具，市場上的通用刀具產(chǎn)品不全面，因而企業(yè)應(yīng)用以進口居多;另外，一些進口的高檔數(shù)控加工中心所使用的刀具也基本都源自進口，以山特維克可樂滿、肯納、山高和歐士機等國際知名品牌為主，這些企業(yè)的銷售渠道很廣泛，在國內(nèi)大型城市都設(shè)有辦事處，購買刀具比較方便，并且良好的售后服務(wù)及產(chǎn)品質(zhì)量保障，也使其競爭優(yōu)勢更優(yōu)于國內(nèi)企業(yè)。在這樣的競爭環(huán)境下，中國航空航天工具業(yè)更應(yīng)該發(fā)揮自主創(chuàng)新的能力，以實現(xiàn)應(yīng)用企業(yè)的刀具國產(chǎn)化之路。
由于目前機加工、模具設(shè)計制造等方面的應(yīng)用人才十分匱乏，很多企業(yè)對一些生產(chǎn)中的具體應(yīng)用問題十分關(guān)心，“如何提高數(shù)控設(shè)備的加工效率，如何提高鈦合金刀具的壽命及其切削速度，對數(shù)控操作人員進行相關(guān)的培訓以及軟磁合金的自行研制加工等這些問題都是他們所關(guān)注的，所以開展此類培訓活動很有必要。”
三、刀具在航空航天制造業(yè)中的具體應(yīng)用
現(xiàn)今，國內(nèi)航空航天刀具的發(fā)展狀況與別的行業(yè)類似，如果出現(xiàn)市場上現(xiàn)有刀具無法解決的加工難題，特別是目前航空航天領(lǐng)域高精尖產(chǎn)品加工中遇到的鈦合金、鋁鎂合金等難加工材料及復(fù)合材料的加工難題，就需要刀具供應(yīng)商和用戶密切合作，通過共同研制、試切開發(fā)出專用刀具。同時，刀具廠商在產(chǎn)品面向市場之前，都是經(jīng)過大量的實驗、試切，確保滿足用戶加工過程中的各種需求。
1.航空航天制造業(yè)典型零件用刀具種類
航空航天零部件不僅采用了很多新結(jié)構(gòu)、新技術(shù)和新材料，而且零件構(gòu)型復(fù)雜，剛性較差，這些因素促使發(fā)動機等零件機械加工必須大量使用高性能的標準刀具和專用刀具進行加工。
目前，發(fā)動機盤類零件、軸類零件、機匣類零件加工中外購高性能硬質(zhì)合金標準刀具和硬質(zhì)合金非標刀具比例相當。典型中小構(gòu)件，葉片類零件等以標準刀具為主。在實際加工中刀具的選擇主要考慮以下幾個因素：工件材料、工件形狀、加工要求、加工機床、系統(tǒng)剛性、表面質(zhì)量技術(shù)要求等。以渦輪機匣零件為例，從工件材料上分析，變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用。這些難加工材料導(dǎo)熱系數(shù)小，比強度大，切削溫度高，易產(chǎn)生加工硬化。切削時刀具磨損快，刀具壽命短，刀具消耗量大，因此必須合理選擇刀具幾何角度。從工件結(jié)構(gòu)上來看，壁薄、剛性差，難加工。
加工零件凸起部分時，刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉。因此必須對刀具路徑進行優(yōu)化，如用插銑加工代替?zhèn)茹姟⒖招谐炭焖僮叩丁?yōu)化抬刀位置、采用螺旋插補等方式進行銑削。從機床的選擇上來說，渦輪機匣需要在大功率的加工中心上加工。從加工工序上分析，機匣需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工。為了節(jié)省刀具費用，在制造這類零件時，粗加工時可采用高性能陶瓷銑刀，半精加工和精加工時采用標準硬質(zhì)合金刀具和非標高性能專用刀具，這樣可顯著提高生產(chǎn)效率。從加工經(jīng)濟性方面上來說，刀具配置方案需要不斷改進，盡量采用刀具商最新研發(fā)的產(chǎn)品。
2.航空航天制造業(yè)常用刀具材料
隨著航空航天業(yè)鈦合金、高溫合金等難加工材料的廣泛應(yīng)用，如何正確選擇、合理使用刀具進行高效高質(zhì)量切削加工已經(jīng)成為一個非常重要的行業(yè)性話題。隨著工件材料與刀具材料、結(jié)構(gòu)等的互相促進，航空航天制造業(yè)得以不斷發(fā)展，可以說刀具的不斷發(fā)展是航空航天制造業(yè)不斷發(fā)展的驅(qū)動力。
