1、先進數控技術分析先進數控技術分析基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 全組目錄全組目錄航空制造業特點數控系統分析機床分析轉換成代碼前處理代碼后處理分析航空增材制造分析基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 1序言序言2航空制造業特點航空制造業特點4航空增材制造分析航空增材制造分析個人目錄個人目錄基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 序言1 101課題來源課題來源 由于我之前在進行學科課程設計時，對數控加工技術產生了較為濃厚的興趣，對于沈飛車間的加工的零件和機床感到很“親切”，結合我們之前在學習飛行器制造工藝學課程時對數控加工的技術知識，于是想到做這方面的專題報告。 在暑假中，我在閱讀新聞時

2、偶然得知沈陽飛機工業集團公司于2005年突破了飛機鈦合金小型、次承力結構件激光增材制造關鍵技術，并成功實現在我國某型艦載機上的進行裝機工程應用，使我國成為當時繼美國（2002年）之后國際上第2個實現激光增材制造鈦合金小型、次承力構件實際裝機工程應用的國家，在進一步查閱關于增材制造的資料，對原有的報告進行了進一步的完善。 基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2 2航空制造業特點2.0引言引言 對于一個國家來說，航空航天工業是制造業最為重要的組成部分之一，也是科技含量最高的制造領域之一，體現了國防科技工業現代化水平和國家現代制造業實力，在國防現代化和國民

3、經濟發展中有著舉足輕重的作用。 為了對所加工零件有更深入的了解，現對其進行分析。航空制造業總體特點航空制造業總體特點帶筋件的分析帶筋件的分析自由曲面自由曲面基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 構件特點構件特點2.1航空制造業總體特點航空制造業總體特點大量采用自由曲面形式16 從形式的角度，為了到良好的氣動性能，結構上大量采用自由曲面形式，其準確成型難度較大。 我們在鈑金車間參觀了部分軍機的鈑金復雜曲面的成型過程基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.1航空制造業總體特點航空制造業總體特點較多形成各種復雜型腔26某型戰斗機構件型腔圖 從外觀的角度，

4、為了減輕結構重量并增強結構性能，在飛行器構件設計時應進行等強度設計，其直接結果就是往往需要在結構上形成各種復雜型腔，其中型腔靠近外形的槽腔常為直紋曲面，而且具有復雜的槽腔、筋條、凸臺和減輕孔等特征。 我們在數控加工車間參觀了我國某大型運輸機的翼肋成型及殲擊機的機翼構件成型過程。基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.1航空制造業總體特點航空制造業總體特點大量采用整體構件36 隨著航空制造工業的快速發展，由于現代飛機性能要求和設計水平不斷提高，為了進一步提升結構效率，大型航空整體結構件逐漸替代了傳統的螺栓連接和鉚接的飛機組合件，且使用整體制造水平的普遍提升，使得整體結構件成為廣泛采用的主要承

5、力構件。 相對于傳統拼接的結構，它不但可減少零件數目，降低結構重量，而且接縫少，密封性好，裝配簡單，使飛機等的結構效率和可靠性成倍甚至數十倍地提高。基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.1航空制造業總體特點航空制造業總體特點制造過程中材料去除率大46 為了降低飛機等飛行器的自身結構重量，增大攜帶負載的能力和實現更遠的飛行距離，飛行器制造過程中其航空整體結構件由整塊大型毛坯直接“掏空”加工而成，其通常去除量能達到70%，加工周期長。 美國的F-22飛機中尺寸最大的Ti6Al4V鈦合金整體加強框，所需毛坯模鍛件重達 2796千克， 而實際成形零件重量不足144千克， 材料的利用率不到4. 9

