高效數(shù)控加工工藝在航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件中的研究

范蓉

摘 要：在航空制造業(yè)中，包含很多復(fù)雜的回轉(zhuǎn)件，而且大部分是整體機(jī)構(gòu)，屬于航空部件的組成部分之。此類回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)件具有加工精度高和工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，另外在回轉(zhuǎn)基體之上分布有很多復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)特征。因?yàn)樗秋w機(jī)的主要承力結(jié)構(gòu)，因此在制造的過程中需要使用超高強(qiáng)度鋼。對于超高強(qiáng)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(shè)備。航空超高強(qiáng)度鋼復(fù)雜回轉(zhuǎn)件使用常規(guī)的加工方法是難以達(dá)到其質(zhì)量效率和質(zhì)量要求的，常采用的有效加工方法是車銑復(fù)合加工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：航空復(fù)雜回旋件；加工工藝；車銑復(fù)合加工

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

在研制新型飛機(jī)時，為了達(dá)到其技術(shù)要求，需要使用整體結(jié)構(gòu)來制作結(jié)構(gòu)件。整體結(jié)構(gòu)件具有很多的結(jié)構(gòu)特征，比如外表無突變、復(fù)雜的截面和較大的外形尺寸等，因此需要具備較強(qiáng)的抗疲勞強(qiáng)度，需要有著較高的加工效率和加工精度。航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件是航空整體結(jié)構(gòu)件的重要組成部分，此類回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)件具有加工精度高和工藝復(fù)雜的特點(diǎn)，另外在回轉(zhuǎn)基體之上分布有很多復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)特征。采用常規(guī)的加工手段需要借助復(fù)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(jī)的工作壽命和穩(wěn)定性。在航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件的加工過程中使用車銑復(fù)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(yīng)用時間較短，當(dāng)前正處于探索階段，其中的車銑復(fù)合加工工藝、數(shù)控編程和后置處理等技術(shù)都是需要解決的關(guān)鍵技術(shù)。

1 航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件及數(shù)控加工

1.1 航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件的結(jié)構(gòu)

對于航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件來說，它是一個整體件，主要是由回轉(zhuǎn)件、接頭和支座等合并成，它具備高精度回轉(zhuǎn)件的特點(diǎn)，此外還具備復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)件的特點(diǎn)。例如飛機(jī)起落架整體外筒、滑架、整體活塞桿、轉(zhuǎn)軸梁和發(fā)動機(jī)的整體葉輪等是航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件的主要典型結(jié)構(gòu)。內(nèi)外圓柱、圓錐、圓槽、球面、螺紋和回轉(zhuǎn)曲面等回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是復(fù)雜回轉(zhuǎn)件的典型結(jié)構(gòu)特征，同時它還包括一些非回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，比如：平面、斜面、型面、加強(qiáng)筋、槽腔和倒角等。對于這樣的復(fù)雜回轉(zhuǎn)體來說，它綜合了簡單回轉(zhuǎn)體和非回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)件的切削性能

航空工業(yè)中超高強(qiáng)度鋼指的是屈服強(qiáng)度在1400-1600MPA以上的鋼，一般在飛機(jī)和發(fā)動機(jī)中的很多重要零件都需要滿足耐腐蝕、高抗疲勞性和高強(qiáng)度的要求，在本文中選擇使用低合金超高強(qiáng)度鋼300M制作的飛機(jī)起落架外筒作為研究對象。300M鋼屬于新型的低合金超高強(qiáng)度鋼。該材料是由美國國際鎳公司在4340鋼基礎(chǔ)上，通過添加1.5%左右的硅發(fā)展而來的。其經(jīng)過淬火和回火后會具備很多優(yōu)良的特性，比如耐應(yīng)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(shè)備和切削參數(shù)等。因?yàn)?00M鋼具有較好的綜合性能和較高的強(qiáng)度，因此是當(dāng)前航空零件制造領(lǐng)域中應(yīng)用較廣且使用較為成功的一種材料。

1.3 數(shù)控加工

通過航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件的特征可知，回轉(zhuǎn)面的磨削、車削和非回轉(zhuǎn)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(guī)的加工方法，加工方法不同需要使用的加工設(shè)備也就不同，同時加工設(shè)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(fù)雜回轉(zhuǎn)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?yàn)樾枰褂貌煌臋C(jī)床、刀具等，會細(xì)致劃分好各工序，生產(chǎn)周期比較長，具有很低的加工質(zhì)量，和現(xiàn)代復(fù)雜回轉(zhuǎn)件的加工要求是不相符合的，已經(jīng)漸漸被淘汰。尤其是進(jìn)行不同規(guī)格的小批量零件生產(chǎn)時，為了縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和制造周期，提高加工效率和加工質(zhì)量，技術(shù)人員一直在尋找更好的加工工藝方法，車銑復(fù)合加工設(shè)備的出現(xiàn)就是為了解決這一難題。車銑復(fù)合加工技術(shù)對于復(fù)雜零件的加工來說至關(guān)重要，甚至可以將一臺車銑復(fù)合加工中心發(fā)揮的作用媲美一條簡單的生產(chǎn)線。簡單來說，它指的是一種數(shù)控加工設(shè)備，主要用于完成數(shù)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(wù)機(jī)床， 相較于傳統(tǒng)的數(shù)控車削，車銑復(fù)合加工具有的優(yōu)勢更加明顯。

2 車銑復(fù)合加工工藝設(shè)計(jì)

2.1 選擇加工設(shè)備

在本文中選擇的航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件是起落架外筒，它不僅具備復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，還有較多加工手段、加工方法和加工設(shè)備等方面的需求，因此需要的加工設(shè)備應(yīng)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(shè)備來說，需要具備較高的精度，才能滿足精密度加工、高強(qiáng)度淬火的需求。需要具備如下的特性：大功率、高強(qiáng)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(fù)雜回轉(zhuǎn)件精加工、半精加工的需求；具備鏜、擴(kuò)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(fù)合加工機(jī)床來說，車削工具和各類旋轉(zhuǎn)刀具都可以兼容使用，典型的車銑復(fù)合機(jī)床內(nèi)結(jié)構(gòu)，其上部的鏜、鉆和銑等主軸單元和常規(guī)的數(shù)控加工設(shè)備是非常相近的，其下部刀塔和數(shù)控車床刀塔是非常相似的，出現(xiàn)的各式車削刀具可以廣泛應(yīng)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(fù)合機(jī)床具有很強(qiáng)的靈活性，因此發(fā)展出了多任務(wù)刀具，所謂的多任務(wù)刀具指的是通過使用一把刀來完成數(shù)把刀可以完成的任務(wù)，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(jié)

為了確保高端機(jī)床的精度，將高端設(shè)備的效能發(fā)揮出來，航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)軟件選擇使用的大都是將車銑復(fù)合機(jī)床、常規(guī)數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床相結(jié)合的加工方法，因?yàn)榇旨庸ば枰^大的切削量，同時對機(jī)床也造成較大損耗，在加工時應(yīng)選擇將常規(guī)機(jī)床和普通機(jī)床相結(jié)合的方式，將其大部分余量去掉，車銑復(fù)合機(jī)床加工適用于常規(guī)機(jī)床和精加工不容易完成的加工任務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

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