第一篇：歐洲煉鋼技術發(fā)展現狀與趨勢

歐洲煉鋼技術發(fā)展現狀與趨勢

2012年，27個歐盟國家的產量為1.685億噸，其中有19個國家年粗鋼產量超過300萬噸。這些國家主要的工藝路線是轉爐煉鋼和電爐煉鋼，其中轉爐煉鋼比例為58.3%，電爐煉鋼為41.7%。但各國工藝路線區(qū)別很大。意大利和西班牙電爐煉鋼比例超過2/3，盧森堡、葡萄牙和斯洛文尼亞這一比例達到100%。與此相反，在奧地利、荷蘭、捷克、斯洛伐克和匈牙利，轉爐煉鋼比例超過90%。在德國，電爐煉鋼比例占32%，轉爐煉鋼比例占68%。

轉爐與電爐：結合顯優(yōu)勢

相比于電爐煉鋼，轉爐煉鋼具有更大規(guī)模生產特定鋼種的能力。精細的鋼種用于供應扁平材及長材產品、半成品、線材、熱軋卷和冷軋卷的生產使用。氧氣轉爐煉鋼工藝主要分為3種：頂吹LD爐、底吹BOP爐、為了增加廢鋼比例的頂底復吹Q-BOP爐。

1952年~2007年，底吹BOP轉爐粗鋼產量遠遠低于頂吹LD轉爐粗鋼產量。許多優(yōu)化LD轉爐的工藝和裝備技術使其在世界范圍內得到廣泛使用，其中包括改善工藝自動化的副槍技術、實現出鋼溫度和成分命中的動態(tài)工藝模型的發(fā)展、各種形式的出鋼擋渣系統和通過爐底透氣磚噴吹惰性氣體攪拌熔池實現頂底復吹。

底吹轉爐改善了爐渣熔池反應和脫碳效果。在出鋼時具有相似碳含量的情況下，相比于LD轉爐，BOP轉爐渣中鐵含量降低。

可生產多樣性鋼種是轉爐煉鋼和電爐煉鋼的共同特征。較少種類的高品質結構鋼、耐腐蝕耐熱鋼和工具鋼多采用電爐生產。許多化學元素可以當作合金原料用于生產多種市場所需的鋼材產品以滿足客戶要求。1980年~2011年，歐盟國家電爐煉鋼產粗鋼比例從20%增長到42%，增幅超過1倍。可持續(xù)發(fā)展是這些數字背后的驅動力，因為各種級別廢鋼的循環(huán)利用是電爐煉鋼的重要任務。此外，電爐煉鋼相對于長流程煉鋼來說也減少了CO2的絕對和相對排放量。

在德國，28座電爐中有3座是直流電爐，分別位于翁特威倫博恩、派尼和喬治瑪林。直流電爐主要具有低噪音、低電耗、長爐齡、對電網沖擊小等優(yōu)點。

就電爐煉鋼流程來說，伊斯肯德倫MKK冶金公司擁有300噸容量的電爐（交流電），東京鋼鐵公司擁有420噸容量的電爐（直流電）。這些電爐煉鋼廠粗鋼年產能達到250萬噸，接近中等規(guī)模轉爐煉鋼廠的產能水平。

Conarc工藝代表了轉爐煉鋼和電爐煉鋼技術的結合。根據原材料的不同，兩個獨立的熔池可以同時冶煉或者分別作為轉爐和電爐冶煉。原材料可從全鐵水到全廢鋼變化，充分考慮原材料的靈活性是Conarc工藝的特點。

采取改善轉爐傳感器技術和工藝建模等措施的目的在于增加轉爐的有效性及保證轉爐在換襯和緩沖期的安全準確維護。此外，其也有助于改善能量利用率、二次燃燒率、轉爐爐氣回收和增加原料廢鋼比等。但是，電爐煉鋼爐氣利用仍然是一個重要問題。

因為高品質廢鋼數量的有限性限制了電爐煉鋼生產粗鋼比例的提升，所以電爐熔化廢鋼和海綿鐵、轉爐冶煉鐵水、化石燃料熔煉廢鋼等復合工藝得到發(fā)展。

目前，用氣體作為還原劑已經不僅限于研究階段，奧鋼聯在德克薩斯投資了新的熱壓塊鐵廠。一些地區(qū)的天然氣價格較低，使得這項技術具有重要意義。

爐外精煉：精細靈活

轉爐煉鋼廠典型的爐外精煉工藝開始于出鋼過程中加入合金元素。LF爐可以用電作為能源對鋼液進行加熱，這給煉鋼工人帶來了許多便利且具有其他優(yōu)點：①出于工藝考慮可以降低轉爐出鋼溫度，②可以延長轉爐爐襯壽命，③使加入大量合金原料成為可能。

加熱鋼液也可以在HALT或者CAS-OB通過鋁脫氧放熱實現。VD/VOD或者RH可以進行脫氣和脫碳。在鋼包脫氣過程中，利用適宜的爐渣條件可以將鋼中硫含量降至最低值。而RH爐為脫碳提供了最適宜的條件。

鋼種的多樣性和客戶的需求導致爐外精煉的工藝路線比較復雜，轉爐煉鋼和電爐煉鋼都是如此，其中考慮到了煉鋼、攪拌、RH和VD/VOD脫氣、LF和化學升溫等因素。實際工藝路線的選擇由冶金需求決定，可以同時采取多種工藝路線，而且這些工藝路線互相關聯。因此，煉鋼廠的調度安排變得越來越重要，這也對工人操作水平和設備有了更高的要求。

客戶需求和產品種類決定了所需要的爐外精煉裝備。通常來講，滿足殘余元素或者微量元素的下限與生產有合金元素上限的鋼種是兩個不同的任務和工藝。此外，從不同元素的需求來看，LF爐的關鍵地位是顯而易見的。鋼種合金元素總體含量越高，采用LF精煉就越重要。這是由于工藝所允許的溫度上限有要求，煉鋼時輸入鋼液的能量不能保證添加大量合金元素的需求。

自20世紀50年代裝備了第一臺爐外精煉設備以來，人們付出了巨大的努力推動精細冶煉工序的發(fā)展，這也可以從鋼中殘余元素最低值要求的變化看出：1960年，鋼中[C]、[S]、[N]、[O]、[H]含量總和為600ppm，到2010年，這一值降低到了70ppm。顯然，這一數值已經沒有必要再向更低的水平發(fā)展了。

現在，爐外精煉的主要類型有VD/VOD和RH。采用RH工藝，鋼液終點碳含量僅為采用VD/VOD工藝終點碳含量的1/3。另一方面，由于VD可以優(yōu)化爐渣成分進行脫硫，鋼中硫含量約為RH的1/4。因此，VD在中厚板和管線鋼的生產中扮演著重要角色。

從歐洲1990年~2010年每5年中新建成的脫氣裝置可以看出，主要趨勢是在轉爐煉鋼廠裝備RH，在電爐煉鋼廠裝備VD/VOD。但是，也有不同工序的不同組合。大約50%的RH使用的鋼包容量超過150噸，而大部分VD/VOD使用的鋼包容量都小于150噸。

對LF工藝技術來說，可以總結出以下趨勢：轉爐煉鋼生產高合金鋼種是需要LF爐的原因；LF爐可以降低轉爐出鋼溫度以降低鋼中磷含量，這也有利于延長爐襯壽命；開發(fā)出水冷銅元件可以避免結殼。

預期LF今后會在轉爐煉鋼中扮演重要的角色。煉鋼工藝需要更高的靈活性與更加精細鋼種數量的增加相結合，這給爐外精煉帶來了一個新挑戰(zhàn)。煉鋼物質流的持續(xù)改善是另一個主要任務。在高合金鋼的生產中，合金系統必須升級到更大效率，同時保證更好的分析彈性。在線工藝建模的重要性已經增加，光學檢測和攝像系統配合圖像分析軟件的應用是此技術發(fā)展的另一個趨勢。爐外精煉設備數量的穩(wěn)定增加和精細技術的投入使用，確保了該工藝操作的最大靈活性，從而有利于更好地滿足當今和未來的市場需求。

連鑄：穩(wěn)中求“精”

比較7年間歐洲噸鋼研發(fā)投入與噸鋼附加值之間的關系和技術差別可看出，薄帶連鑄仍有很多問題。也就是說高研發(fā)投入卻獲得低附加值。未來幾年工藝優(yōu)化的一個重要方向可能

是提升薄帶連鑄產品的附加值。薄板坯連鑄處于較好態(tài)勢，但是要獲得高附加值仍然需要高研發(fā)投入。

當今95%的鋼材仍由傳統連鑄工藝生產，因為其能夠以較低的研發(fā)投入獲得較高的產品附加值。德國厚板廠商迪林格公司正準備采用一種近終型連鑄工藝，旨在建造一臺可生產最大厚度500mm板坯的連鑄機以滿足客戶在厚板市場的需求，預計將在2014年投產。

