航空复杂回转件数控加工工艺探究

谷岩岩 张磊 郭岩

摘 要：航空复杂回转件作为飞机主要承力构件，需要采用超高强度钢制造，以满足高强度、高韧性、高抗疲劳性和耐腐蚀等性能要求。刀具寿命是航空难加工材料高效加工瓶颈所在，在刀具没有突破性进展的情况下，如何用切削参数优化和加工工艺优化来实现较低成本下高质高效加工是研究的重点。本文简述了航空复杂回转件的研究意义以及航空复杂回转件车铣复合数控加工研究现状。

关键词：回转件 ;车铣复合加工

一、研究意义

在机械加工行业，回转件是最常见、最普遍、用途最广的一类零件，主要由圆柱、圆锥、圆环、螺纹以及回转曲面等要素构成。在航空工业中，回转件也占据较大比例，在飞机的所有运动部位、连接部位都存在大量的回转结构件，如衬套、转轴、螺栓、螺帽等。在发动机、起落架、操纵作动筒等部件、组件中，回转件更是其主要结构件。回转件一般都要与其它结构件配合，起到连接、传动、传力的作用，因而普遍具有精度高和强度高的特点。

新型飞机研制时，为了实现重量轻、寿命长、成本低等技术要求，其结构件必须大量采用整体结构。整体结构件具有外形尺寸大、壁薄、截面复杂、外表圆滑无突变等结构特征，在刚度、抗疲劳强度和失稳临界状态等方面具有显著优点，对加工精度和加工效率要求都非常的高。航空复杂回转件是航空整体结构件的重要组成部分，具备回转体结构件高精度的特点，又具有非回转体结构件结构复杂的特点。

航空复杂回转件作为飞机主要承力构件，需要采用超高强度钢制造，以满足高强度、高韧性、高抗疲劳性和耐腐蚀等性能要求。超高强度鋼属典型航空难加工材料，切削力大、切削温度高、刀具磨损严重、切削性能差，加工时对加工设备、工艺方法、刀具选择、切削参数和冷却等都有特殊要求。常规加工方法难以保证其加工质量和效率，近年来快速发展的数控加工技术能够满足其加工需求，特别是车铣复合加工技术更是解决航空复杂回转件高效加工的有效途径。

然而，由于车铣复合加工在我国航空制造领域应用时间还比较短，适用于航空复杂回转件车铣复合加工工艺、数控编程技术、后置处理和仿真技术尚处于摸索阶段。为了有效发挥车铣复合加工设备的优势，提高航空复杂回转件车铣复合加工效率和质量，必须研究解决上述关键问题[1]。同时，刀具寿命是航空难加工材料高效加工瓶颈所在，在刀具没有突破性进展的情况下，如何用切削参数优化和加工工艺优化来实现较低成本下高质高效加工是研究的重点。

二、航空复杂回转件车铣复合数控加工研究现状

目前，车铣技术研究主要集中在德国、美国、法国和日本等工业发达国家。

在车铣技术研究领域，德国的许多学者进行了较为深入的研究。最早研究轴向车铣技术的是H.Weber，他1955年发表了《用硬质合金刀具铣削圆柱表面》一文，开创性地提出了用铣刀加工圆柱表面的方法;KP.Sorge博士在1983年研究了正交车铣的运动原理、加工件表面精度、切削力、切削速度等，并取得了开拓性的研究成果;1984年，H.J.wedeniwski博士对车铣轴向进给加工运动原理及几何形状误差分析进行了详细的研究;1990年，为了高生产率和高质量这两大目标，schulz等人提出了车铣加工技术是实现这两大目标的一种先进的制造技术;1994年H.Schulz等人对硬质材料的车铣加工和车削加工进行了对比试验分析;2000年S.K.Choudhury等人对正交车铣加工回转工件进行详细分析与研究;2008年StePhanSkoric利用正交车铣加工技术对旋转表面加工的可行性进行了详细研究。在Aachen工业大学和Darmstadt工业大学车铣技术研究中心工作的众多的科研人员，对车铣原理、车铣运动学及动力学、表面质量、不同材料的车铣工艺性、车铣加工中心的设计与测试以及CAD/CAM等多个领域内进行了深入细致的研究。尤其是Darmstadt工业大学H.Shultz教授将高速铣削技术的研究成果成功地与车铣技术相结合，开创了高速、超高速车铣新领域，支持德国机床工业制造出了商品化的CNC车铣中心。

我国在“九五”期间，将车铣复合加工技术列入重点攻关项目。辽宁省高速切削技术中心对超高速车铣切削加工技术进行了研究，在其基础理论、加工工艺、车铣复合加工中心的研制等研究领域取得了一定的研究成果;沈阳理工大学贾春德、姜增辉出版的《车铣原理》一书对车铣技术的基础概念、车铣运动学原理、车铣工件的表面形成机理、切屑仿真、理论切削力等方面做了详细的介绍;王凡等研究了在正交车铣加工时，轴向进给量、铣刀与工件转速比以及偏心量等主要切削参数对被加工零件表面质量的影响，并对其运动轨迹进行了仿真;马驏对车铣加工过程切削机理和表面质量进行了研究，为获得高表面质量的车铣加工提供了切削参数借鉴和控制措施;吉林大学的马岩研究了非轴对称工件车铣加工的切削力建模与仿真;西安理工大学的周红杰对车铣复合加工表面微观几何形貌仿真及切削参数进行了分析研究;侯敏对立式车铣复合机床中并联铣削机构进行了研究。

我国在车铣复合加工设备上，经过几十年的探索实践，沈阳机床集团和大连机床集团在研究车铣复合型加工中心方面取得了较大成绩。大连机床公司已经具备研发一次装卡完成所有加工工序的车铣复合加工设备的能力;沈阳机床（集团）有限责任公司研发的HTM63150ly车铣复合加工中心，已经在国内军工、航空、航天等制造企业中得到了应用。但与国外发达国家相比我国复合加工机床在制造水平和稳定可靠工作上还有较大的差距，虽然有的已经生产出该类产品，但关键部件都是从国外引进，并没有真正意义上的国产化。这种现状也代表了国内高性能数控车铣中心的开发状态。

车铣复合加工技术已成为航空复杂回转件高效加工的发展方向，在国际知名公司中都得到大量应用，如空客（Airbus）、波音（Boeing）、斯莱克玛（Snecma）、米歇尔.道蒂（MessierDowty）、梅赛德斯（Mercedes）、现代（Hyundai）、斗山（Doosan）、山特维克（Sandvik）、西门子（Siemens）等等。近年来，车铣复合加工中心在我国航空制造厂家开始大量引进，产品型号以奥地利WFL系列和瑞士宝美公司铣车复合加工中心为主。车铣复合加工技术在我国由于应用时间不长，与产品工艺特点和设备工艺特性相适应的加工工艺、编程手段和后置处理等技术还十分薄弱，我国引进的车铣复合加工设备基本上处于相对较低的运行水平，处于重设备轻工艺的状态。

参考文献：

[1]王文理等.新型复杂航空结构件数控加工技术[J].航空制造技术，2012，9：34～37

（1.沈阳沈飞民品工业有限公司;2.空军装备部驻沈阳地区军事代表局驻沈阳地区第一军事代表室）