6、0%?；贑ATIA的飛行器數控加工技術分析 2.1航空制造業總體特點航空制造業總體特點加工變形問題嚴重56 從加工產品的良品率的角度，飛行器上的結構件往往由于其設計水平較高而加工變形問題嚴重，影響加工效率，而當面臨如尺寸大、材料去除率高、剛性差等特點時，這些問題更更加凸顯，當工件從夾具上取下后，往往產生彎曲、扭曲、彎扭組合等加工變形，使零件難以達到設計要求。由于不同飛機結構件采用不同材料毛坯和不同加工方式，它們產生變形的方式與程度也不盡相同。 我國中航工業集團民用飛機轉包合作生產中，飛機座艙前、后側骨架數控加工后會發生彎曲變形整體梁、接頭等加工后出現彎曲和扭轉變形。基于CATIA的飛行器數控

7、加工技術分析 2.1航空制造業總體特點航空制造業總體特點性能要求較高66加工精度形位精度重量控制使用壽命基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.2鋁合金的在飛行器上的應用鋁合金的在飛行器上的應用 近年來，隨著航空材料的快速發展，鈦合金、鋁合金和復合材料成為航空整體結構件的主要結構材料，且在戰斗機等高機動性飛行器中所占比重越來越大，但是航空鋁合金仍然是應用最為廣泛的金屬材料，尤其是在民用大飛機中更是如此。在各種民用大飛機系列機型中，鋁合金使用量基本在70%以上，其中，波音747中的鋁合金使用量高達到81%，有空中巨無霸之稱的A380飛機的結構材料中鋁合金占66%。其中，鋁合金主要用來制作航空

8、航天產品的受力結構件，如隔框、大梁、翼肋、巧條、起落架等零件。 從制造的角度，模鍛件和預拉伸板材是鋁合金整體結構件毛坯材料的兩種主要形式。隨著金屬板制造水平的提高，平面類整體結構件、板、框、肋、梁的鋁合金零件已普遍采用預拉伸板，在沈飛車間中也大量使用。 預拉伸板材通過在專用板材拉伸機上預先給材料少量的塑性變形，改變板材內部原有應力分布狀態，減小與均勻化內部固有應力狀態。航空鋁合金超厚板（40mm）是一種用量較大，需要采用先進加工技術的新型關鍵結構材料。如德國生產的厚280mm，長20mm的鋁合金預拉伸板材，由其制造的整體結構件壁厚為2-3，廣泛應用于波音軍事運輸機C-17和波音777、737飛

9、機上?；贑ATIA的飛行器數控加工技術分析 2.3帶筋件的總體特點分析帶筋件的總體特點分析結構常見：從工藝知識、編程經驗、形狀的角度分析飛機結構件中的筋這類形狀零件，可得知，筋是飛機結構件中最常見的形狀之一。綜合性強： 筋通常起提高結構件強度的作用，也有部分筋有一些特殊的功用。其形狀是由結構件本身的設計，以及工藝等諸多因素決定的。薄壁結構：由于飛機結構件本身要求零件在保證強度的情況下盡可能輕，因而通常情況下筋的寬度只有3-4mm，屬于薄壁結構。種數豐富：飛機結構件中的筋形狀各異，數量多，常位于槽腔、輪廓之間或槽腔內部01 課題目的2.3帶筋件的總體特點分析帶筋件的總體特點分析拓撲邊：1，指筋

10、邊2，由主拓撲面與側拓撲面相交的兩條凸邊列組成，3，筋頂面加工刀軌計算的原始驅動幾何元素，也是筋特征合并的依據）主拓撲面：1，指筋頂面，2，通常由平面、圓柱面或自由曲面組成，3，筋特征的主要加工區域約束面：1，約束面為筋兩端的端面2，約束面通常為槽腔的側壁面，一般為一些平面或直紋面3，常常需要單獨進行加工側拓撲面：1，指筋的側面2，通常由平面、圓柱面或曲面組成3，構成槽腔側面、或輪廓側面，其加工受到所處部位的影響筋底面：1，筋的底面2，通常多為平面3，筋底面在筋的側面加工中限定了筋側面加工的范圍特征基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.3帶筋件的分析帶筋件的分析加工內容151)頂面的加工