薄板坯連鑄。自1984年紐科公司第一家薄板坯廠在克勞福茲維爾建成以來，這項技術在高質量熱軋板卷的生產中扮演了重要的角色。薄板坯連鑄主要的優(yōu)勢在于相對低的能量消耗，約比傳統板坯連鑄-熱軋工藝低一半。

據統計，全世界薄板坯連鑄工藝產能總和達到8150萬噸。有44家工廠采用CSP工藝，有12家采用FTSC工藝，5家采用其他工藝，如DSP、ESP、ISP。這些技術在電爐煉鋼廠和轉爐煉鋼廠都有使用。這些工廠主要分布在歐洲和北美，也有的部分位于印度、韓國和中國。

目前，歐盟國家有7家薄板坯廠正在運營，年產能達到900萬噸，分別采用ESP、ISP、CSP或DSP工藝。為使產量實現最大化，這些廠不斷提高連鑄坯拉速。比如克雷莫納廠采用的ESP工藝，最高拉速可達到8.5m/min；土耳其伊斯肯德倫也有一家工廠采用FTSC工藝。

薄帶連鑄。為了生產厚度為1mm~5mm的近終型產品，雙輥薄帶連鑄工藝被開發(fā)出來。由于產品厚度降低，可以減少軋鋼機架數量，從而大幅縮短生產線。相對于傳統（厚板坯）連鑄-熱軋工藝，雙輥薄帶連鑄工藝能量消耗最多可降低90%；由于鋼液凝固時間為傳統連鑄的1/700，微觀組織也能得到改善，且可以避免微觀偏析和宏觀偏析，從而允許更高的殘余元素含量。在生產高錳和高鋁含量的鋼種時，薄帶連鑄具有極大的吸引力。

目前，主要有3家薄帶連鑄廠正在運營。韓國浦項在2002年建成了一座類似的工廠用于生產不銹鋼和硅鋼。2002年，紐科公司在美國克勞福茲維爾建成一臺雙輥軋機，年產能54萬噸。此后，其又在美國布萊斯威爾建成了第2臺，生產的鋼種包括碳素結構鋼和低合金鋼。

一般來說，表面缺陷不能通過火焰清理和修磨去除，這是雙輥薄帶連鑄技術的主要問題。該技術在側板密封技術、邊緣板型控制、凝固過程控制和工藝收益率等方面還尚待改進優(yōu)化。

德國扁鋼廠商薩爾茨基特公司在世界上首次實現了BCT薄帶連鑄工業(yè)化，相應的試驗工廠位于克勞斯塔爾大學。通過旋轉，鋼液從類似于中間包的容器中澆出，冷卻成鋼帶。初級冷卻主要在連鑄滾帶上進行，凝固過程在惰性氣體氣氛下進行。澆鑄成的鋼帶厚度在10mm~15mm之間。

相對于雙輥薄帶連鑄工藝來說，BCT薄帶連鑄工藝表面缺陷沒有那么嚴重，且具有偏析輕、在線軋制能耗低、軋鋼機架數量少等優(yōu)勢。同時，由于不用經過彎曲和矯直，該工藝避免了熱致裂紋的發(fā)生，可專門用于高錳鋼的生產。

技術展望。在德國鋼鐵協會會員公司中，當前連鑄技術的發(fā)展趨勢主要集中在提升工藝可靠性和工藝穩(wěn)定性、裝備模塊化和改善靈活性方面。對于傳統連鑄工藝的優(yōu)化策略是根據產品市場定位來確定進一步發(fā)展的方向。短期來看，薄板坯連鑄工藝將會引起極大關注；長遠來看，則必須發(fā)展精細的設備和工藝流程。然而，未來薄板坯連鑄的發(fā)展也要取決于技術可行性和經濟效益情況。

第二篇：煉鋼技術發(fā)展

轉爐、電爐、平爐煉鋼各有什么優(yōu)缺點？煉鋼技術有哪些新

發(fā)展？

煉鋼的方法有很多種，其基本原理是相同的，所不同的是在冶煉過程中需要的氧和熱能來源不同，所用的設備和操作方法不同。目前各國采用的煉鋼方法有轉爐煉鋼、電爐煉鋼和平爐煉鋼等，而主要發(fā)展趨勢為純氧頂吹轉爐煉鋼。至1976年，轉爐鋼已占世界鋼總產量的70％。

（1）純氧頂吹轉爐煉鋼法

這種方法是1952年以后發(fā)展起來的新技術，它是目前世界上采用較多也是較先進的一種方法。純氧頂吹轉爐煉鋼有以下優(yōu)點：

（i）生產速度快 由于用純氧吹煉，就會高速降碳，快速提溫，大大縮短冶煉時間。一座300t轉爐吹煉時間不到20min，包括輔助工作時間在內，一共不超過1h。

（ii）品種多、質量好純氧頂吹轉爐既能煉普通鋼，也能煉普通低碳鋼。如首都鋼廠采用這種方法成功地試煉了一百多種鋼材。由于用純氧吹煉，鋼中氮、氫等有害氣體含量較低。

（iii）基建投資和生產費用低 純氧頂吹轉爐的基建投資相當于同樣生產量的平爐車間的60～70％，生產費用也低于平爐。

目前純氧頂吹轉爐隨著氧槍的多孔噴頭的研制成功，大大提高了單位時間內的供氧量，并由于操作技術上的革新（例如，用電子計算技術來調節(jié)、控制冶煉過程），不論轉爐容量的大小，吹煉時間基本上相差不多，即使300t轉爐，凈吹氧時時也可縮短到12min左右。在一定限度內，爐容量越大，經濟效果越好，因此頂吹轉爐迅速走向大型化。現在世界上最大的轉爐為350t，并且正在研究建造400～450t轉爐。

（2）電爐煉鋼法

電爐煉鋼法主要利用電弧熱，在電弧作用區(qū)，溫度高達4000℃。冶煉過程一般分為熔化期、氧化期和還原期，在爐內不僅能造成氧化氣氛，還能造成還原氣氛，因此脫磷、脫硫的效率很高。

以廢鋼為原料的電爐煉鋼，比之高爐轉爐法基建投資少，同時由于直接還原的發(fā)展，為電爐提供金屬化球團代替大部分廢鋼，因此就大大地推動了電爐煉鋼。世界上現有較大型的電爐約1400座，目前電爐正在向大型、超高功率以及電子計算機自動控制等方面發(fā)展，最大電爐容量為400t。

國外150t以上的電爐幾乎都用于冶煉普通鋼，許多國家電爐鋼產量的60～80％均為低碳鋼。我國由于電力和廢鋼不足，目前主要用于冶煉優(yōu)質鋼和合金鋼。

（3）平爐煉鋼法

五十年代以前，平爐鋼占世界鋼產量的85％。近年來，除澆鑄大型鑄件或供水壓機等成材的大鋼錠，平爐煉鋼仍在發(fā)揮其作用外，由于純氧頂吹轉爐煉鋼技術的發(fā)展，轉爐鋼的產量大幅度增長，世界各國平爐鋼產量才逐年下降。平爐煉鋼法的最大缺點是冶煉時間長（一般需要6～8h），燃料耗損大（熱能的利用只有20～25％），基建投資和生產費用高。一個年產1200萬噸鋼的鋼廠，只要建成六個250～300t的純氧頂吹轉爐就夠了，如果修建平爐卻需要500t的大型平爐30～40座。雖然目前世界上仍在生產的平爐已普遍采用氧氣煉鋼，生產率有較大的提高，但除塵系統復雜，投資高昂，因此平爐煉鋼不再發(fā)展，甚至有拆除改建為頂吹或底吹轉爐的趨勢。

