航空發動機機匣數控加工工藝探究

黃帥

摘要：航空發動機匣零件在發動機中有著不可替代作用。這種零件使用的制作材料比較特殊，該零件的制造精度對航空發動機整體的協調性和實際應用效果有著直接影響。機匣零件的外壁比較薄，加工的難度比較大，而且加工工藝較為復雜，如果使用傳統的零件加工方式則無法滿足機匣零件的加工需求。目前我國薄壁零件的加工經驗比較少，那么實際加工的過程中一定要合理應用數控加工工藝，避免由于操作不規范而導致航空發動機機匣出現變形或者損壞的現象。

關鍵詞：航空發動機機匣；數控加工；加工工藝

機匣零件在制作的過程中主要應用的是復合材料，這類材料在加工方面比較困難，而且零件對結構的設計較為嚴格，這就為以往使用的加工方法增加了一定的難度。數控加工技術是一種自動化加工技術，這項加工技術在應用的過程中工作效率比較高，其主要是由數字控制裝置控制的，可以用于對加工精度有很高要求、加工難度比較大的零件加工，也可用于機匣類薄壁零件的加工中，加工質量有所保障。

一、發動機機匣結構特點

1、整體式環形機匣結構特點

由機匣壁和前后安裝邊組成，一般為薄壁的圓錐體或圓柱狀，殼體外表面有環形加強筋、環帶、凸臺；內表面有環形槽、圓柱環帶及螺旋槽；圓柱環帶上分布有圓周的斜孔；殼體壁上設有徑向孔、異形孔及異性槽等。

2、對開式環形機匣結構特點

該類機匣一般帶有縱向安裝邊，呈圓錐體或圓柱體狀，內表面具有環形槽或T型槽及螺旋槽；外表面具有加強筋、支撐臺、限位凸臺、各種功能凸臺和異性凸臺；機匣壁上有安裝孔、定位孔、通氣孔、徑向孔和異形孔等。

3、帶整流支板機匣結構特點

該類機匣有鑄造結構和焊接結構，一般由外環、內環及空心整流支板組成。內外環壁較厚，設置有徑向孔；內環端面有螺栓孔；外環上有定位孔、連接孔；外表面有安裝座和平面等。

二、機匣結構造成加工難點

機匣結構復雜，腔槽周圍分布很多特征島嶼、凸臺、孔系、槽、筋等特征，壁薄并且變化劇烈，也造成了加工工藝上的難度。沿著軸向與燃燒室連接的機匣后端部位，除了法蘭結構上具有復雜孔系外，沿著機匣加強筋部位周邊還分布著放氣孔，該類孔一般與發動機軸線成一定角度，這些特殊結構的異型孔加工難度很大。在加工工藝上，除了結構復雜工藝難度大外，部分機匣采用的對開結構，若在加工過程中采用分散與組合加工相結合，會由此造成二次定位，影響加工一致性。加工過程引起的變形問題也是機匣加工的另一個難點，按照常規工藝過程加工，總會出現沿著機匣腔槽邊緣由外向內誤差越來越大現象。而變形誤差會引起后期發動機葉片工作的顫振，直接影響到整機的性能和使用壽命。

三、航空發動機機匣的數控加工工藝

想要對機匣零件的加工工藝進行控制，那么需要對使用的加工工具、加工材料和加工方案等進行全面的控制和管理，確定每一項工藝的合理應用這樣才能從整體上提高機匣的質量，保證航空發動機的應用效果。在使用數控加工技術進行機匣加工的過程中，一定要掌握機匣零件的加工特點，從零件的實際應用需求出發，選擇合理的零件加工技術。

1、進行機匣數控加工參數建模

參數建模是數控加工工藝中的重要組成部分，在建模之前首先要對機匣進行全面的分析和了解，掌握好機匣零件的主要結構特征，結合不同的特征對機匣結構進行分類，將應用特征較為相似的分到一類中。分類完成后要了解不同類別之間的聯系，并將不同結構特征之間的聯系在圖紙上表達出來。再對其進行進一步的分析，確定不同特征之間的準基關系，然后用參數的形式表達出來，用數值將結構中各個特征之間的關系表達出來，建立一個完整機匣特征參數模型。

2、進行機匣數控加工工藝路線優化

在進行零件加工的過程中會受到許多因素的影響，那么零件容易出現變形的現象。在進行機的數控加工時，毛坯加工過程中一定提前確定好每個環節中的加工工藝，并掌握好零件的各項參數，在加工時對每一項操作進行合理的控制，才能保證機匣零件的加工質量。另外，在加工之前還需要提前制定好加工方案，減少誤差的產生。

第一，控制夾具的安裝，一般在毛坯數控加工中會預留一部分的位置作為夾具安裝部分。第二，進行毛坯的粗加工，在此過程中其主要是為了去除毛坯上大部分的余料，只要按照機匣的大致形狀進行切削就可完成，對加工精度要求不高。第三，進行余料的半精加工，去除熱處理產生的變形，完成各次要表面的最后加工，給精加工奠定基礎。第四，精加工階段，完成全部表面最終加工，并保證機匣的全部技術要求，特別是對主要表面的要求。在工藝制定時要兼顧加工精度與效率，合理分配加工余量。第五，要使用內外加工對稱的切削方式來對加工余量進行均勻的加工，要結合實際的加工進度和切削工具的加工速度來控制好整體的加工順序，確保這項工序完成后，零件的內外加工質量可以達到相關標準。

3、機匣數控刀位軌跡優化

首先，刀位軌跡在規劃時，始終遵循在能夠保證后續銑削加工應有余量的前提條件下，對于機匣回轉面和凸臺四周，盡可能多地在粗加工階段去除余量，從而縮短加工工時，提高加工效率。例如，針對燃燒室機匣這類多島嶼復雜結構件可采用行切與環切相結合的方式進行插銑加工。為最大限度地去除毛坯，對凸臺外圍的區域采用等高行切法可改善插銑加工時因插銑深度不同引起的刀具磨損加劇問題，提高加工效率，降低加工成本；然后在內島嶼周圍以凸臺平面法向為刀軸矢量繞凸臺插銑走刀。

其次，構建快速銑削刀軌導入機匣特征造型，作為加工程序的控制曲線，將機匣選為檢查面，在保證無干涉的情況下，生成了余量去除最多、效率最高的快速銑削開槽加工程序，并在凸臺部位進行了清根加工。針對機匣凸臺四周精銑及清根加工凸臺周圍的外圓面在機匣外形精銑中已銑削到位部分，只留凸臺側面余量2mm，采用和凸臺定面法線同方向的固定刀軸方式，進行連續兩刀的環切加工。為保證切入切出的平穩性，所有凸臺精銑均采用圓弧進退刀方式進行加工。

最后，對于與凸臺無依附關系的加強筋圓角及相鄰輪轂面片之間的過渡圓角通常采用四軸聯動加工。對于發生干涉的區域，通過使用機匣表面刀具半徑偏置面對刀位軌跡進行裁剪，保留非干涉軌跡，生成回轉面銑削加工程序。

結語：

根據上文分析可以看出，由于航空發動機機匣其整體精密度較高，其曲面形狀對加工工藝的要求更高，在數控加工中對材料的切削、加工角度、行進路線等都需要進行準確的掌控。在以上分析中從多個角度探究了在機匣數控加工工藝中存在的難點、要點，并結合現今數控加工技術發展情況及機匣加工要求提出了優化數控加工工藝的方法，對于文中所提供的措施經實驗證明其在加工中具備較好的應用效果，具體還需根據機匣加工的實際情況進行調整，以此來保證數控加工工藝應用的高效性。

參考文獻：

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