11、頂面的加工筋特征都需要加工筋頂部分1，筋特征加工中最主要的部分，2，飛機結構件筋特征的數控編程中編程占很大的比例。3，是筋特征加工中情況最多，工藝最復雜的部分。2)約束面的加工約束面的加工在一部分筋中，存在約束面需要單獨加工，1，為了精加工約束面2，在筋頂面上加工出足夠的空間，為之后筋頂面加工的進刀做準備。3)筋側面的加工筋側面的加工往往在銑槽腔內壁面或銑輪廓面時順帶完成(只有在開口筋或獨立筋中，若筋的強度不夠，筋的側面才需要單獨加工)。基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.3帶筋件的分析帶筋件的分析筋加工順序的安排25筋約束面筋頂面筋側面基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.3帶

12、筋件的分析帶筋件的分析 通常情況下，一般先加工約束面，后加工筋側面。選用這個加工順序理由是：如圖所示，在筋頂面加工中，若約束面未加工完成，則當刀具走到靠近約束面的位置，由于約束面處還存在粗加工余量，將導致銑刀側面突然出現大的切削量，刀具易損。所以，此類情況，通常都是先加工約束面，再加工筋頂面. 筋側面的加工，一般都在加工筋頂面之后。由于筋是一類薄壁結構，筋的寬度通常只有34mm，遠遠小于筋的長度和高度。在筋頂面、約束面和側面的加工中，筋頂面的加工最易發生變形。為了防止頂面加工時發生大的變形，通常在筋的側面還未加工，還留有粗加工余量，即筋的寬度方向上還有一定厚度時，先將筋頂部分加工完成，之后再加

13、工筋的側面。基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.3帶筋件的分析帶筋件的分析筋頂面對筋加工的影響35頂面的加工，主要受筋頂面各面類型的影響，通常需要考慮有如下一些通用的原則：（1）爬坡原則：盡量實現從筋頂面較低處向筋頂面較高處進行加工，方便排屑，減少刀具摩損。平底刀側刃加工，適合自下往上加工零件，當運動軌跡自上往下時，刀具底部將參與切削，而平底刀底部的切削能力較弱，容易損傷刀具和工件。（2）小坡度下滑原則：當筋頂面加工不可避免的要從筋頂面較低處向較高處加工時，盡量使下滑坡度較小的方向為加工方向。（3）刀軌應避免位于筋頂中線上：當刀具中心位于被加工筋頂的中線上時，加工時震動大，故刀軌最好偏

14、移一個距離，保證切削時的平穩性。（4）開敞性原則：從無干涉部位進刀進行加工。在不考慮過渡圓弧面的情況下，根據筋頂面類型的不同，如圖2-7所示，筋分為如下3種情況：a）平頂筋；b）斜頂筋；c）曲頂筋?；贑ATIA的飛行器數控加工技術分析 2.3帶筋件的分析帶筋件的分析筋兩端連接支撐情況對筋加工的影響45 筋是一類薄壁結構，其兩端是否有連接支撐，影響筋強度的大小，也影響筋的加工，尤其對筋側面的加工影響較大。為防止筋側面加工時發生大的變形，工藝員必須根據筋兩端連接支撐情況的不同，采用不同的加工工藝方案。根據筋兩端是否有連接支撐，可將筋分為下列3種類型：（a）筋兩端都有連接支撐。在飛機結構件中，此類

15、筋最多，它一般位于槽腔之間或處于輪廓上，兩端都與其它筋或其它特征相交，強度相對較大。（b）筋一端無連接支撐。該類筋又稱開口筋，其一端與其它特征相交，另一端無連接。（c）筋兩端都無連接支撐。該類筋又稱獨立筋，通常位于槽腔內部，不與槽腔壁面相交。在民用飛機結構件中，此類筋還常分布于輪廓上，成耳片狀，又稱耳片筋。基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.3帶筋件的分析帶筋件的分析筋所處位置情況的不同對筋加工的影響55位于外輪廓上的筋的加工和在結構件內部的筋的加工有所不同。輪廓上的筋的加工，除了受筋自身類型、形狀的影響，通常還受裝夾方案、工藝凸臺位置以及輪廓面精度要求等因素的影響。按筋在飛機結構件中