第三篇：先進航空發(fā)動機關鍵制造技術發(fā)展現狀與趨勢

先進航空發(fā)動機關鍵制造技術發(fā)展現狀與趨勢

一、輕量化、整體化新型冷卻結構件制造技術1 整體葉盤制造技術整體葉盤是新一代航空發(fā)動機實現結構創(chuàng)新與技術跨越的關鍵部件，通過將傳統結構的葉片和輪盤設計成整體結構，省去傳統連接方式采用的榫頭、榫槽和鎖緊裝置，結構重量減輕、零件數減少，避免了榫頭的氣流損失，使發(fā)動機整體結構大為簡化，推重比和可靠性明顯提高。在第四代戰(zhàn)斗機的動力裝置推重比10 發(fā)動機F119 和EJ200上，風扇、壓氣機和渦輪采用整體葉盤結構，使發(fā)動機重量減輕20%~30%，效率提高5%~10%，零件數量減少50% 以上。目前，整體葉盤的制造方法主要有：電子束焊接法；擴散連接法；線性摩擦焊接法；五坐標數控銑削加工或電解加工法；鍛接法；熱等靜壓法等。在未來推重比15~20 的高性能發(fā)動機上，如歐洲未來推重比15~20 的發(fā)動機和美國的IHPTET 計劃中的推重比20的發(fā)動機，將采用效果更好的SiC 陶瓷基復合材料或抗氧化的C/C 復合材料制造整體渦輪葉盤。2 整體葉環(huán)（無盤轉子）制造技術如果將整體葉盤中的輪盤部分去掉，就成為整體葉環(huán)，零件的重量將進一步降低。在推重比15~20 高性能發(fā)動機上的壓氣機擬采用整體葉環(huán)，由于采用密度較小的復合材料制造，葉片減輕，可以直接固定在承力環(huán)上，從而取消了輪盤，使結構質量減輕70%。目前正在研制的整體葉環(huán)是用連續(xù)單根碳化硅長纖維增強的鈦基復合材料制造的。推重比15~20 高性能發(fā)動機，如美國XTX16/1A 變循環(huán)發(fā)動機的核心機第3、4 級壓氣機為整體葉環(huán)轉子結構。該整體葉環(huán)轉子及其間的隔環(huán)采用TiMC 金屬基復合材料制造。英、法、德研制了TiMMC 葉環(huán)，用于改進EJ200的3級風扇、高壓壓氣機和渦輪。3 大小葉片轉子制造技術大小葉片轉子技術是整體葉盤的特例，即在整體葉盤全弦長葉片通道后部中間增加一組分流小葉片，此分流小葉片具有大大提高軸流壓氣機葉片級增壓比和減少氣流引起的振動等特點，是使軸流壓氣機級增壓比達到3 或3 以上的有發(fā)展?jié)摿Φ募夹g。4 發(fā)動機機匣制造技術在新一代航空發(fā)動機上有很多機匣，如進氣道機匣、外涵機匣、風扇機匣、壓氣機機匣、燃燒室機匣、渦輪機匣等，由于各機匣在發(fā)動機上的部位不同，其工作溫度差別很大，各機匣的選材也不同，分別為樹脂基復合材料、鐵合金、高溫合金。樹脂基復合材料已廣泛用于高性能發(fā)動機的低溫部件，如F119 發(fā)動機的進氣道機匣、外涵道筒體、中介機匣。至今成功應用的樹脂基復合材料有PMR-15（熱固性聚酰亞胺）及其發(fā)展型、Avimid（熱固性聚酰亞胺）AFR700 等，最高耐熱溫度為290℃ ~371℃，2020 年前的目標是研制出在425℃溫度下仍具有熱穩(wěn)定性的新型樹脂基復合材料。樹脂基復合材料構件的制造技術是集自動鋪帶技術（ATL）、自動纖維鋪放技術（AFP）、激光定位、自動剪裁技術、模壓成形、樹脂傳遞模塑成形（RTM）、樹脂膜浸漬成形（RFI）、熱壓罐固化成形等技術于一體的綜合技術。5 寬弦風扇葉片制造技術英國羅· 羅公司成功開發(fā)出遄達系列的超塑成形-擴散連接發(fā)動機寬弦風扇轉子葉片，引起了國際航空界的高度重視，此類空心葉片的輕質量、高結構效率使航空發(fā)動機的綜合性能得到顯著提高。如今，寬弦、無凸臺、空心葉片是高性能發(fā)動機風扇和第一級壓氣機葉片的發(fā)展方向。推重比10 一級發(fā)動機F119，EJ200 均采用了寬弦風扇葉片，GE 公司的GE90，推重比15~20 高性能發(fā)動機都采用復合材料風扇葉片。現在寬弦風扇葉片主要采用超塑成形-擴散連接（Superplastic Forming/Diffusion Bonding，SPF/DB）技術。與傳統工藝制造的零件相比，SPF/DB 組合工藝技術具有重量輕、成本低、效益高、整體性好、成形質量高等優(yōu)點。目前國外正在研究的推重比15~20 高性能發(fā)動機的金屬基復合材料風扇葉片，是一種空心的、用連續(xù)碳化硅纖維增強的鈦基復合材料（TiMMC）制造，采用超塑成形/ 擴散連接工藝制出空心風扇葉片。6 復合冷卻層板結構制造技術多孔復合冷卻層板結構是推重比10 以上發(fā)動機采用的先進冷卻結構，多用于燃燒室和渦輪葉片，它是一種帶有復雜冷卻回路的多孔層板，用擴散連接方法連接成形的冷卻結構，其關鍵制造技術是計算機輔助設計和繪制復雜冷卻回路，用“照相-電解法”制成冷卻回路，擴散連接成多層多孔層板。由此可知，整體化結構、新型冷卻結構等新技術，使發(fā)動機諸多零件減輕了質量、降低了成本、提高了效率，從而保證了發(fā)動機高推比、高性能的相關要求。

二、新材料構件制造技術推重比15~20 一級的航空發(fā)動機要求材料具有耐高溫、高強度、高韌性等特性。高性能發(fā)動機已經采用很多種類的新材料和新材料構件，尤其是金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、碳/ 碳復合材料是當前高溫復合材料領域開發(fā)和應用研究的熱點。與其同時進行的高溫復合材料構件制造技術正在深入地發(fā)展。1 金屬基復合材料構件制造技術SiC 長纖維增強Ti 基復合材料（TiMMC）具有比強度高、比剛度高、使用溫度高及疲勞和蠕變性能好的優(yōu)點。例如德國研制的SCS-6 SiC/IMI834 復合材料的抗拉強度高達2200MPa，剛度達220GPa，而且具有極為優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，在700℃溫度暴露2000h 后，力學性能不降低。TiMMC 葉環(huán)代替壓氣機盤，可使壓氣機的結構質量減輕70%。美國制備的TiMMC 葉環(huán)已在P&W 的XTC-65 IHPTET 驗證機上成功地進行了驗證，能夠滿足性能要求。英、法、德也研制了TiMMC 葉環(huán)，并成功地進行了臺架試驗。未來發(fā)動機的低壓壓氣機葉片和靜子葉片、整體葉環(huán)、機匣及渦輪軸將采用金屬基復合材料制造。TiMMC 關鍵制造技術有、纖維涂層法、等離子噴涂法、漿料帶鑄造法、箔-纖維法。2 陶瓷基復合材料構件制造技術推重比15~20 高性能航空發(fā)動機的渦輪前溫度將達到2200K 以上，連續(xù)纖維增韌陶瓷基復合材料（CMC）耐溫高，密度低，具有類似金屬的斷裂行為，對裂紋不敏感，不發(fā)生災難性的損毀，可代替高溫合金作為熱端部件結構材料。CMC 的應用使發(fā)動機大幅度減重，節(jié)約冷卻氣或無需冷卻，從而確保發(fā)動機高推重比的有關性能。美、英、法等發(fā)達國家以推重比9~10 發(fā)動機（如F119、EJ200、F414 等）作為CMC 的驗證平臺，主要驗證的部件有SiC 基CMC 的燃燒室、渦輪外環(huán)、火焰穩(wěn)定器、矢量噴管調節(jié)片和密封片，甚至整體燃燒室和整體渦輪等構件。SiC 基CMC 的關鍵制造技術包括纖維預制件的設計和制造、SiC 基體的致密化技術、纖維與基體間界面層和復合材料表面防氧化涂層的設計與制造以及構件的精密加工等。3 碳/碳復合材料構件制造技術碳/ 碳復合材料（C/C）的最顯著的優(yōu)點是耐高溫（1800℃ ~2000℃）和低密度（約1.9g/cm3），可能使發(fā)動機大幅度減重。美、法、俄等研制的C/C 復合材料部件有燃燒室噴嘴、加力燃燒室噴管、渦輪和導向葉片、整體渦輪盤、渦輪外環(huán)等。美國將整體渦輪盤在1760℃進行了地面超轉試驗。C/C 構件的關鍵制造技術包括碳纖維預制體的設計與制備、C/C 的致密化技術和C/C 防氧化涂層的設計與制造。C/C 致密化方法有化學氣相浸透法（CVI）和液相浸漬法。液相浸漬法包括樹脂浸漬炭化法和瀝青浸漬炭化法，發(fā)展的方向是提高致密化速率，降低制造成本。由于航空發(fā)動機用C/C 構件要滿足富氧燃氣環(huán)境下長壽命工作的要求，所以必須解決C/C 抗氧化的問題。通過設計和制備防氧化涂層是改善C/C 抗氧化性的主要途徑，也是國際研究的熱點，目前尚未取得突破性進展。由上可見，與現行推重比8 的發(fā)動機相比，新材料構件不管在結構設計、制造技術方面，還是在整體質量方面，都有較大突破，因此可確保推重比15~20 等高性能的實現。

