目前，航空领域最主要的一个要求是降低飞机的总重量，从而在不影响相关部件结构和功能的前提下，提高燃料经济性和有效商业载荷。这些都对航空部件加工构成新的挑战。
还有一个挑战就是，结构部件和发动机部件必须通过航空航天工业界众所周知的严格测试，并具备极强的抗疲劳和耐蠕变性能。这对增强安全性大有裨益，但却为加工带来不利影响。诸如耐高温超级合金（HRSAs）这样的材料，镍与钴含量较高，因而提升了在高温应用中的性能，但这也意味着导热性减低，从而加剧了加工过程中刀具的磨损。
另一方面，如果使用像铝合金这样的材料进行一般加工时，最终工件的重量只有原来铝块的5％- 10％。如此大量材料的去除，会使得工件产生应力，导致从机床中取出时产生翘曲。
航天复合材料加工最近所面对的另一项挑战是，复合材料已取代相当一部分用于飞机制造的金属合金。由于不同复合材料机械性能各异，因此要想挑选一种适用于所有复合材料基体的最佳切削刀具，并非易事。在复合夹层材料上，哪怕是“钻”这样的简单操作，也可能变得极其复杂。鉴于加工这类航空航天材料所用的材料和设备成本昂贵，面临的挑战往往在于让加工过程顺利进行，避免偏离质量控制机制。
鉴于上述挑战，就让我们一起来探讨该如何规划、开发和实施新的技术，才能满足航空制造业的需求。
大中型五轴铝合金工件的加工
大中型五轴铝合金工件的生产，主要由于原料的体积巨大，往往需要采用庞大而复杂的数控机床，这也意味着增加了设置所需的时间，且增加了需要保证控制加工公差这一要素。
同时，由于切割长度更长，刀具寿命往往成为考虑的焦点。因此，数控程序设计需要考虑到刀具寿命（同时也需考虑长度和时间功能），防止对刀具磨损产生不利影响。再者，必须明智地选择刀具涂层，以避免由于材料粘黏于切削工具的边缘而导致灾难性故障。要尽可能简单化加工设置，避免耗费时间。一旦设置好初始加工过程，就只需考虑过程监测和控制问题，并在预设的时间内完成加工。
准确地加工所有尺寸和几何形状的工件
对于尺寸和几何形状变化多端的工件，如常规尺寸的叶轮，正确选择加工策略和机床至关重要。因此，在加工大型结构部件，如大飞机整流罩时，较为可取的做法是选用工作台-工作台结构的五轴机床。使用主轴-主轴式五轴龙门机床同样具有实际意义。对于大多数铝合金工件，高速加工可能是首选策略；但对于某些应以极低速度切削的HRSA工件，就另当别论了。
铝合金加工vs钛合金加工
铝合金早已成为飞机机身结构的首选。然而，在飞机制造中，钛合金既可用于结构又可用于高温应用领域。铝是一种非常易于加工的金属，而钛则不然。铝加工要求低切削深度、高进给和压缩空气；而钛的加工则需要高压冷却剂、低进给和连续切削。此外，切削铝的刀具应有特殊涂层，并需要非常锋利并可有效控制断屑，以免“粘住”；而加工钛的刀具的几何形状应有利于更好地散热（让冷却剂通过），还需要创新的硬质涂层，以避免边缘受损。
至于如何制定刀具轨迹，在加工铝合金时，制造商通常会取刀具直径的2倍作为轴向切削深度，以刀具直径的约20-30％作为径向切削深度。采用自动摆线通行之类的高速加工策略时，制造商能够在短时间内除去大量的块体材料。然而，在加工钛合金时，切削刀具的轴向切削深度往往不超过刀具直径的1-1.5倍，径向切削深度通常小于刀具直径的15％。
值得注意的是，在考虑钛合金刀具轨迹时，应避免工件上的‘停留时间’，因为这将导致工件局部硬化，并对切削刀具边缘造成严重损伤。除此之外，由于钛合金是一种‘弹性’材料，因此在加工薄壁件时，应使速度和进给达到最佳状态，才能获得预期的轮廓，这一点至关重要。
在航空航天部件加工中，产量下滑往往是由于过程控制不正确造成的。由于设置不正确、缺乏过程中的验证工具和人为错误，许多昂贵的部件成为次品。为了避免这一问题的发生，航空航天部件加工企业需应用适当的技术，（图1）形成一个闭环系统，按设定的标准对每一个步骤进行验证。这可以借助与控制系统保持通信的过程自动化工具来完成。如在机验证（OMV）、基于摄像头的缺陷识别系统，以及在线数据校正系统，都是过程控制工具的实例。
图1：航空航天部件加工企业需要应用适当的技术，形成一个闭环系统，按设定的标准对每一个步骤进行验证。
通过软件优化细节设计并减量
现在，市场上有多种分析工具，可在保持结构稳定性的前提下，进行部件重量的优化计算。将多次设计迭代导入这样的系统，经过初步的有限元分析（FEA）和有限元法/建模（FEM）之后，即可获得可供备选的理想设计。
完全修复或更换受损部件的解决方案
