高效数控加工工艺在航空复杂回转件中的研究

范蓉

摘 要：在航空制造业中，包含很多复杂的回转件，而且大部分是整体机构，属于航空部件的组成部分之。此类回转体结构件具有加工精度高和工艺复杂的特点，另外在回转基体之上分布有很多复杂的非回转体结构特征。因为它是飞机的主要承力结构，因此在制造的过程中需要使用超高强度钢。对于超高强度钢来说，属于比较难加工的航空材料，同时有着较差的切削性能，因此需要具备特殊的加工工艺和加工设备。航空超高强度钢复杂回转件使用常规的加工方法是难以达到其质量效率和质量要求的，常采用的有效加工方法是车铣复合加工技术。

关键词：航空复杂回旋件；加工工艺；车铣复合加工

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

在研制新型飞机时，为了达到其技术要求，需要使用整体结构来制作结构件。整体结构件具有很多的结构特征，比如外表无突变、复杂的截面和较大的外形尺寸等，因此需要具备较强的抗疲劳强度，需要有着较高的加工效率和加工精度。航空复杂回转件是航空整体结构件的重要组成部分，此类回转体结构件具有加工精度高和工艺复杂的特点，另外在回转基体之上分布有很多复杂的非回转体结构特征。采用常规的加工手段需要借助复杂的高精度夹具，不但加工效率低下，而且形位公差很难保证，这样就大大降低了零件的加工精度、装配精度和整机的工作寿命和稳定性。在航空复杂回转件的加工过程中使用车铣复合加工是解决此类零件加工工艺难题的有效途径。但是，其应用时间较短，当前正处于探索阶段，其中的车铣复合加工工艺、数控编程和后置处理等技术都是需要解决的关键技术。

1 航空复杂回转件及数控加工

1.1 航空复杂回转件的结构

对于航空复杂回转件来说，它是一个整体件，主要是由回转件、接头和支座等合并成，它具备高精度回转件的特点，此外还具备复杂的非回转件的特点。例如飞机起落架整体外筒、滑架、整体活塞杆、转轴梁和发动机的整体叶轮等是航空复杂回转件的主要典型结构。内外圆柱、圆锥、圆槽、球面、螺纹和回转曲面等回转结构是复杂回转件的典型结构特征，同时它还包括一些非回转结构，比如：平面、斜面、型面、加强筋、槽腔和倒角等。对于这样的复杂回转体来说，它综合了简单回转体和非回转体，它的加工方法包括了车削加工和铣削加工。

1.2 航空回转件的切削性能

航空工业中超高强度钢指的是屈服强度在1400-1600MPA以上的钢，一般在飞机和发动机中的很多重要零件都需要满足耐腐蚀、高抗疲劳性和高强度的要求，在本文中选择使用低合金超高强度钢300M制作的飞机起落架外筒作为研究对象。300M钢属于新型的低合金超高强度钢。该材料是由美国国际镍公司在4340钢基础上，通过添加1.5%左右的硅发展而来的。其经过淬火和回火后会具备很多优良的特性，比如耐应力、抗疲劳等。300钢是航空材料中很难加工的材料，因此需要特殊要求加工时的工艺方法、加工设备和切削参数等。因为300M钢具有较好的综合性能和较高的强度，因此是当前航空零件制造领域中应用较广且使用较为成功的一种材料。

1.3 数控加工

通过航空复杂回转件的特征可知，回转面的磨削、车削和非回转面的钻、铣、镗等加工工序组成了其整个加工过程。如果使用常规的加工方法，加工方法不同需要使用的加工设备也就不同，同时加工设备和加工方法对其影响较大，通过一次装夹和一道工序完成非常有限的工作量。对于复杂回转件来说，它具有很多的加工工序，同时有着较长的工艺路线，因此不同的工种会划分的特别清楚，同时相同的工种因为需要使用不同的机床、刀具等，会细致划分好各工序，生产周期比较长，具有很低的加工质量，和现代复杂回转件的加工要求是不相符合的，已经渐渐被淘汰。尤其是进行不同规格的小批量零件生产时，为了缩短生产准备时间和制造周期，提高加工效率和加工质量，技术人员一直在寻找更好的加工工艺方法，车铣复合加工设备的出现就是为了解决这一难题。车铣复合加工技术对于复杂零件的加工来说至关重要，甚至可以将一台车铣复合加工中心发挥的作用媲美一条简单的生产线。简单来说，它指的是一种数控加工设备，主要用于完成数控铣削、车削、镗孔加工和滚齿等各种功能，工件的部分或是全部切削加工可以通过一次装夹完成，因此又被称为多任务机床， 相较于传统的数控车削，车铣复合加工具有的优势更加明显。

2 车铣复合加工工艺设计

2.1 選择加工设备

在本文中选择的航空复杂回转件是起落架外筒，它不仅具备复杂的结构，还有较多加工手段、加工方法和加工设备等方面的需求，因此需要的加工设备应具有较大的功率、较好的刚性，只有这样才能更好地重载加工，对于精加工设备来说，需要具备较高的精度，才能满足精密度加工、高强度淬火的需求。需要具备如下的特性：大功率、高强度、大扭矩，这样才能更好地满足高效加工的需求；高精度，这样才能满足复杂回转件精加工、半精加工的需求；具备镗、扩和深孔钻等能力，以此来满足深加工的需求；具备刀具管理、在线检测等辅助功能，以此来将工作时间减少。

2.2 选择刀具

对于车铣复合加工机床来说，车削工具和各类旋转刀具都可以兼容使用，典型的车铣复合机床内结构，其上部的镗、钻和铣等主轴单元和常规的数控加工设备是非常相近的，其下部刀塔和数控车床刀塔是非常相似的，出现的各式车削刀具可以广泛应用于镗、钻和铣等主轴单元中，车削加工可以不通过下部刀塔的使用来完成。车铣复合机床具有很强的灵活性，因此发展出了多任务刀具，所谓的多任务刀具指的是通过使用一把刀来完成数把刀可以完成的任务，安装一次可以完成多次走刀，因此刀具的柔性被极大地提高了。

3 小结

为了确保高端机床的精度，将高端设备的效能发挥出来，航空复杂回转软件选择使用的大都是将车铣复合机床、常规数控机床和普通机床相结合的加工方法，因为粗加工需要较大的切削量，同时对机床也造成较大损耗，在加工时应选择将常规机床和普通机床相结合的方式，将其大部分余量去掉，车铣复合机床加工适用于常规机床和精加工不容易完成的加工任务。

参考文献：

[1]宁甲娟.航空高强度钢铣削加工技术的工艺研究[J].中国科技投资，2016（21）：79.