三、航空發(fā)動機制造技術新工藝1 新型結構件精密制坯技術目前，先進精密毛坯制造技術正在向近凈成形方向發(fā)展。先進的精密制坯技術有定向凝固和單晶精鑄制坯、精密鍛造制坯和快速凝固粉末冶金制坯技術。高性能航空發(fā)動機采用了大量的新型結構件，由于制坯技術的進步將導致毛坯件發(fā)生重大變化。精鑄件、精鍛件、單晶和定向凝固精鑄件以及快速凝固粉末冶金制坯毛坯將取代傳統的大余量毛坯。傳統意義的鍛件將由77% 降至33%，精鑄件由18% 增至44% 以上，粉末冶金件由3% 增至8%，復合材料構件由4% 增至15%。2 先進的切削技術切削加工一直是航空發(fā)動機關重件的主要制造手段。隨著航空發(fā)動機推重比的不斷提高，特別是質量的不斷減輕，發(fā)動機制造將越來越多地依賴于高比強度、低密度、高剛度和耐高溫能力強的鈦合金、高溫合金以及金屬基復合材料等新材料，而這些材料都屬于典型的難加工材料。同時發(fā)動機關重件往往型面復雜，對加工精度和表面完整性的要求極，因此在新一代航空發(fā)動機的切削加工中迫切需要采用新型刀具材料、刀具結構以及高效的工藝方法，同時這種需求也大大推動了具有高剛度、高精度和大驅動功率的專用機床和通用機床的發(fā)展。數控加工技術在航空發(fā)動機的制造中主要用于壓氣機及渦輪機的各類機匣、壓氣機盤及渦輪盤、渦輪軸和壓氣機軸等復雜構件的加工。高端數控裝備及技術作為國家戰(zhàn)略性物資，對提高發(fā)動機整體制造水平起著舉足輕重的作用，如美國洛克希德· 馬丁公司在研制JSF 聯合攻擊機時，采用五坐標數控加工方法，將約1.5t 的鐵合金鍛鍛錠數控銑削加工成重約99kg 的大型升力風扇整體葉盤，其切除率超過93%。高效精密切削、變形補償、自適應加工，以及抗疲勞制造等技術的研究和應用在新一代發(fā)動機的加工中需求迫切；同時，加工過程的知識積累對于提高加工效率、加工質量和加工的自動化水平非常重要，應圍繞發(fā)動機關重件和典型材料的高效數控加工建立相應的切削數據庫。磨削在先進的切削技術研究中占有重要地位。在磨削加工技術的研究中，為了獲得高加工效率，世界發(fā)達國家開始嘗試高速、強力磨削技術，如利用強力磨削可一次磨出渦輪葉片的榫頭齒形。目前，磨削技術的發(fā)展趨勢是：發(fā)展超硬磨料磨具，研究精密及超精密磨削、高速高效磨削機理并開發(fā)其新的磨削加工技術，研制高精度、高剛性的自動化磨床。3 特種加工技術以高能束流加工為代表的特種加工技術在難切削材料加工，復雜構件的型腔、型面、型孔、微小孔、細微槽及縫的加工中具有顯著優(yōu)勢，解決了常規(guī)加工很難解決的問題。特種加工技術主要包括：激光加工、電子束加工、離子束加工、等離子加工、電火花加工、電解加工、超聲波加工、磨料流加工、高壓水射流切割等。通過電磁場、溫度場、化學場和力場（包括空間微重力場）等外加因素的綜合應用以及激光、等離子束、微波等多種能量形式的結合，開辟材料加工成形技術創(chuàng)新的廣闊途徑。4 特種焊接技術先進焊接連接技術作為確保航空發(fā)動機結構完整性不可缺少的手段，其研究、開發(fā)與應用直接關系到新一代航空發(fā)動機的質量、壽命和可靠性。特種焊接技術由于具有可明顯減輕結構重量、降低制造成本、提高結構性能等特點，滿足航空發(fā)動機輕質化、長壽命、低成本、高可靠性制造的要求，已成為航空發(fā)動機制造中的一項重要技術。特種焊接技術主要包括：鎢極惰性氣體保護弧焊（GTAW）、活性焊劑焊接技術、自蔓延高溫合成焊接法、等離子弧焊（PAW）、電子束焊（EBW）、激光焊（LBW）、真空釬焊（VB）、擴散焊（DB）、摩擦焊等。近年來，新型纖焊和擴散焊、摩擦焊和高能束流焊接等先進焊接技術在航空發(fā)動機制造中的發(fā)展和應用越來越廣泛。在歐美已相繼用摩擦焊取代電子束焊用于發(fā)動機的粉末冶金等溫鍛造盤-盤及盤-軸一體化焊接。摩擦焊接技術在發(fā)動機轉子鼓筒、整體葉盤的焊接中得到和應用，并逐漸發(fā)展成為航空發(fā)動機制造中的一項關鍵技術。5 熱障涂層技術先進的高推重比發(fā)動機結構中將大量采用以熱障涂層技術為代表的先進熱障涂層技術。涂層技術在航空發(fā)動機關鍵零部件的耐磨、高溫防護、隔熱、封嚴以及鈦合金零件的防微動磨損、阻燃等方面起了顯著的作用，應用越來越廣泛。先進的涂層方法主要包括：真空等離子噴涂、層流等離子噴涂、超音速火焰噴涂、電子束物理氣相沉積、化學氣相沉積、真空離子濺射涂層（MAП 爐）等。熱端部件采用熱障涂層以提高結構強度，其中有陶瓷涂層和多層隔熱層。陶瓷熱障涂層需先在零件表面噴涂MCrALY底層以提高結合強度。多層復合隔熱涂層是在基體金屬表面釬焊一層柔性金屬纖維結構（材料為HFe22.5Cr5.5SiO0.1C），可減少冷卻氣流80%。渦輪工作葉片和導向器的隔熱涂層采用低壓等離子噴涂涂敷，也可以采用電子束物理氣相沉積（EB-PVD）涂敷。發(fā)動機冷端部件均采用封嚴涂層、耐磨和防腐蝕涂層。6 快速原型/零件制造技術快速原型（Rapid Prototyping，RP）制造技術出現于20 世紀90 年代中期，這種基于“離散-堆積”原理和增材制造的方法，能夠實現高性能復雜結構金屬零件的無模具、快速、近凈成形，具有高度柔性的制造思想已經被企業(yè)界廣泛接受，其應用已從最初的設計原型和測試原型制造向最終產品制造的方向發(fā)展。快速原型/ 零件制造技術為航空發(fā)動機復雜零件的設計實現實體化提供快速方便的手段，可實現精鑄復雜模具的制造，現在發(fā)展到直接快速成形零件，是一種很有發(fā)展前景的工藝方法。主要方法有：分層實體制造（LOM）、選擇性激光燒結（SLS）、熔化沉積制造（FDM）、三維立體印刷（SLA）和三維焊接法等。快速原型制造技術一經出現，就成為先進制造技術和激光加工領域研究的熱點，美國軍方對這項技術的發(fā)展給予了相當的關注和支持，在其直接支持下，美國率先將這一先進技術實用化，目前，F-22 和F/A-18E/F 上的幾個關鍵零件已經采用了TC4 鈦合金激光快速成形件。該技術能顯著提高疲勞性能，降低成本40%，加工周期僅為傳統工藝的1/5。7 浮壁式火焰筒制造技術推重比10 一級發(fā)動機渦輪前溫度達到1500℃ ~1700℃。艾利遜公司研究了用Lamilloy 多孔層板加柔性金屬/ 陶瓷制造的浮壁式火焰筒結構。普惠公司研究了用玻璃陶瓷基復合材料制造浮壁式火焰筒結構。F119采用的浮壁式火焰筒結構是用多環(huán)段連接而成。環(huán)段背向火焰一面對流散熱的凸環(huán)，并有縫隙形成冷卻隔熱氣膜，隔熱環(huán)是由浮動片組成，并用螺栓連接在外環(huán)段上。浮動片用精密鑄造而成，而冷卻隔熱環(huán)局部噴涂熱障涂層，以降低部件表面溫度。

四、航空發(fā)動機零部件的無損檢測技術無損檢測技術能為發(fā)動機產品提供內部質量信息，既可作為產品評價的依據，也為工藝分析提供參考信息，是確保發(fā)動機結構高可靠性的重要手段。對于航空發(fā)動機而言，在服役過程中難免會出現一些疲勞裂紋、損傷以及惡劣工作環(huán)境下組織狀態(tài)變化等問題，及時檢測到這些問題對于減少事故、提高零部件的使用壽命有重大意義。常用的檢測技術有超聲檢測、渦流檢測、工業(yè)CT無損檢測等。無損檢驗技術發(fā)展的總趨勢仍是速度快，自動化程度高，分辨率高，易于解讀，可靠性高，以及成本低。例如，在傳統的超聲、電磁及聲學檢驗中，廣泛引入移動式自動掃描，綜合應用了多種技術，出現了自動掃描的超聲、電磁、傳感器系統，聲學-激光自動掃描系統。