16、的位置的不同，如圖，可分為下列3種情況：a）筋在槽之間b）筋在槽之內c）筋在輪廓上基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2.4自由曲面設計自由曲面設計 隨著現代科技及工業的發展，自由曲面已廣泛應用于各行各業，大到汽車外形，飛機機身，船舶船體，小到電話機座等，因此，如何精確、高效地設計和制造自由曲面件成為必須解決的問題。由于自由曲面一般比較復雜，計算比較繁瑣，程序段很多，用手工編程是難以完成的，應盡可能采用自動編程。自動編程時，程序員根據零件圖樣和工藝要求，使用相關CAD/CAM軟件，先用CAD功能模塊進行建模，然后利用CAM模塊產生刀具路徑，進而用后置處理程序產生數控程序，可以通過軟件傳給數

17、控機床，完成自由曲面的加工。基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 如何更好應對上述制造要求基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 3 3航空增材制造分析基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 3.1增材技術概述3.2我國的應用情況3.3發展歷史3.4技術特點3.5增材技術的種類及介紹3.6發展方向基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 3.1增材技術概述增材技術概述 增材制造 ( additive manufacturing，AM ) 技術是通過 CAD 設計數據采用材料逐層累加的方法制造實體零件的技術，其基本原理是離散-堆積原理。 自 20 世紀 80 年代末，增材制造技術逐步發展，期間也

18、被稱為 “材料累加制造” ( material increase manufacturing) 、 “快速原型” ( rapid prototyping) 、 “分層制造” ( 1ayeredmanufacturing) 、 “實體自由制造” ( solid free-form fabrication) 、 “3D 打印技術” ( 3Dprinting )等，名稱各異的叫法，分別從不同側面表達了該制造技術的特點。基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 該技術源于20世紀80年代的美國，它是將表面工程、材料工程、數字建模、自動化控制等多項前沿技術相結合而形成的新興制造技術，被英國雜志經濟學人譽為

19、“制造業的革命！”3.1增材技術概述增材技術概述基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 在航空領域使用較多的高性能大型金屬構件的激光增材制造，指的是通過長期激光逐點掃描、逐線搭接、逐層熔化凝固堆積（增材制造），實現三維復雜零件的“近凈成形”。實際上是激光超常冶金快速凝固高性能“材料制備”與大型復雜構件逐層增材“直接制造”的一體化過程（即材料制備零件成形一體化、成形控性一體化）?；贑ATIA的飛行器數控加工技術分析 3.2我國的應用情況我國的應用情況 我國該項技術的應用道路上較為突出，目前應用的型號有如下所示1，在民用飛機上，C919大飛機駕駛艙玻璃窗框架和緣條零件.2，在軍用飛機上，艦載戰斗

20、機-殲 15，多用途戰斗轟炸機殲-16，隱形戰斗機殲20 ，隱形戰斗機殲-31，運-20大型運輸機?；贑ATIA的飛行器數控加工技術分析 3.3發展歷史發展歷史 目前，該技術正在歐美掀起如火如荼的產業化發展熱潮，并已廣泛應用于創意設計、醫療保健、航空航天、汽車制造、模具制作、影視教育等。其發展過程中的重大事件發生時間如下所示：1995 1995 中國提出技術構想中國提出技術構想1978 1978 美國提出技術構想美國提出技術構想2000 2000 AMS4999AMS4999美國裝機工程應用美國裝機工程應用 F-22 F-22 和和 F/A-l8E/FF/A-l8E/F2012 2012 電

