航空復雜回轉件數控加工工藝探究

谷巖巖 張磊 郭巖

摘 要：航空復雜回轉件作為飛機主要承力構件，需要采用超高強度鋼制造，以滿足高強度、高韌性、高抗疲勞性和耐腐蝕等性能要求。刀具壽命是航空難加工材料高效加工瓶頸所在，在刀具沒有突破性進展的情況下，如何用切削參數優化和加工工藝優化來實現較低成本下高質高效加工是研究的重點。本文簡述了航空復雜回轉件的研究意義以及航空復雜回轉件車銑復合數控加工研究現狀。

關鍵詞：回轉件 ;車銑復合加工

一、研究意義

在機械加工行業，回轉件是最常見、最普遍、用途最廣的一類零件，主要由圓柱、圓錐、圓環、螺紋以及回轉曲面等要素構成。在航空工業中，回轉件也占據較大比例，在飛機的所有運動部位、連接部位都存在大量的回轉結構件，如襯套、轉軸、螺栓、螺帽等。在發動機、起落架、操縱作動筒等部件、組件中，回轉件更是其主要結構件。回轉件一般都要與其它結構件配合，起到連接、傳動、傳力的作用，因而普遍具有精度高和強度高的特點。

新型飛機研制時，為了實現重量輕、壽命長、成本低等技術要求，其結構件必須大量采用整體結構。整體結構件具有外形尺寸大、壁薄、截面復雜、外表圓滑無突變等結構特征，在剛度、抗疲勞強度和失穩臨界狀態等方面具有顯著優點，對加工精度和加工效率要求都非常的高。航空復雜回轉件是航空整體結構件的重要組成部分，具備回轉體結構件高精度的特點，又具有非回轉體結構件結構復雜的特點。

航空復雜回轉件作為飛機主要承力構件，需要采用超高強度鋼制造，以滿足高強度、高韌性、高抗疲勞性和耐腐蝕等性能要求。超高強度鋼屬典型航空難加工材料，切削力大、切削溫度高、刀具磨損嚴重、切削性能差，加工時對加工設備、工藝方法、刀具選擇、切削參數和冷卻等都有特殊要求。常規加工方法難以保證其加工質量和效率，近年來快速發展的數控加工技術能夠滿足其加工需求，特別是車銑復合加工技術更是解決航空復雜回轉件高效加工的有效途徑。

然而，由于車銑復合加工在我國航空制造領域應用時間還比較短，適用于航空復雜回轉件車銑復合加工工藝、數控編程技術、后置處理和仿真技術尚處于摸索階段。為了有效發揮車銑復合加工設備的優勢，提高航空復雜回轉件車銑復合加工效率和質量，必須研究解決上述關鍵問題[1]。同時，刀具壽命是航空難加工材料高效加工瓶頸所在，在刀具沒有突破性進展的情況下，如何用切削參數優化和加工工藝優化來實現較低成本下高質高效加工是研究的重點。

二、航空復雜回轉件車銑復合數控加工研究現狀

目前，車銑技術研究主要集中在德國、美國、法國和日本等工業發達國家。

在車銑技術研究領域，德國的許多學者進行了較為深入的研究。最早研究軸向車銑技術的是H.Weber，他1955年發表了《用硬質合金刀具銑削圓柱表面》一文，開創性地提出了用銑刀加工圓柱表面的方法;KP.Sorge博士在1983年研究了正交車銑的運動原理、加工件表面精度、切削力、切削速度等，并取得了開拓性的研究成果;1984年，H.J.wedeniwski博士對車銑軸向進給加工運動原理及幾何形狀誤差分析進行了詳細的研究;1990年，為了高生產率和高質量這兩大目標，schulz等人提出了車銑加工技術是實現這兩大目標的一種先進的制造技術;1994年H.Schulz等人對硬質材料的車銑加工和車削加工進行了對比試驗分析;2000年S.K.Choudhury等人對正交車銑加工回轉工件進行詳細分析與研究;2008年StePhanSkoric利用正交車銑加工技術對旋轉表面加工的可行性進行了詳細研究。在Aachen工業大學和Darmstadt工業大學車銑技術研究中心工作的眾多的科研人員，對車銑原理、車銑運動學及動力學、表面質量、不同材料的車銑工藝性、車銑加工中心的設計與測試以及CAD/CAM等多個領域內進行了深入細致的研究。尤其是Darmstadt工業大學H.Shultz教授將高速銑削技術的研究成果成功地與車銑技術相結合，開創了高速、超高速車銑新領域，支持德國機床工業制造出了商品化的CNC車銑中心。

我國在“九五”期間，將車銑復合加工技術列入重點攻關項目。遼寧省高速切削技術中心對超高速車銑切削加工技術進行了研究，在其基礎理論、加工工藝、車銑復合加工中心的研制等研究領域取得了一定的研究成果;沈陽理工大學賈春德、姜增輝出版的《車銑原理》一書對車銑技術的基礎概念、車銑運動學原理、車銑工件的表面形成機理、切屑仿真、理論切削力等方面做了詳細的介紹;王凡等研究了在正交車銑加工時，軸向進給量、銑刀與工件轉速比以及偏心量等主要切削參數對被加工零件表面質量的影響，并對其運動軌跡進行了仿真;馬驏對車銑加工過程切削機理和表面質量進行了研究，為獲得高表面質量的車銑加工提供了切削參數借鑒和控制措施;吉林大學的馬巖研究了非軸對稱工件車銑加工的切削力建模與仿真;西安理工大學的周紅杰對車銑復合加工表面微觀幾何形貌仿真及切削參數進行了分析研究;侯敏對立式車銑復合機床中并聯銑削機構進行了研究。

我國在車銑復合加工設備上，經過幾十年的探索實踐，沈陽機床集團和大連機床集團在研究車銑復合型加工中心方面取得了較大成績。大連機床公司已經具備研發一次裝卡完成所有加工工序的車銑復合加工設備的能力;沈陽機床（集團）有限責任公司研發的HTM63150ly車銑復合加工中心，已經在國內軍工、航空、航天等制造企業中得到了應用。但與國外發達國家相比我國復合加工機床在制造水平和穩定可靠工作上還有較大的差距，雖然有的已經生產出該類產品，但關鍵部件都是從國外引進，并沒有真正意義上的國產化。這種現狀也代表了國內高性能數控車銑中心的開發狀態。

車銑復合加工技術已成為航空復雜回轉件高效加工的發展方向，在國際知名公司中都得到大量應用，如空客（Airbus）、波音（Boeing）、斯萊克瑪（Snecma）、米歇爾.道蒂（MessierDowty）、梅賽德斯（Mercedes）、現代（Hyundai）、斗山（Doosan）、山特維克（Sandvik）、西門子（Siemens）等等。近年來，車銑復合加工中心在我國航空制造廠家開始大量引進，產品型號以奧地利WFL系列和瑞士寶美公司銑車復合加工中心為主。車銑復合加工技術在我國由于應用時間不長，與產品工藝特點和設備工藝特性相適應的加工工藝、編程手段和后置處理等技術還十分薄弱，我國引進的車銑復合加工設備基本上處于相對較低的運行水平，處于重設備輕工藝的狀態。

參考文獻：

[1]王文理等.新型復雜航空結構件數控加工技術[J].航空制造技術，2012，9：34～37

（1.沈陽沈飛民品工業有限公司;2.空軍裝備部駐沈陽地區軍事代表局駐沈陽地區第一軍事代表室）