五、面向零件制造過程的專業(yè)化成套制造技術作為單項數字化制造技術的集成，將信息技術與制造技術相結合而形成的數字化生產線技術的應用成為航空發(fā)動機行業(yè)提高生產質量和柔性的關鍵技術。GE、羅· 羅和普惠等主要航空發(fā)動機生產廠商應用數字化技術，建成了一系列航空發(fā)動機典型零件自動化生產線，取得了良好的效果。（1）壓氣機葉片精密鍛造生產線目前航空發(fā)動機有33% 的工作量來自于葉片的制造，葉片精鍛生產線是解決葉片制造瓶頸的有效方法之一。生產線由葉片制坯、葉片精鍛成形、葉片型面化銑、葉片熱處理、葉片檢測５條子生產線組成，適合于高溫合金、鈦合金、鋁合金和不銹鋼等材料精鍛葉片的批量生產。（2）渦輪葉片精密鑄造生產線渦輪葉片制造質量對航空發(fā)動機的性能有很大影響。由于其結構復雜、制造技術含量高，其精鑄質量和尺寸精度與葉片研制過程中的設計、制造、冶金、化學、制模、爐工等人員密切相關。國外航空發(fā)動機制造公司花費大量資金建立了發(fā)動機渦輪葉片精鑄生產線。（3）壓氣機轉子葉片電化學自動化加工生產線該生產線集拉削加工技術、高精度測量技術、電化學技術、電火花加工技術、機器人技術以及無損檢測技術等眾多技術于一體，其關鍵技術為360°電化學加工技術。首先采用組合的垂直拉床將預切長度的棒材拉削加工出葉片的榫齒，然后利用根部來定位，從葉盆和葉背兩面進行電化學加工，一次完成葉身型面加工。

六、以信息化技術為紐帶，建立數字化工廠信息化是振興及提升航空發(fā)動機制造業(yè)的必要途徑，必須將專業(yè)的制造技術與信息技術、管理技術相融合，運用先進的信息技術和現代管理思想，實現航空發(fā)動機設計、試驗、制造、檢測、管理、使用和維護等全過程的自動化、網絡化和智能化。在國外，航空發(fā)動機研制已利用信息化技術從傳統的大批量制造模式轉向現代先進精益制造模式。例如，GE 公司發(fā)動機部GEAE 在1998 年制訂實施了航空發(fā)動機異地協同設計和制造的增量式發(fā)展規(guī)劃，取得了顯著的效益。羅· 羅公司建立了發(fā)動機典型零件的自動化生產線和協同的計算機工作環(huán)境，實施了并行工程，從整體上增強航空發(fā)動機的研制能力。普惠公司采用集成產品開發(fā)團隊的形式來管理發(fā)動機全生命周期內的計劃、流程、技術、信息等經濟技術活動，建立先進的數字化工廠。免責聲明：本公眾號所載文章為本公眾號原創(chuàng)或根據網絡搜集編輯整理，文章版權歸原作者所有。如涉及作品內容、版權和其它問題，請跟我們聯系！文章內容為作者個人觀點,并不代表本公眾號贊同或支持其觀點。本公眾號擁有對此聲明的最終解釋權。

第四篇：數控機床技術發(fā)展現狀及趨勢

數控機床技術發(fā)展現狀及趨勢

趙 學 明

（廣東工業(yè)大學，廣東 廣州 510006）

摘要：現在世界上很多發(fā)達的工業(yè)化國家在生產中廣泛應用數控機床。隨著電子技術和控制技術的飛速發(fā)展，當今的數控系統功能已經非常強大，而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，他對國計民生的一些重要行業(yè)的發(fā)展起著越來越重要的作用。隨著科學技術的發(fā)展，世界先進技術的興起和不斷成熟，對數控技術提出了更高的要求。當今數控機床正在不斷采用最新成果，朝著高速化、超精度化、多功能化、智能化、系統化、網絡化、高可靠性與環(huán)保等方向發(fā)展。

關鍵字：數控機床、技術、現狀、發(fā)展趨勢

引言

從20世紀中葉數控技術出現以來，數控機床給機械制造業(yè)帶來了革命性的變化。數控加工具有如下特點：加工柔性好，加工精度高，生產率高，減輕操作者勞動強度、改善勞動條件，有利于生產管理的現代化以及經濟效益的提高。數控機床是一種高度機電一體化的產品，適用于加工多品種小批量零件、結構較復雜、精度要求較高的零件、需要頻繁改型的零件、價格昂貴不允許報廢的關鍵零件、要求精密復制的零件、需要縮短生產周期的急需零件以及要求100%檢驗的零件。數控機床的特點及其應用范圍使其成為國民經濟和國防建設發(fā)展的重要裝備。

進入21世紀，我國經濟與國際全面接軌，進入了一個蓬勃發(fā)展的新時期。機床制造業(yè)既面臨著機械制造業(yè)需求水平提升而引發(fā)的制造裝備發(fā)展的良機，也遭遇到加入世界貿易組織后激烈的國際市場競爭的壓力，加速推進數控機床的發(fā)展是解決機床制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的一個關鍵。隨著制造業(yè)對數控機床的大量需求以及計算機技術和現代設計技術的飛速進步，數控機床的應用范圍還在不斷擴大，并且不斷發(fā)展以更適應生產加工的需要。1 數控機床的簡單介紹

車、銑、刨、磨、鏜、鉆、電火花、剪板、折彎、激光切割等都是機械加工方法，所謂機械加工，就是把金屬毛坯零件加工成所需要的形狀，包含尺寸精度和幾何精度兩個方面。能完成以上功能的設備都稱為機床，數控機床就是在普通機床上發(fā)展過來的，數控的意思就是數字控制。數控系統是由顯示器、控制器伺服、伺服電機、和各種開關、傳感器構成。目前世界上最大的三家廠商是：日本法拉克、德國西門子、日本三菱；其余還有法國扭姆、西

班牙凡高等。國內有華中數控、航天數控等。從目前來看，我們國家機床業(yè)最薄弱的環(huán)節(jié)就在數控系統。國內的數控系統剛剛才開始，產業(yè)化、質量、技術水平一般，故障率比較高，質量精度一般。因此，高檔次的數控系統全都是依賴進口，每年國家需要在此方面花費大量的外匯。給機床裝上數控系統后，機床就成了數控機床。當然，普通機床發(fā)展到數控機床不只是加裝數控系統這么簡單，例如：從銑床發(fā)展到加工中心，機床結構發(fā)生變化，最主要的是加了刀庫，大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是銑、鏜、鉆的功能。我們一般所說的數控設備，主要是指數控車床和加工中心。我國數控機床的機遇與挑戰(zhàn)

近6年來我國數控機床產量一直處于持續(xù)地以年均增長超過30％快速發(fā)展，據初步統計2004年數控機床的產量為51860臺，同比年增長40.8％，數控機床的消費量約70000余臺，同比年增長約30％。數控機床需求的旺盛也促進了2004年內新建的三資和民營機床廠以及數控機床品種的明顯增加。但是，另一方面進口的數控機床數量也在逐年同步增加，而且進口數控機床的消費額的增長趨勢更快。2004年數控機床的進口數量同比年增長30％，而進口消費額的增長卻達52％，從而導致國產數控機床在國內市場消費額中的所占比例已不足30％。之所以出現這一現象，其主要原因在于國內市場對技術和附加值高的高效精密數控機床和高性能大重型數控機床需求增長，要依靠進口解決。大量的高檔數控機床的進口，主要由于以下三個領域發(fā)展的需求：高新技術和國防工業(yè)領域；重大基礎裝備制造領域。國民經濟支柱產業(yè)領域等。因此，對于高速超精密數控機床，國內還是欠缺的，主要依賴進口。

但是最近幾年國家也加大了對數控機床研發(fā)的大力支持。科技部將為數控機床專項研發(fā)投入2億元，主要圍繞數控設備支撐技術和航天、交通、能源等方面需要的超大型超精密加工設備。第一個建立在企業(yè)的數控機床國家重點實驗室已經進入審批階段。科技部還將組織重大專項研究，在關鍵功能部件等配套技術和產品研發(fā)上取得核心技術。國家的政策支持，產業(yè)扶持，這是數控機床業(yè)的春天，將會促進我國數控機床朝向世界頂級技術邁進。3 數控機床技術發(fā)展的趨勢高速度與超精度化

速度和精度是數控機床的兩個重要指標，它直接關系到加工效率和產品的質量。高速度、超精度加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。為此日本先端技術研究會將其列為5大現代制造技術之一，國際生產工程學會(CIRP)

將其確定為21世紀的中心研究方向之一。特別是在超高速切削、超精密加工技術的實施中，對機床各坐標軸位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，這兩項技術指標又是相互制約的，也就是說要求位移速度越高，定位精度就越難提高。