21、子束熔絲成形電子束熔絲成形J-15J-152007 2007 中國裝機工程應用中國裝機工程應用c919c9192013 2013 電子束熔絲成形電子束熔絲成形F-35F-35基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 1978 1978 美國聯合技術研究心提出并被命名為美國聯合技術研究心提出并被命名為“激光逐層上釉激光逐層上釉”工藝。工藝。實際上早在年美國聯合技術研究中心就 已提出并被命名為“激光逐層上釉”工藝，提出通過激光熔化快速凝固逐層堆積原理制造致密金屬構件的技術思路，雖然當時已明確指出了現代金屬件激光增材制造技術的幾乎全部優點，但由于受當時工業激光器功率及數控技術水平的限制，該技術并未立即

22、引起人們的注意。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 1995 1995 西北工業大學提出激光增材制造的技術構思。西北工業大學提出激光增材制造的技術構思。我國開展航空制造領域增材制造技術和應用研究最具代表性的單位主要是西北工業大學和北京航空航天大學。西北工業大學于 1995 年開始在國內率先提出以獲得極高(相當于鍛件) 性能構件為目標的激光增材制造的技術構思，并在迄今近 20 年的時間里持續進行了 LSF 技術的系統化研究工作，形成了包括材料、工藝、裝備和應用技術在內的完整的技術體系，并在多個型號飛機、航空發動機上獲得了廣泛的裝應用。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA

23、的飛行器數控加工技術分析 1998 激光增材制造構件逐步進入美軍項目中。激光增材制造構件逐步進入美軍項目中。MTS公司出資與約翰霍普金斯大學、賓州州立大學開展了飛機機身鈦合金結構件的激光直接沉積技術研究，在對鈦合金結構件激光增材制造技術進行了大量研究并取得重要進展的基礎上，于1998年成立了專門從事航空鈦合金構件激光增材制造技術 工程化應用的 AeroMet公司。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2000 2000 美國美國 SAE SAE 協會制定了協會制定了 Ti-6Al-4V Ti-6Al-4V 合金合金 LSF LSF 成形的美國航空材成形的美國航空材料標準

24、料標準 AMS4999 AMS4999。美國 SAE 協會于 2001 年制定了 Ti-6Al-4V 合金 LSF 成形的美國航空材料標準 AMS4999 ( 該 標 準 在 2011 年 進 行 了 修 訂AMS499A)，這個事件在全球掀起了金屬零件直接增材制造的第一次熱潮。值得注意的是，在增材制造技術發展的早期，美國軍方就已對這項技術的發展給予了相當的關注。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2006 中航工業北京航空制造工程研究所開發了國內首臺電子束熔絲沉積中航工業北京航空制造工程研究所開發了國內首臺電子束熔絲沉積成形設備。成形設備。中航工業北京航空制造工程研

25、究所目前開發的國內最大的電子束成形設備真空室，有效加工范圍1.5m x 0.8m x 3m,5軸聯動，雙通道送絲。在此基礎上，研究了TC4 ,TA15, TC11、TC18, TC21等鈦合金以及A 100超高強度鋼的力學性能。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2007 我國突破了飛機鈦合金小型、次承力結構件激光增材制造關鍵技術我國突破了飛機鈦合金小型、次承力結構件激光增材制造關鍵技術并成功實現在型號飛機上的裝機工程應用。并成功實現在型號飛機上的裝機工程應用。 北京航空航天大學與沈陽飛機設計研究所、第一飛機設計研究院、沈陽飛機工業集團公司、西安飛機工業集團公司等單位

26、長期“產學研”緊密合作，于2005年突破了飛機鈦合金小型、次承力結構件激光增材制造關鍵技術并成功實現在型號飛機上的裝機工程應用，使我國成為當時繼美國（2002年）之后國際上第 個實現激光增材制造鈦合金小型、次承力構件實際裝機工程應用的國家。 2008年以來先后在包括 大型客機等大飛機在內的多種型號飛機的研制和生產中工程應用。這一可喜突破也使我國成為目前世界上唯一突破飛機鈦合金大型整體主承力構件激光增材制造技術并裝機工程應用的國家。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2012 2012 在我國某型戰機上試飛，電子束熔絲成形制造的鈦合金零件在國內在我國某型戰機上試飛，電子

