北京航空铝合金零件加工高效绿色，创新发展

近年来，我国数控机床的发展取得显著成绩。北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心已经成为涉及高端装备制造中的CAD/CAM/CAE技术、高效数控加工工艺及装备技术、绿色切削加工及机床轻量化技术、制造质量及可靠性技术的高水平综合工程中心。

北京市高效绿色数控加工工艺及装备工程技术研究中心（以下简称中心）于2014年获得认定，依托单位为北京航空航天大学，共建单位为北京机电院机床有限公司、北京星航机电装备有限公司。

公司在国内知名专家教授的引领带动下，组建了一支国内******的超精密技术研发团队，研发团队在超精密机床的单元技术、切削机理和工艺、成套技术及应用工艺方面具备丰富的技术经验和实践积累。可为北京精密零件加工，北京铝合金异型件加工制造相关产业提供优质的技术服务。

突破关键技术

中心重点面向北京市高端数控装备产业技术跨越发展工程和航空航天制造，开展数控加工装备和制造过程中的高效化、绿色化、数字化、智能化等共性关键技术研究、工程化应用示范、技术支持服务和人才培养培训等工作。

中心学术带头人刘强教授说：我们希望借助中心这个平台，推动制造装备与工艺技术融合，促进首都制造企业高效绿色数控加工技术发展，为高端制造装备设计制造技术及工程化应用提供支撑。

成立以来，中心突破了大型复杂构件高速加工稳定性、高效加工切削载荷均衡化、加工过程残余应力及加工变形预测控制等关键技术，解决了大型复杂构件数控加工失稳、损伤和变形三大难题，实现了工程应用。

中心研究开发的时变切削条件下切削力/热载荷均衡预适调控技术和大型复杂钛合金构件低损伤加工工艺，解决了新一代飞机难加工材料钛合金、铝合金等结构件数控加工过程零件损伤问题，使典型钛合金结构件铣削线速度达到200米/分钟，表面粗糙度提高一至两个等级。

中心研究开发的工业机器人辅助增减材复合制造系统，解决了铝合金零部件快速成型中的增减材加工轨迹规划、工艺控制、机器人精度校准等难题，实现了大型铝合金结构的快速制造，为大型金属构件的高效、低成本快速成型奠定了应用基础。

中心成员主持完成的科技成果跨代飞机大型复杂构件高质高效数控加工过程关键技术及应用，获2017年度中国机械工业科学技术奖特等奖。

刘强介绍道，该成果出自成都飞机工业（集团）有限责任公司与中心的研发团队，团队针对新一代飞机大型复杂构件数控加工过程存在的加工难题，历经10年研究攻关，突破了关键技术，形成了支持新一代飞机研制的数控加工关键技术体系和核心能力。

北京卫星制造厂将该技术应用于神州飞船典型关键构件的加工，综合优化后单件工时分别减少67%和63%。

北京星航机电装备有限公司在壁板、框段、翼面、接头等结构件加工中应用该技术，铝合金零件和钛合金零件典型数铣工序加工效率分别提高20%和15%以上，累计节约加工工时近2万小时。

该技术为改进机床动力学性能提供了技术支持，有效促进了其在航空航天、车辆、机床等领域的应用。

探索产学研合作

虽然中心成立时间不长，但北航科研团队从事数控加工技术研究已有年头。刘强介绍，中心结合难加工材料加工重大需求，与星航机电、北京卫星制造厂、北京工研精机等北京市重点企业合作，共同探索产学研合作模式。

中心副主任袁松梅教授带领的团队在典型难加工材料及结构件的铣削加工中应用绿色切削微量润滑技术，大幅减少切削液用量，有效降低刀具磨损，显著提高加工效率；自主设计研制的旋转超声振动加工系统，提出的复合材料加工工艺优化理论、加工表面质量评价及控制方法等复合材料加工技术研究成果已应用于航天典型复合材料零件高效加工中，大大提升了加工效率，提高了加工质量，并降低了刀具磨损。

服务京津冀协同创新

2016年8月，天津市武清区人民政府与北京航空航天大学（以机械学院为主）经过友好协商，双方一致同意全面深化区校合作，建立长期合作伙伴关系，成立了北航（天津武清）智能制造研究院有限公司，致力于发展智能制造核心技术的产学研基地。

中心主任赵罡教授介绍，武清研究院的核心骨干来源于中心及北京航空航天大学智能制造相关研究方向的师生研究团队，是一个围绕绿色制造和智能制造领域，开展知识创新、实施技术转移、汇聚创新人才、孵化高新企业的新型创新实体。

未来，该研究院将建成******级科研创新基地，产生一批行业领先的高新技术，转移一批重大技术成果，孵化一批创新型高新技术企业，汇聚和培养一批高端创新型人才，成为京津冀区校合作技术研发和产业转化的示范项目。

目前，中心研发的STEP-CNC原型数控系统，实现了将T样条引入到自由曲面加工过程。项目负责人肖文磊副教授介绍：我们自主研发的曲面轨迹在线生成功能模块已经基本实现了ISO 14649标准定义的自由曲面加工策略，该功能在国际STEP-NC研究领域还鲜有报道。

目前，中心研发的STEP-CNC数控系统已经成功装备了一台自主研发的数控机床，能够实现2.5D和自由曲面的自适应刀轨生成及加工。该机床于2017年11月在上海工博会作为工业4.0的典型案例与德国倍福公司联合展出，引起了智能制造领域的关注。STEP-CNC数控机床的发展和推广将有可能引起数字化制造技术的革命性变革。

肖文磊副教授称，STEP-CNC技术的发展将推动智能制造的发展，形成新型的制造模式。STEP-CNC数控系统已列入北航（天津武清）智能制造研究院的重点孵化方向之一，其深入应用和产业化发展将推动首都经济社会的发展。