目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達到5000～8000m/min以上；主軸轉數在30000轉/分(有的高達10萬轉/分)以上；工作臺的移動速度(進給速度)：在分辨率為l微米時，在100m/min(有的到200m/min)以上，在分辨率為0.1um時，在24m/min以上；自動換刀速度在1秒以內；小線段插補進給速度達到12m/min。

在加工精度方面，近10年來，普通級數控機床的加工精度已由10um 提高到5um，精密級加工中心則從3～5um，提高到1～1．5um,并且超精密加工精度已開始進入納米級(0．01um)。2 高可靠性

隨著數控機床網絡化應用的發(fā)展，數控機床的高可靠性已經成為數控系統制造商和數控機床制造商追求的目標。對于每天工作兩班的無人工廠而言，如果要求在l6小時內連續(xù)正常工作，無故障率在P(t)>99％以上，則數控機床的平均無故障運行時間MTBF就必須大于3000小時。我們只對一臺數控機床而言，如主機與數控系統的失效率之比為l0：1(數控的可靠比主機高一個數量級)。此時數控系統的MTBF就要大于33333．3小時，而其中的數控裝置、主軸及驅動等的MTBF就必須大于l0萬小時。當前國外數控裝置的MTBF值已達6000小時以上，驅動裝置達30000小時以上，但是，可以看到距理想的目標還有差距。多功能化

在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調整、換刀和主軸的升、降速上，為了盡可能降低這些無用時間，人們希望將不同的加工功能整合在同一臺機床上，因此數控機床實現了一機多能，以最大限度地提高設備利用率。另外前臺加工、后臺編輯的前后臺功能，充分提高其工作效率和機床利用率。數控機床還具有更高的通訊功能，現代數控機床除具有通信口，DNC功能外，還具有網絡功能。多軸化

隨著5軸聯動數控系統和編程軟件的普及，5軸聯動控制的加工中心和數控銑床已經成為當前的一個開發(fā)熱點，由于在加工自由曲面時，5軸聯動控制對球頭銑刀的數控編程比較簡單，并且能使球頭銑刀在銑削3維曲面的過程中始終保持合理的切速，從而顯著改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效率，而在3軸聯動控制的機床無法避免切速接近于零的球頭銑刀端部參與切削，因此，5軸聯動機床以其無可替代的性能優(yōu)勢已經成為各大機床廠家積極開發(fā)和競爭的焦點。

數控機床的網絡化，主要指機床通過所配裝的數控系統與外部的其它控制系統或上位計算機進行網絡連接和網絡控制。數控機床一般首先面向生產現場和企業(yè)內部的局域網，然后再經由因特網通向企業(yè)外部，這就是所謂Internet/Intranet技術。隨著網絡技術的成熟和發(fā)展，最近業(yè)界又提出了數字制造的概念。數字制造，是機械制造企業(yè)現代化的標志之一，也是國際先進機床制造商當今標準配置的供貨方式。

隨著信息化技術的大量采用，越來越多的國內用戶在進口數控機床時要求具有遠程通訊服務等功能。機械制造企業(yè)在普遍采用CAD/CAM的基礎上，越加廣泛地使用數控加工設備。數控應用軟件日趨豐富和具有“人性化”。虛擬設計、虛擬制造等高端技術也越來越多地為工程技術人員所追求。通過軟件智能替代復雜的硬件，正在成為當代機床發(fā)展的重要趨勢。在數字制造的目標下，通過流程再造和信息化改造，ERP等一批先進企業(yè)管理軟件已經脫穎而出，為企業(yè)創(chuàng)造出更高的經濟效益。柔性化、智能化

數控機床向柔性自動化系統發(fā)展的趨勢是：從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統的可靠性、實用化為前提，以易于聯網和集成為目標；注重加強單元技術的開拓、完善；CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展；數控機床及其構成柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP、MTS聯結，向信息集成方向發(fā)展；網絡系統向開放、集成和智能化方向發(fā)展。

智能化是21世紀制造技術發(fā)展的一個大方向。智能加工是一種基于神經網絡控制、模糊控制、數字化網絡技術和理論的加工，它是要在加工過程中模擬人類專家的智能活動，以解決加工過程許多不確定性的、要由人工干預才能解決的問題。智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量的智能化，如自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作的智能化，如智能化的自動編程，智能化的人機界面等；智能診斷、智能監(jiān)控，方便系統的診斷及維修等。世界上正在進行研究的智能化切削加工系統很多，其中日本智能化數控裝置研究會針對鉆削的智能加工方案具有代表性。

21世紀的金切機床必須把環(huán)保和節(jié)能放在重要位置，即要實現切削加工工藝的綠色化。目前這一綠色加工工藝主要集中在不使用切削液上，這主要是因為切削液既污染環(huán)境和危害工人健康，又增加資源和能源的消耗。干切削一般是在大氣氛圍中進行，但也包括在特殊氣體氛圍中(氮氣中、冷風中或采用干式靜電冷卻技術)不使用切削液進行的切削。不過，對于某些加工方式和工件組合，完全不使用切削液的干切削目前尚難與實際應用，故又出現了使用極微量潤滑(MQL)的準干切削。對于面向多種加工方法/工件組合的加工中心之類的機床來說，主要是采用準干切削，通常是讓極微量的切削油與壓縮空氣的混合物經由機床主軸與工具內的中空通道噴向切削區(qū)。在各類金切機床中，采用干切削最多的是滾齒機。結束語

總之，數控(NC)機床技術已成為制造技術的發(fā)展基礎。數控機床技術的進步和發(fā)展為現代制造業(yè)的發(fā)展提供了良好的條件，促使制造業(yè)向著高效、優(yōu)質以及人性化的方向發(fā)展。為了滿足制造技術不斷發(fā)展的需要，NC機床將朝著智能化、網絡化、集成化、數字化的方向發(fā)展。今后，隨著計算技術、測試技術、微電子技術、計算機技術、材料和機械結構等方面的研究和科技的進步，也必將面臨著新的挑戰(zhàn)。可以預見，隨著數控機床技術的發(fā)展和數控機床的廣泛應用 制造業(yè)將迎來一次足以撼動傳統制造業(yè)模式的深刻革命。

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第五篇：關于制導技術發(fā)展現狀與趨勢的調研報告

關于制導技術發(fā)展現狀與趨勢的調研報告

院 系：姓 名：學 號：專 業(yè)：導 師：

1.前言........................................................................................................................................1 2.正文........................................................................................................................................1

2.1電視制導.....................................................................................................................1 2.2紅外制導.....................................................................................................................2 2.3激光制導.....................................................................................................................3 2.4毫米波/微波尋的制導................................................................................................4 2.5光纖制導.....................................................................................................................5 2.6地圖匹配制導.............................................................................................................5 2.7全球定位系統（GPS）制導.....................................................................................5 2.8慣性制導.....................................................................................................................6 2.9程序制導.....................................................................................................................6 2.10多模或復合制導.......................................................................................................6 3.總結........................................................................................................................................7

關于制導技術發(fā)展現狀與趨勢的調研報告

1.前言

從 20 世紀90 年代以來爆發(fā)的幾場局部戰(zhàn)爭來看，精確制導武器呈不斷發(fā)展之勢，表現為精確制導武器更新迅速，使用量劇增。在海灣戰(zhàn)爭中，空對地精確制導武器還只是處于輔助地位，僅占全部投彈量的8%；在1995年的波黑戰(zhàn)爭中，精確制導武器的使用量提高到了60%；1998 年美國對伊拉克進行的“沙漠之狐”空襲，空對地精確制導武器的使用數量上升到了70%；在科索沃戰(zhàn)爭中，精確制導武器占到了98%，發(fā)揮了主導作用；在伊拉克戰(zhàn)爭中，美軍使用了800 余枚戰(zhàn)斧式巡航導彈和2萬余枚精確制導武器，占總彈藥量的80%以上。

精確制導武器是采用高精度探測、控制及制導技術，能夠有效從復雜背景中探測、識別并跟蹤目標，從多個目標中選擇攻擊對象并高精度命中其要害部位。精確制導武器與普通武器的根本區(qū)別在于它具有制導系統，制導系統的基本任務是確定飛行器與目標的相對位置，在導彈攻擊目標的過程中，負責導引和控制導彈按照預定的規(guī)律調整飛行姿態(tài)與飛行路線，并最終命中目標。導彈命中目標的概率主要取決于制導系統的工作，所以制導系統在整個飛行器控制系統中占有極重要的地位。

2.正文

因為精確制導武器對射程內的目標如坦克、裝甲車、飛機、艦艇、雷達、橋梁、指揮中心等進行攻擊時，具有很高的命中概率，所以在海灣戰(zhàn)爭和科索沃戰(zhàn)爭中，從戰(zhàn)略目標到戰(zhàn)術目標，從軍事目標到民用目標，幾乎都遭到精確制導武器的打擊。