27、束熔絲成形制造的鈦合金零件在國內飛機結構上率先實現了裝機應用。飛機結構上率先實現了裝機應用。據報道稱，為一種艦載戰斗機。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 2013 2013 裝有電子束熔絲沉積成形鈦合金零件的裝有電子束熔絲沉積成形鈦合金零件的F-35F-35飛機已于飛機已于20132013年初試飛。年初試飛。據報道，裝有電子束熔絲沉積成形鈦合金零件的F-35飛機已于2013年初試飛。Lockheed Martin公司選定了F-35飛機的襟副翼梁，準備用電子束熔絲沉積成形代替鍛造，預期零件成本降低60%。近期，美國Sciaky公司采用EBF3技術以及與鍛件結合的組合制

28、造技術已經為 Lockheed Mar-tin 公司制造了 F-35 聯合攻擊戰斗機的垂尾、襟翼副梁， Lockheed Martin 公司也宣稱，已在 F-35II 型戰斗機上應用了900 多個增材制造的零件。不過，需要指出的是，目前 Boeing 和 Lockheed Martin 公司在飛機上裝機應用的增材制造零件主要還是非結構件。3.3發展歷史發展歷史基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 3.4技術特點技術特點隨著新軍事變革，航空裝備要滿足空軍戰略轉型和空軍建設的需求，其制造和維修保障能力必須與時俱進，而先進的裝備制造和維修技術則是加快提升國家軍事實力的重要因素。增材制造技術以其快速

29、制造的優勢，在2014年11月 美國防部年會設備展示會上，增材制造技術不但有一個專題研討，還在其他多個專題中被提及，由此，其重要地位可見一斑?；贑ATIA的飛行器數控加工技術分析 所制造材料性能優異18在航空材料領域，目前已經取得了技術突破，使用微米級別的鈦金屬顆粒，而后均勻打造出產品，其構件的承載力等力學性能就要比其鑄造件強得多。其原因如下：（1）零件具有晶粒細小、成分均勻、組織致密的快速凝固非平衡組織，綜合力學性能優異。（2）從理論上說，零部件越多越不安全，結合部通常都是隱患。無縫連接作為增材制造技術的一大亮點，不僅減少了零部件的數量，簡化了裝配工作，提高了裝備的生產質量，其安全性和可靠

30、性也隨之提高。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 降低設備的全壽命期成本。28 采用本技術可以極大降低成本，王明華團隊利用激光快速成形技術制造出我國自主研發的大型客機C919的主風擋窗框，在此之前只有歐洲一家公司能夠做，僅每件模具費就高達200萬美元，而利用激光快速成形技術制作的零件成本不及模具的1/10。且維修方便，基于金屬增材制造的高性能修復技術保證航空構件的全壽命期的質量與成本。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 生產周期短38 傳統的制造工藝相當復雜，增材制造顛覆了傳統制造的生產方式，它是一個材料逐層疊 加 的過程，這種數字化制造模式

31、將車、銑、刨、鉗等復雜工序省去，直接根據三維模型數據生成任何形狀的產品，可以將許多組合部件集為一體，大大降低了制造工藝的復雜性。 如在C-919的制造中，現在僅需 55 天，中國就可以“打印出”C-919 客機的主風擋整體窗框。 歐洲一家飛機制造公司表示，他們生產同樣的東西至少要兩年。當然，他們使用是傳統的生產飛機部件的方式。近凈成形，只需一步完成；加工設計靈活度高，可以實現特殊功能零部件的“原位”鑄造等等。這樣就大大降低了制造成本，提高了制造效率與加工質量。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 制造裝備簡單。48 傳統方法對制造技術及裝備的要求高，通常需要大規格鍛坯加