目前，航空航天制造業(yè)廣泛應(yīng)用的刀具材料主要有以下幾大類：工具鋼(碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼)、硬質(zhì)合金、陶瓷和超硬刀具材料。其中，硬質(zhì)合金刀具所占比重最大，在航空制造中是主導(dǎo)刀具，應(yīng)用范圍相當廣泛。與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性，且化學穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金，因此，陶瓷刀具已經(jīng)成為航空航天業(yè)刀具發(fā)展的一個主流。
在航空航天材料加工過程中，槽加工和孔加工是加工難點。像發(fā)動機盤類零件、軸類零件、機匣類零件加工對加工刀具的要求非常高，因此，在這類零部件的加工中高性能硬質(zhì)合金標準刀具和硬質(zhì)合金非標刀具使用量非常大。在實際加工中刀具的選擇應(yīng)考慮以下幾個因素：工件材料、工件形狀、加工要求、加工機床、系統(tǒng)剛性、表面質(zhì)量技術(shù)要求等。
以渦輪機匣零件為例，從工件材料上分析，變形高溫合金、鑄造高溫合金等難加工材料大量采用，這些難加工材料導(dǎo)熱系數(shù)小，比強度大，切削溫度高，易產(chǎn)生加工硬化，切削時刀具磨損快，刀具壽命短，刀具消耗量大，因此必須合理選擇刀具幾何角度。
從工件結(jié)構(gòu)上來看，壁薄、剛性差，難加工，加工零件凸起部分時，刀具系統(tǒng)容易與零件、夾具干涉，因此，必須對刀具路徑進行優(yōu)化，如插銑加工代替?zhèn)茹姡招谐炭焖僮叩叮瑑?yōu)化抬刀位置，采用螺旋插補等方式進行銑削。
從加工工序上分析，機匣需要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工，為了節(jié)省刀具費用，在制造這類零件時，粗加工時可采用高性能陶瓷銑刀，半精加工和精加工時采用標準硬質(zhì)合金刀具和非標高性能專用刀具，這樣可顯著提高生產(chǎn)效率。
從加工經(jīng)濟性方面上來說，刀具配置方案需要不斷改進，盡量采用刀具商最新研發(fā)的產(chǎn)品。航空制造業(yè)中，硬質(zhì)合金刀具所占比重最大。硬質(zhì)合金刀具在航空制造中是主導(dǎo)刀具，應(yīng)用范圍則相當廣泛，在數(shù)控刀具材料中占主導(dǎo)地位。硬質(zhì)合金成為主要的刀具材料，使切削加工實現(xiàn)了向硬質(zhì)合金時代的過渡，由于不同牌號的硬質(zhì)合金性能特點不同，因而其應(yīng)用范圍也不同。硬質(zhì)合金不但可用于制造各種機夾可轉(zhuǎn)位刀具，而且可以制造整體式立銑刀、鉸刀、絲錐和鉆頭等。硬質(zhì)合金刀具分為普通硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、超細顆粒硬質(zhì)合金、碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金。
YT類硬質(zhì)合金具有YG類和YW類的大部分優(yōu)良性能，在航空制造業(yè)應(yīng)用較廣。涂層硬質(zhì)合金有比基體更高的硬度、耐磨性、耐熱性，應(yīng)用廣泛。超細顆粒硬質(zhì)合金可以大范圍地運用于斷續(xù)切削。碳(氮)化鈦基硬質(zhì)合金主要用于鋼件的連續(xù)表面的精加工和半精加工。
目前我國陶瓷刀具的應(yīng)用還處于起步階段，實際應(yīng)用發(fā)展較慢。陶瓷刀具主要用于硬質(zhì)合金刀具難以切削的工件粗加工。航空制造業(yè)推廣使用陶瓷刀具的時間不長，在陶瓷刀具的幾何參數(shù)、切削用量以及使用技術(shù)方面需要積累經(jīng)驗。陶瓷材料與硬質(zhì)合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、熱硬性和耐磨性。陶瓷刀具化學穩(wěn)定性、抗氧化能力等均優(yōu)于硬質(zhì)合金，非常適合干式連續(xù)高速切削高溫合金、淬硬剛、軸承鋼、高強度鋼等難加工材料。航空發(fā)動機中高溫合金應(yīng)用很多，盤軸類零件較多，正是陶瓷刀具發(fā)揮其優(yōu)勢的地方。實現(xiàn)高效加工，以陶瓷刀具替代部分硬質(zhì)合金刀具，是完全可行的。陶瓷刀具不是萬能刀具，只有正確使用才能充分發(fā)揮其優(yōu)越性。