精確制導武器雖然制造成本高，但是由于它具有較高的命中率，通常用于攻擊高價值的重要目標，因而具有較高的作戰(zhàn)效能。精確制導技術的發(fā)展與精確制導武器的發(fā)展和應用密切相關, 目前多種精確制導技術已發(fā)展成熟, 并已用于精確制導武器。

2.1電視制導

電視制導是利用電視攝像機捕獲、識別、定位目標并由彈上或彈外設備形成控制指令導引導彈等武器飛向目標的一種制導技術。由于利用目標反射可見光，所以系統的角分辨率、制導精度高，而且便于鑒別真假目標，不受電磁干擾。但

它只能在白天和能見度較好的條件下使用，且易受強光和煙霧彈的干擾。電視制導有兩種方式，一種是電視指令制導，另一種是電視尋的制導。電視指令制導是指導彈上的電視攝像機將所攝取的目標圖像以電磁波的形式發(fā)送到制導站或載機，制導站或載機的操縱人員得到目標的直觀圖像，從多個目標中選取需要攻擊的目標，同時形成制導控制指令發(fā)送給導彈，使它跟蹤并飛向所選定的目標的制導方式。電視尋的制導是指由裝在導彈頭部的電視攝像機根據所攝取的目標信息，利用彈上設備自動跟蹤目標并導引導彈等飛向目標的制導方式。電視制導始于二戰(zhàn)期間，已是成熟技術，最早是美國研制的電視尋的制導的滑翔炸彈，還有首次在海灣戰(zhàn)爭中使用的AGM-65B 空地導彈。俄羅斯、以色列也有多種電視制導武器裝備部隊。隨著光電轉換器和大規(guī)模高速實時圖像處理技術的迅速發(fā)展，它已實用化，并朝著復合制導、自主尋的、高精度及智能化的方向發(fā)展。

2.2紅外制導

紅外制導是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身輻射的能量來實現尋的制導的技術。

紅外制導是精確制導武器的一種十分重要的手段，分為紅外非成像制導（也叫點源制導）和紅外成像制導兩大類。紅外制導的發(fā)展已有近50年的歷史，從點源發(fā)展到成像，現在還向著智能化方向發(fā)展。紅外非成像制導技術就是利用紅外探測器捕獲和跟蹤目標自身所輻射的紅外能量來實現精確制導的一種技術手段，探測器是紅外導引頭中最關鍵的元件。第一代紅外導彈導引頭上采用的探測元件是不致冷的硫化鉛，它的缺點是作用距離近，導彈只能對目標進行尾追攻擊，而且受背景和氣象條件影響嚴重，抗干擾能力弱。代表型號為美國的“紅眼”，蘇聯的SAM-7地空導彈。第二代采用了能致冷的銻化銦元件，提高了抗干擾能力及作用距離，并使導引頭有更大的視角和跟蹤加速度，攻角可達270°。其代表型號為美國的“毒刺”及法國的“西北風”等地空導彈。點源制導的優(yōu)點是設備簡單，體積小，價格低，角分辨率比雷達高1～2個數量級，不受無線電干擾的影響，可晝夜作戰(zhàn)，攻擊隱蔽性好。但它的正常工作受云、霧和煙塵的影響，并有可能被曳光彈、紅外誘餌、云層反射的陽光和其它熱源誘惑而偏離和丟失目標，所以點源制導正在被成像制導取代。

紅外成像制導技術研究始于20世紀70年代。國外紅外成像制導技術的發(fā)展中美國處于領先地位。紅外成像制導是利用紅外探測器探測目標的紅外輻射，以捕獲目標紅外圖像的制導技術，其圖像質量與電視相近，可在電視制導系統難以工作的夜間和低能見度下作戰(zhàn)。與非成像制導技術相比，紅外成像制導系統具有更好的目標識別能力和制導精度；與電視制導相比,紅外成像制導可晝夜工作，作用距離遠，能識別目標易損部位。缺點是對目標本身的輻射或散射特性有較大的依賴性，需要在背景中將目標信息檢測出來。紅外成像制導技術已成為制導技術的一個主要發(fā)展方向，紅外成像制導的成像方式有兩種，一種是光機掃描成像，另一種是凝視成像。凝視紅外焦平面陣列成像尋的制導系統是最有發(fā)展前途的紅外成像尋的制導方式，國外正在加速發(fā)展，其中中波凝視紅外成像制導的發(fā)展較快。凝視紅外成像制導與光機掃描紅外成像制導相比，前者有更高的靈敏度、精度、可靠性以及較低的成本。在美國空軍中期（2010年前）的制導技術計劃中，將利用微機電系統（MEMS）和專用集成微型儀器（ASIM）技術把大規(guī)模探測單元和多波段復合探測器集成在一個基片上，研制高級紅外成像導引頭，這種導引頭類似蜻蜓復眼，可以大幅度提高制導精度、目標分辨率和抗干擾性。

2.3激光制導

激光制導就是利用目標反射的激光來探測、跟蹤目標并控制導彈等武器飛向目標的制導技術。激光具有單色性好、方向性強、能量集中等物理特點，從而使激光制導具有制導精度高，目標分辨率高、抗干擾能力強、體積小、質量輕等優(yōu)點。但激光光束易受云、霧和煙塵的影響，不能全天候使用。激光制導武器，按照其采用的制導方式不同，通常可分為激光波束制導和激光尋的制導。激光波束制導就是導彈發(fā)射后沿激光發(fā)射機照射目標的激光束飛行，按導彈偏離波束中心的偏差形成控制指令，導引導彈飛向目標的制導技術，適合于短程作戰(zhàn)使用。激光尋的制導是指彈外或彈上激光束照射在目標上，彈上的激光尋的器接收目標漫反射的激光信息捕獲、跟蹤目標，并控制導彈飛向目標的制導技術。按照激光源所在位置的不同，激光尋的制導又可分為兩種，即激光半主動式尋的制導和激光主動式尋的制導。半主動式尋的制導是指尋的器在彈上，而激光源在彈外的載體上，是目前常用的制導方式。主動式激光尋的制導是指激光源和尋的器均安裝在彈上，導彈發(fā)射后能主動尋找目標，缺點是電源設備大而重，激光成像掃描速度較慢，目前還沒有用于實戰(zhàn)。隨著時間的推移和技術的發(fā)展，今后的激光制導武器應該向發(fā)射后不管的主動式激光制導方式方向發(fā)展,智能地自動探測、識別、跟蹤，直到命中目標，并可以實施全天候、隱身化作戰(zhàn)。由于激光主動成像可成三維圖像，且圖像穩(wěn)定，便于圖像識別算法的編制，也可能是成像制導的發(fā)展方向。

上世紀七十年代國外相繼開展了激光制導武器的研制，激光半主動制導已實用化，用在多個型號上，目前已經列入裝備的型號也很多，如美國的GBU-11A/B炸彈、海爾法導彈及銅斑蛇炮彈，法國的SAMP、俄羅斯的KAB-500和KAB-1500和以色列的怪獸（Griffin）等激光制導炸彈。

2.4毫米波/微波尋的制導

毫米波/微波尋的制導是指由彈上的毫米波/微波導引頭接收目標反射或輻射的毫米波/微波信息，捕獲、跟蹤并導引導彈等武器飛向目標的制導技術。

按波源所在位置的不同，毫米波/微波尋的制導可分為主動、半主動和被動尋的制導。微波/毫米波主動尋的制導是指由彈載雷達主動向目標發(fā)射電磁波，導引頭根據目標發(fā)射回來的電波，確定目標坐標及運動參數，形成控制信號，控制導彈飛向目標的制導方式，具有發(fā)射后不管的能力，缺點是彈上設備復雜，設備質量、尺寸受到限制而作用距離近，一般用于彈道末段導引。微波/毫米波半主動尋的制導是指探測目標的雷達在地面或飛機上，從而使彈上設備比較簡單，由于可設置大功率照射雷達，從而增大了作用距離，但在導彈殺傷目標前飛行過程中，制導站必須始終照射目標，所以易受干擾和反輻射導彈攻擊。微波/毫米波被動尋的制導是彈上導引頭接收目標輻射的電磁波，捕獲、跟蹤并控制導彈飛向目標，由于它本身不輻射電磁波、也不用照射雷達對目標進行照射，所以隱蔽性好，對敵方的雷達、通信設備有很大威脅。另外毫米波制導還有指令制導和波束制導，其原理和上述的電視指令制導以及激光波束制導相似，這里不再贅述。微波/毫米波主動制導與半主動尋的制導的示意圖和激光制導的類似，只是能量源不同，一種是微波/毫米波，一個是激光。微波制導的最大特點是全天候工作，但面臨著嚴峻的電子干擾環(huán)境的威脅。微波制導中，合成孔徑雷達和被動雷達受到重視。合成孔徑雷達是一種主動成像雷達，它可以在能見度極差的氣象條件下得到類似光學的高分辨率雷達圖像。采用合成孔徑雷達制導，具有很強的抗干擾能力和很高的制導精度, 可達到0.6 m×0.6 m。被動雷達制導國外無論是寬帶還是窄帶被動雷達制導均已實用化,在戰(zhàn)爭中發(fā)揮了很大作用。如美國的哈姆、英國的阿拉姆、俄羅斯的X-31超聲速導彈系列等。