32、工及大型鍛造模具制造、萬噸級以上的重型液壓鍛造裝備，制造工藝相當復雜，生產周期長、制造成本高，例如，傳統飛機鈦合金大型關鍵構件的制造方法是鍛造和機械加工，先要熔鑄大型鈦合金鑄錠、鍛造制坯、加工大型鍛造模具，然后再用萬噸級水壓機等大型鍛造設備鍛造出零件毛坯，最后再對毛坯零件進行大量機械加工。整個工序下來，耗時費力，有的構件，光大型模具的加工就要用一年以上的時間，要動用幾萬噸級的水壓機來工作，甚至還需要輔助設施。 增材制造設備便于攜帶，甚至可以用于前沿陣地維修保障。增材制造設備不需要大型的輔助設備，體積小，占用空間少，設備移動調整方便，它可以不受場地和環境限制，甚至實現遠程制造。只要有專用設備和適

33、用的原材料，可以在任何地方實現生產。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 4.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 通過組合制造技術改造提升傳統航空制造技術58 將傳統的數控機床立式加工設備進行升級，使其能夠采用激光工程化凈成形實現金屬 3D 打印。該項目獲得美國制造資助，由 Optomec 公司牽頭，項目團隊包括 Mach Motion 公司、Tech Solve 公司、洛克希德丁公司和美國陸軍貝尼特實驗室。 該項目通過采用模塊化設計方式，嵌入最新的控制系統、軌跡規劃系統和質量監控系統，

34、能將任意的數控機床升級使其具備 3D 打印功能， 從而經濟有效地實現增材和減材制造工藝的結合。 從而經濟有效地實現增材和減材制造工藝的結合。 該項目證明了美國制造有效加速增材制造技術向主流制造技術過渡的使命，這一成果將有望對制造業產生改變游戲規則的影響。 一臺機床同時具備增材和減材功能，將極大地影響企業的加工能力和成本效益。 美國制造還將進一步討論數控機床升級 3D 打印技術， 并探討在車間集成先進增材制造技術的挑戰機遇及長期影響。 3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 此外，本技術還可應用于機床的維修等，報廢的零部件或者整機基本上作為廢品處理，如此連鎖損失，造成了更大

35、的浪費。本平臺之 LCD技術是一種激光熔覆仿形修復技術，在鋼鐵行業用處極為廣泛。采用 LCD 激光熔覆沉積技術，既能使失效或報廢設備及零部件重新使用，又可以使新品延長使用壽命，甚至可以多次修復。據調查，寶鋼、鞍鋼、本鋼、首鋼、武鋼、唐鋼、太鋼、攀鋼、包鋼，都對沉積技術非常感興趣，有的已從中受益。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 可設計能力強68可以制造一些過去無法實現的航空功能結構，顯著提升航空構件的效能，實現先進飛機結構的輕量化、緊湊性和多功能設計，Air Bus 公司通過對飛機短艙鉸鏈進行拓撲優化設計，使最終制造的零件減重 60% ，并解決了原有設計所存在的使用

36、過程中高應力集中問題。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 材料利用率高78 材料利用率高，美國的F-22飛機中尺寸最大的Ti6Al4V鈦合金整體加強框，所需毛坯模鍛件重達 2796千克， 而實際成形零件重量不足144千克， 材料的利用率不到4. 90%，2010年，利用激光直接制造C919達中央翼根肋，傳統鍛件毛坯重達1607千克，而利用激光成形技術制造的精坯重量僅為136千克，節省了91.5%的材料，并且經過性能測試，其性能比傳統鍛件還要好。 另外傳統飛機制造業不僅耗時久，而且浪費太多材料。一般只有 10%的原材料能被利用，剩下的在鑄模、鍛造、切割和拋光工序中就損失