鑒于陶瓷刀具的特性，選用時必須注意三方面的問題：①要選擇良好的系統(tǒng)剛性，可以有效防止振動對刀具的損害，提高刀具壽命。②要防止零件對刀具的沖擊。對硬度高并且形狀不規(guī)則的毛坯，應(yīng)在切入和切出處先倒角再切削。③要優(yōu)選刀具幾何參數(shù)，陶瓷刀具常采用零前角或負前角切削。我們要在充分掌握工件材料性能的基礎(chǔ)上，采取相應(yīng)的措施才能使切削加工達到高質(zhì)量、高效率、低成本。
發(fā)揮進口刀具與國產(chǎn)刀具、標準刀具與非標刀具各自的優(yōu)勢，充分發(fā)揮各檔次設(shè)備的加工能力，有針對性地選擇刀具供應(yīng)商。
四、航空發(fā)動機企業(yè)如何提高刀具切削技術(shù)水平
航空發(fā)動機企業(yè)提高刀具切削技術(shù)水平、降低刀具成本措施，應(yīng)從以下做起：
(1)轉(zhuǎn)變觀念，把握切削技術(shù)最新發(fā)展方向
發(fā)揮進口刀具與國產(chǎn)刀具、標準刀具與非標刀具各自的優(yōu)勢，充分發(fā)揮各檔次設(shè)備的加工能力，有針對性地選擇刀具供應(yīng)商。螺紋刀具等復(fù)雜刀具采用國內(nèi)刀具可以有效降低成本，保證質(zhì)量。航空航天發(fā)動機中零件(如盤軸、機匣件)形狀復(fù)雜，表面完整性要求又高，切削技術(shù)需要不斷提升。新刀具也不斷涌現(xiàn)，使得切削速度不斷提高。我們要借鑒歐洲國家使用先進刀具所具有的高速度、大進給、小切深的理念，與國際先進切削理念接軌，研發(fā)先進的切削工藝技術(shù)。
(2)實現(xiàn)刀具重磨，降低采購成本
在數(shù)控加工中，刀具的損壞不僅影響加工的質(zhì)量和效率，而且還可能導(dǎo)致嚴重的機床和人身事故。刀具的損壞有磨損和破損兩種情況，加工產(chǎn)品時，刀具受到切削力、切削熱和摩擦的作用，會逐漸磨損或破損，最后失去切削能力。
隨著刀具的磨損，工件的加工精度也逐漸下降，已加工表面也逐漸變得粗糙。刀具磨損到一定程度就不能繼續(xù)使用，否則將降低工件的尺寸精度和加工表面質(zhì)量，同時也會增加刀具的消耗和加工成本。航空發(fā)動機企業(yè)應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)特點，制定適合本企業(yè)的刀具修磨技術(shù)標準，嚴格按照刀具修磨技術(shù)標準，對刀具進行修磨以及對涂層后質(zhì)量情況進行跟蹤。在實際應(yīng)用過程中，返磨刀具降本增效效果十分顯著，如某發(fā)動機制造企業(yè)，外購刀具修磨以整體硬質(zhì)合金銑刀、鉆頭、鉸刀、擴孔鉆和復(fù)雜刀具為主。年外購可重磨硬質(zhì)合金立銑刀約五六萬把，這些刀具經(jīng)重磨后還可繼續(xù)使用，節(jié)省的刀具費用也很可觀。
(3)強化基礎(chǔ)培訓，實施引智工程
加強技術(shù)人員和操作者在切削技術(shù)、刀具選型、刀具使用等方面的培訓，提高他們選刀、用刀的能力是降本增效的前提。
建立可供技術(shù)人員和操作者在選擇刀具，尤其是代用刀具時作為參考的切削數(shù)據(jù)庫，來滿足現(xiàn)場機械制造的強烈需求，是降本增效的基礎(chǔ)。航空制造企業(yè)要知己知彼，高性能刀具必須在適合的零件材料上運用，必須與現(xiàn)場生產(chǎn)設(shè)備相適應(yīng)。航空制造企業(yè)應(yīng)實施引智工程，促使刀具供應(yīng)商對其定期舉行培訓，利用刀具商已有的成熟的技術(shù)優(yōu)勢來為企業(yè)服務(wù)。這樣既可實現(xiàn)雙贏，又可使企業(yè)的刀具工程師具有先進的切削理念，掌握世界先進的切削技術(shù)。最終實現(xiàn)企業(yè)制造水平的跨越發(fā)展。
刀具供應(yīng)商應(yīng)詳細了解用戶的真實需求，根據(jù)用戶的實際需要，提供用戶最需要的產(chǎn)品。刀具供應(yīng)商還要能做好技術(shù)指導(dǎo)方面的工作，并提供刀具方面的詳細資料，如什么樣的刀具適合于加工什么樣的材料工件，同時，給出刀具的最佳切削參數(shù)等。具體地說，用戶希望刀具供應(yīng)商所派的工程師不僅要熟悉國內(nèi)外刀具、材料技術(shù)以及發(fā)展動態(tài)，熟悉金屬切削技術(shù)，還要熟悉機加工藝、各類通用刀具和數(shù)控刀具的選擇與應(yīng)用，熟悉各類數(shù)控機床，能獨立編制機加工藝和刀具配備方案，使用戶能夠更迅捷地接觸世界最先進的刀具技術(shù)，與此同時也讓用戶獲得性價比更優(yōu)的刀具產(chǎn)品和優(yōu)質(zhì)的售后服務(wù)。