毫米波制導技術研究始于20世紀70年代，目前有8 mm和3 mm兩個工作波段，國外已用于各種導彈和彈藥上。如愛國者改型防空導彈、黃蜂空地導彈以及一些子彈藥。毫米波制導的抗干擾能力和精度、鑒別金屬目標能力優(yōu)于微波制導，且制導設備體積小、質量輕，另外全天候作戰(zhàn)能力優(yōu)于紅外成像制導，因此在精確制導技術發(fā)展中占有重要地位。毫米波制導技術發(fā)展的趨勢是元、部器件由離散型向混合集成單片集成方向發(fā)展；工作波段由8 mm向3 mm方向發(fā)展；工作體制由非相參向寬帶高分辨率一維成像、共形相控陣成像方向發(fā)展；關鍵元器件向實用化方向發(fā)展。

2.5光纖制導

光纖制導是指導彈飛至目標上空時，導引頭將目標及背景圖像信號拍攝下來，經光纖雙向傳輸系統的下行線傳到地面的圖像監(jiān)視器上，射手對目標進行搜索、識別和捕獲，同時形成的控制指令經上行線傳到導彈，控制導彈飛向目標的制導技術。光纖制導是處于蓬勃發(fā)展中的精確制導技術，它抗干擾能力強、制導精度高，具有超視距精確打擊能力。目前，世界上許多國家都在研制和發(fā)展光纖圖像制導武器系統，比較著名的是美國研制的光纖制導導彈系列FOG-M、EFOGM、LFOGM； 歐洲導彈公司研制的獨眼巨人POLYPHEM；以色列研制的光纖制導導彈系統NT-S、NT-D；巴西研制的多用途光纖制導導彈FOG-MPM等。光纖圖像精確制導技術是新興的制導領域, 目前我國在該領域的研究水平接近國際先進水平。

2.6地圖匹配制導

地圖匹配制導是利用地圖信息進行制導的一種制導方式。一般有地形匹配制導和景像匹配制導。所謂地形匹配制導，是指在導彈飛行的預定飛行線路上選擇若干個地形特征比較明顯的地區(qū)作為特定區(qū)，將其數字高程地圖儲存在彈載計算機中，當導彈飛抵定位區(qū)上方后，由彈載氣壓高度表和雷達高度表綜合測定實地高程，將實測數據與預儲存數據進行比較確定導彈當前位置偏離預定位置的偏差，形成制導指令，將導彈引向預定區(qū)域或目標的制導技術。景像匹配制導是利用彈上設備拍攝導彈飛經地區(qū)景物的圖像，經過數字化轉換，與預儲的數字景像地圖進行對比，確定導彈是否偏離預定的航線，如果發(fā)生偏離，則產生誤差控制信號控制導彈飛向預定區(qū)域或目標的制導技術。

2.7全球定位系統（GPS）制導

GPS制導的工作原理是利用彈上安裝的GPS接收機接收4顆以上導航衛(wèi)星播發(fā)的信號，實時地獲得導彈位置、速度信息，形成制導指令，控制導彈飛向目標。例如，美國戰(zhàn)斧BlockⅢ巡航導彈主要改進是GPS接收機和天線系統，改裝后的導彈，其圓概率誤差降為3 m。該導彈在科索沃戰(zhàn)爭中發(fā)揮出色。GPS制導不受云、霧和煙塵影響，全天候使用，但它是由美國擁有的，特別在戰(zhàn)爭時期，GPS技術的使用將受到限制。如波音公司研制的聯合直接攻擊彈藥（JDAM），就應用了全球定位系統。

2.8慣性制導

慣性制導是指利用彈上慣性元件測量導彈相對于慣性空間的運動參數，并在給定運動的初始條件下，由制導計算機計算出導彈的速度、位置及姿態(tài)等參數，形成控制信號，引導導彈完成預定飛行任務的一種自主制導系統。它具有抗干擾性強、隱蔽性好、不受氣象條件影響等優(yōu)點。但隨著工作時間的延長，誤差變大，所以在中遠程制導中通常加裝地形匹配制導系統，以便定期修正這些誤差。而且和GPS制導組合的系統有效地解決了慣性導航精度誤差隨時間推移而增大和GPS易受干擾的問題。此法有更好的抗干擾性能。目前，地地彈道導彈和潛地導彈幾乎都采用這種制導方式，如美國的大力神、民兵。

2.9程序制導

程序制導是預先將導彈命中目標所需要的飛行彈道存儲在程序控制機構內。導彈發(fā)射后，彈上程序控制機構按照預先安排好的飛行方案，按時輸出控制指令，按部就班地控制導彈按預定彈道飛向目標。

2.10多模或復合制導

隨著現代化戰(zhàn)爭攻防對抗日益激烈、戰(zhàn)場環(huán)境日趨復雜，單一方式的制導難以適應未來戰(zhàn)爭的需要，采用復合制導可揚長避短，更好地滿足作戰(zhàn)要求。因此，將各種制導方式串接或并行組合，巧妙利用各自長處的復合制導方式越來越引起人們的重視。多模制導是指同一制導段，同時采用兩種或兩種以上頻段或末制導方式進行工作。復合制導則是指不同制導段采用兩種頻段或末制導方式交替工作。多模或復合尋的制導可以充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，彌補各自的不足，大大提高武器的作戰(zhàn)效能，成為精確制導技術的重要發(fā)展方向之一，世界各國都極為重視。

多模或復合制導技術的研究始于20世紀70年代中期。紅外、紫外雙模制導已用于美國POST毒刺防空導彈；主被動微波復合制導在俄羅斯的白蛉反艦導彈上被采用；美國的斯達姆、德國的蒼鷹等反坦克導彈采用了毫米波/紅外復合制導；被動雷達與紅外復合制導用在美國RIM-116艦空導彈；德國博登湖公司已研制出紅外成像與毫米波復合制導系統。3 mm波雷達與寬帶微波被動雷達，紅外成像與寬帶微波被動雷達復合制導現已用于美國先進導彈AARGM上和德國AR-M IGER反輻射導彈上。戰(zhàn)斧BlockⅢ巡航導彈采用了慣性、地形匹配、GPS數字景像匹配復合制導。目前看來，多模或復合制導今后發(fā)展的重點是毫米波與

紅外成像；紅外成像與寬帶微波被動雷達；主被動雷達多模復合制導。

3.總結

21世紀精確制導技術仍是軍事技術研究、發(fā)展的熱點。隨著信息技術的高度發(fā)展，精確制導技術必將獲得很大的發(fā)展，支撐著精確制導武器的精確打擊能力。

隨著信息化時代的到來，高技術局部戰(zhàn)爭中精確制導武器使用比例越來越大，可以看出精確制導技術的發(fā)展已呈現出以下幾個特點。

1、多模或復合制導將逐步發(fā)展成為精確制導的主要方式。雙模尋的復合制導技術已日趨成熟，未來三模復合尋的制導技術將實用化，例如日本已著手研制對空導彈用的微波/毫米波/紅外三模尋的頭。雙色紅外成像、紅外成像和毫米波、紅外成像與寬帶微波被動雷達、主被動雷達等多模或復合制導是發(fā)展的重點。

2、光學制導將主要以成像制導為主, 凝視紅外成像制導是主要制導方式, 固體激光非掃描成像制導方式將獲得大的發(fā)展。射頻制導中的毫米波成像制導、微波成像制導是射頻制導的發(fā)展重點。

3、為滿足遠程精確打擊的需要,隨射程的增加將普遍采用中制導和末制導復合制導技術，中制導將普遍采用慣性導航和全球定位系統復合制導，末制導采用雙模尋的和自動目標識別算法。

4、提高目標識別及在復雜戰(zhàn)場環(huán)境下的自適應跟蹤和抗干擾能力。

5、發(fā)展合成孔徑雷達成像技術和新的探測技術，增大作用距離，使武器能在防區(qū)外攻擊目標。

6、智能化信息處理技術（軟、硬件）的研究和發(fā)展，重點是自動目標識別（ATR）技術研究。

7、微處理技術的發(fā)展將INS和GPS作為一個整體裝入導彈系統，這種一體化INS/GPS技術具有更好的抗干擾性能，質量輕、體積小，適于導彈安裝。

8、繼續(xù)完善末制導技術以提高命中精度并全天候作戰(zhàn)和提高抗干擾能力。精確制導技術的發(fā)展使精確制導武器的發(fā)展朝著系列化、智能化、提高射程與制導精度、隱身、多功能戰(zhàn)斗部、超聲速、降低成本等方向發(fā)展，以適應未來戰(zhàn)場的需要。