37、了。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 可制造材料種類多88除常見的PLA，ABS等塑料材料外，在金屬方面主要包括鈦合金、鎳基高溫合金、不銹鋼、合金鋼及等難熔金屬，現在常見的可制造材料為TC4，M100鋼，TA15、TA12鈦合金及Inconel 718合金材料。此外進行相關改裝后還可以加工多種有機材料。3.4技術特點技術特點基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 3.5增材技術的種類及介紹增材技術的種類及介紹經過短短42年的發展，其技術種類因其多種多樣的出發點而種類繁多，而且，相似于電子行業的“摩爾定律”在每個月都會新的重大技術突破，如上個月22日，華中科技大學的張

38、海鷗教授主導研發的金屬3D打印新技術“智能微鑄鍛”，相似于Sciaky的EBAM技術相似，但是有望改變國際上由西方國家領導的金屬走絲3D打印格局?；贑ATIA的飛行器數控加工技術分析 3.5增材技術的種類及介紹增材技術的種類及介紹基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 激光選區熔化成形技術是以原型制造技術為基本原理發展起來的一種先進的激光增材制造技術。通過專用軟件對零件三維數模進行切片分層，獲得各截面的輪廓數據后，利用高能量激光束根據輪廓數據逐層選擇性地熔化金屬粉末，通過逐層鋪粉，逐層熔化凝固堆積的方式，制造三維實體零件。選區激光熔化技術選區激光熔化技術SLM ( Selective Las

39、er Melting)SLM ( Selective Laser Melting)3.5增材技術的種類及介紹增材技術的種類及介紹基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 （1）成型能力強，可以實現力學性能優于鑄件的高復雜性構件的直接制造，成形件的復雜性基本不受限制。加工死角位置可直接成形，避免加工殘留，組件整體成形可減少連接結構數量，實現輕量化。可以制造傳統方法無法成形的復雜零件，對零件設計和實現結構優化意義重大。SLM 是三維打印家族中，在成形件的復雜程度方面，名列第一，可完成嵌套性、蜂窩性和三維曲線腔管性結構的成形。選區激光熔化技術選區激光熔化技術SLM ( Selective Laser

40、Melting)SLM ( Selective Laser Melting)3.5增材技術的種類及介紹增材技術的種類及介紹基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 （2）精度高，激光選區熔化成形技術通常采用粒徑30m左右的超細粉末為原材料，圖4為激光選區熔化成形技術制造鈦合金零件所使用的TC4超細球形粉，通常鋪粉厚度100m（最薄鋪粉厚度可達20m），每個加工層控制的很薄，可達到30m。另外該技術還使用了光斑很小的激光束，可使成形的零件具有很高的尺寸精度（可達0.1mm）以及優異的表面質量（粗糙度Ra可達3050m），圖5為選區激光熔化成形TC4鈦合金表面形貌。因此該技術具有精度高、表面質量優異

41、等特點，制造的零件只需進行簡單的噴砂或拋光即可直接使用。由于材料及切削加工的節省，其制造成本可降低20%40%，生產周期也將縮短80%。選區激光熔化技術選區激光熔化技術SLM ( Selective Laser Melting)SLM ( Selective Laser Melting)3.5增材技術的種類及介紹增材技術的種類及介紹基于CATIA的飛行器數控加工技術分析 （3）通常成形尺寸較小，只能進行單種材料的直接成形，目前成熟的商用化裝備的成形尺寸一般小于 300 mm。（4）成型效率低，SLM 技術的沉積效率要比 LSF 技術低 1 2 個數量級，（5）利用率高，材料利用率很高，一般在 90% 以上，若設計和操作得當，合格率幾乎為 100% 。（6）材料上，目前激光增材制造對于鋁、鎂等一類低熔點高活性合金的成熟度還較低，較為成功的案例主要集中于 Al Si10Mg 合金的 SLM 成形。Al Si10Mg 合金相當于我國的 ZL104 合金。給出了 SLM 成形 AlSi10Mg 合金的力學性能?？梢钥吹?，SLM 成形 Al Si10Mg合金的力學性能遠高于鑄造 ZL104 合金 T6 態的力學性能。這一方面來源于 SLM 成形過程中 A