一台机床如果无法切割金属，就会亏本；停场的飞机亦是如此。为了缩短飞机停场（AOG）时间，必须制定一套程序，以便对损坏零部件进行修复或更换。这些措施包括缺陷识别（目测+无损检测方法）、缺陷测绘（使用各种摄影测量工具）、自动缺陷虚拟校正（使用CAD工具）、自动缺陷修复（使用包覆工艺和CAM）和验证（使用电脑CAD进行工件检测+UVCD/CT技术）。
如果受损部件已无法修复，应用库存中的新部件进行替换。在线损坏及故障监控工具，有助于预估关键部件的使用寿命。这些数据可以帮助MRO（维护、维修、运行）团队在部件失效或发生不可逆转的损坏之前，做好准备。
“可制造性设计” 概念
这一概念意味着，在设计阶段本身就应对制造因素的复杂性加以考虑和纠正。有很多因素诸如：模具、夹具和工件夹持方面的要求，一些无法通过实际且经济的方法制造出的工件的特性均应被考虑到。最大程度地降低制造成本，对各行各业都十分关键。航空航天业界工业比其它行业更早地理解并接受了这一理念。通过使用专业化的产品和过程生命周期管理工具，找出制造成本高的区域，重新设计并发现替代设计方案。这虽可能延长设计过程所耗费时间，但可节省相当客观的制造时间和成本。
航空航天逆向工程解决方案
对于无CAD数据的老式部件，可采用新一代非接触式扫描工具，对其进行快速、精确的三维数据扫描。然后将这种3D“点云数据”导入基于CAD的再设计软件，进行快速重建，这样可获取特性丰富的部件，而非呆板的形体。制造工具因此可以自动识别标准功能，有效地使用基于特性/知识的加工方法。新一代CAD类再设计工具比传统逆向工程方法更受青睐，因为使用过的部件存在的诸多问题，尤其是磨损、局部变形等，都会对传统的逆向工程CAD模型产生影响。
然而，有了所谓的“再设计”概念，人们可以利用特性识别工具，对边、圆角、倒角、孔、槽和肋等特征进行更精确的描述，从而避免这些问题，并直接转化为更佳的可制造性，与传统逆向工程完全不同。
高价值航空航天部件的检验
在生产周期的关键阶段对价格高昂的航空航天部件进行验证和检查，是极其重要的。有许多方法可实现这一点，包括非常精确的摄影测量法、接触探针法和过程中检验法。使用非接触式扫描法的优点是，可从部件实体上收集大量3D点位数据，并与对应的CAD设计文件比较。这不仅提供了横截面和GD＆T的尺寸，也考虑了复杂的3D形状和轮廓，因而可以表达完整的信息。过程中检验也节省大量的重复加工和设置时间，缩短了产品上市的总体时间。
图2：自适应加工是一项科学技术，可对无已知基准点的机床部件进行识别和定位。
自适应制造
自适应生产是一种灵活的系统，可迅速适应基于来自周边系统或环境的实时输入的条件。在高价值部件修复的前期，可用自适应加工这项科学技术对无已知基准点的机床部件进行识别和定位（如图2）。一旦这一项工作完成，待加工区域就被确定下来，加工程序也会自动生成。例如，对于磨损的涡轮机叶片部件，使用自适应制造法和增材制造技术对受损部位进行修复，通常比彻底更换更为经济（如图3）。这是通过一个线性CAD/CAM过程完成的，该过程可依靠基于CAD的原位检查技术不断适应变化。最终得到准确的零件定位、原位激光熔覆和最少空行程加工。
图3：对于磨损的涡轮机叶片部件，使用自适应制造法和增材制造技术对受损部位进行修复，通常比彻底更换更为经济。
由于诸多技术业已开发，我们可从中窥见，在不久的将来，这种技术将会在航空航天工业上有怎样的应用。
未来技术发展趋势
当前，快速发展的航空业正在为其现行生产实践探索各种替代方法。波音787就是一个以复合材料取代铝合金制造机身结构的经典实例。这对新型飞机设计产生了深远的影响。
在航空航天工业，“buy-to-fly”（采购质量与飞行质量比值）的概念，是用来测量原材料输入与成品部件大小的比例。这一比率目前通常约为20:1，这就意味着有95％的材料损耗，尤其是像钛合金这样的材料。
航空航天工业正致力于通过研究增材制造来重新构建部件制造，它表明对某些材料可以实现小于5:1 的buy-to-fly比，远比以往更经济。它还允许将自定义功能或配置内置于部件中，如果依靠现行的主流制造方法，是无法实现这一点的。
CAM在有效控制机床方面有所创新，从而能优化像钛这般坚韧材料的加工时间。这是由映射机床可以有效处理的最小半径和最大进给速率、适当的刀具轨迹点数量等来完成的。这个数据与以有效工具啮合角进行创新性高速加工策略相结合，对于任何给定材料，都能获得最佳的切割效果。
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