高效數控加工工藝在航空復雜回轉件中的研究

范蓉

摘 要：在航空制造業中，包含很多復雜的回轉件，而且大部分是整體機構，屬于航空部件的組成部分之。此類回轉體結構件具有加工精度高和工藝復雜的特點，另外在回轉基體之上分布有很多復雜的非回轉體結構特征。因為它是飛機的主要承力結構，因此在制造的過程中需要使用超高強度鋼。對于超高強度鋼來說，屬于比較難加工的航空材料，同時有著較差的切削性能，因此需要具備特殊的加工工藝和加工設備。航空超高強度鋼復雜回轉件使用常規的加工方法是難以達到其質量效率和質量要求的，常采用的有效加工方法是車銑復合加工技術。

關鍵詞：航空復雜回旋件；加工工藝；車銑復合加工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.032

在研制新型飛機時，為了達到其技術要求，需要使用整體結構來制作結構件。整體結構件具有很多的結構特征，比如外表無突變、復雜的截面和較大的外形尺寸等，因此需要具備較強的抗疲勞強度，需要有著較高的加工效率和加工精度。航空復雜回轉件是航空整體結構件的重要組成部分，此類回轉體結構件具有加工精度高和工藝復雜的特點，另外在回轉基體之上分布有很多復雜的非回轉體結構特征。采用常規的加工手段需要借助復雜的高精度夾具，不但加工效率低下，而且形位公差很難保證，這樣就大大降低了零件的加工精度、裝配精度和整機的工作壽命和穩定性。在航空復雜回轉件的加工過程中使用車銑復合加工是解決此類零件加工工藝難題的有效途徑。但是，其應用時間較短，當前正處于探索階段，其中的車銑復合加工工藝、數控編程和后置處理等技術都是需要解決的關鍵技術。

1 航空復雜回轉件及數控加工

1.1 航空復雜回轉件的結構

對于航空復雜回轉件來說，它是一個整體件，主要是由回轉件、接頭和支座等合并成，它具備高精度回轉件的特點，此外還具備復雜的非回轉件的特點。例如飛機起落架整體外筒、滑架、整體活塞桿、轉軸梁和發動機的整體葉輪等是航空復雜回轉件的主要典型結構。內外圓柱、圓錐、圓槽、球面、螺紋和回轉曲面等回轉結構是復雜回轉件的典型結構特征，同時它還包括一些非回轉結構，比如：平面、斜面、型面、加強筋、槽腔和倒角等。對于這樣的復雜回轉體來說，它綜合了簡單回轉體和非回轉體，它的加工方法包括了車削加工和銑削加工。

1.2 航空回轉件的切削性能

航空工業中超高強度鋼指的是屈服強度在1400-1600MPA以上的鋼，一般在飛機和發動機中的很多重要零件都需要滿足耐腐蝕、高抗疲勞性和高強度的要求，在本文中選擇使用低合金超高強度鋼300M制作的飛機起落架外筒作為研究對象。300M鋼屬于新型的低合金超高強度鋼。該材料是由美國國際鎳公司在4340鋼基礎上，通過添加1.5%左右的硅發展而來的。其經過淬火和回火后會具備很多優良的特性，比如耐應力、抗疲勞等。300鋼是航空材料中很難加工的材料，因此需要特殊要求加工時的工藝方法、加工設備和切削參數等。因為300M鋼具有較好的綜合性能和較高的強度，因此是當前航空零件制造領域中應用較廣且使用較為成功的一種材料。

1.3 數控加工

通過航空復雜回轉件的特征可知，回轉面的磨削、車削和非回轉面的鉆、銑、鏜等加工工序組成了其整個加工過程。如果使用常規的加工方法，加工方法不同需要使用的加工設備也就不同，同時加工設備和加工方法對其影響較大，通過一次裝夾和一道工序完成非常有限的工作量。對于復雜回轉件來說，它具有很多的加工工序，同時有著較長的工藝路線，因此不同的工種會劃分的特別清楚，同時相同的工種因為需要使用不同的機床、刀具等，會細致劃分好各工序，生產周期比較長，具有很低的加工質量，和現代復雜回轉件的加工要求是不相符合的，已經漸漸被淘汰。尤其是進行不同規格的小批量零件生產時，為了縮短生產準備時間和制造周期，提高加工效率和加工質量，技術人員一直在尋找更好的加工工藝方法，車銑復合加工設備的出現就是為了解決這一難題。車銑復合加工技術對于復雜零件的加工來說至關重要，甚至可以將一臺車銑復合加工中心發揮的作用媲美一條簡單的生產線。簡單來說，它指的是一種數控加工設備，主要用于完成數控銑削、車削、鏜孔加工和滾齒等各種功能，工件的部分或是全部切削加工可以通過一次裝夾完成，因此又被稱為多任務機床， 相較于傳統的數控車削，車銑復合加工具有的優勢更加明顯。

2 車銑復合加工工藝設計

2.1 選擇加工設備

在本文中選擇的航空復雜回轉件是起落架外筒，它不僅具備復雜的結構，還有較多加工手段、加工方法和加工設備等方面的需求，因此需要的加工設備應具有較大的功率、較好的剛性，只有這樣才能更好地重載加工，對于精加工設備來說，需要具備較高的精度，才能滿足精密度加工、高強度淬火的需求。需要具備如下的特性：大功率、高強度、大扭矩，這樣才能更好地滿足高效加工的需求；高精度，這樣才能滿足復雜回轉件精加工、半精加工的需求；具備鏜、擴和深孔鉆等能力，以此來滿足深加工的需求；具備刀具管理、在線檢測等輔助功能，以此來將工作時間減少。

2.2 選擇刀具

對于車銑復合加工機床來說，車削工具和各類旋轉刀具都可以兼容使用，典型的車銑復合機床內結構，其上部的鏜、鉆和銑等主軸單元和常規的數控加工設備是非常相近的，其下部刀塔和數控車床刀塔是非常相似的，出現的各式車削刀具可以廣泛應用于鏜、鉆和銑等主軸單元中，車削加工可以不通過下部刀塔的使用來完成。車銑復合機床具有很強的靈活性，因此發展出了多任務刀具，所謂的多任務刀具指的是通過使用一把刀來完成數把刀可以完成的任務，安裝一次可以完成多次走刀，因此刀具的柔性被極大地提高了。

3 小結

為了確保高端機床的精度，將高端設備的效能發揮出來，航空復雜回轉軟件選擇使用的大都是將車銑復合機床、常規數控機床和普通機床相結合的加工方法，因為粗加工需要較大的切削量，同時對機床也造成較大損耗，在加工時應選擇將常規機床和普通機床相結合的方式，將其大部分余量去掉，車銑復合機床加工適用于常規機床和精加工不容易完成的加工任務。

參考文獻：

[1]寧甲娟.航空高強度鋼銑削加工技術的工藝研究[J].中國科技投資，2016（21）：79.