航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件數(shù)控加工工藝探究

谷巖巖 張磊 郭巖

摘 要：航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件作為飛機(jī)主要承力構(gòu)件，需要采用超高強(qiáng)度鋼制造，以滿足高強(qiáng)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(méi)有突破性進(jìn)展的情況下，如何用切削參數(shù)優(yōu)化和加工工藝優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)較低成本下高質(zhì)高效加工是研究的重點(diǎn)。本文簡(jiǎn)述了航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件的研究意義以及航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件車(chē)銑復(fù)合數(shù)控加工研究現(xiàn)狀。

關(guān)鍵詞：回轉(zhuǎn)件 ;車(chē)銑復(fù)合加工

一、研究意義

在機(jī)械加工行業(yè)，回轉(zhuǎn)件是最常見(jiàn)、最普遍、用途最廣的一類(lèi)零件，主要由圓柱、圓錐、圓環(huán)、螺紋以及回轉(zhuǎn)曲面等要素構(gòu)成。在航空工業(yè)中，回轉(zhuǎn)件也占據(jù)較大比例，在飛機(jī)的所有運(yùn)動(dòng)部位、連接部位都存在大量的回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件，如襯套、轉(zhuǎn)軸、螺栓、螺帽等。在發(fā)動(dòng)機(jī)、起落架、操縱作動(dòng)筒等部件、組件中，回轉(zhuǎn)件更是其主要結(jié)構(gòu)件?；剞D(zhuǎn)件一般都要與其它結(jié)構(gòu)件配合，起到連接、傳動(dòng)、傳力的作用，因而普遍具有精度高和強(qiáng)度高的特點(diǎn)。

新型飛機(jī)研制時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)重量輕、壽命長(zhǎng)、成本低等技術(shù)要求，其結(jié)構(gòu)件必須大量采用整體結(jié)構(gòu)。整體結(jié)構(gòu)件具有外形尺寸大、壁薄、截面復(fù)雜、外表圓滑無(wú)突變等結(jié)構(gòu)特征，在剛度、抗疲勞強(qiáng)度和失穩(wěn)臨界狀態(tài)等方面具有顯著優(yōu)點(diǎn)，對(duì)加工精度和加工效率要求都非常的高。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，具備回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)件高精度的特點(diǎn)，又具有非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)。

航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件作為飛機(jī)主要承力構(gòu)件，需要采用超高強(qiáng)度鋼制造，以滿足高強(qiáng)度、高韌性、高抗疲勞性和耐腐蝕等性能要求。超高強(qiáng)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(yán)重、切削性能差，加工時(shí)對(duì)加工設(shè)備、工藝方法、刀具選擇、切削參數(shù)和冷卻等都有特殊要求。常規(guī)加工方法難以保證其加工質(zhì)量和效率，近年來(lái)快速發(fā)展的數(shù)控加工技術(shù)能夠滿足其加工需求，特別是車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)更是解決航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件高效加工的有效途徑。

然而，由于車(chē)銑復(fù)合加工在我國(guó)航空制造領(lǐng)域應(yīng)用時(shí)間還比較短，適用于航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件車(chē)銑復(fù)合加工工藝、數(shù)控編程技術(shù)、后置處理和仿真技術(shù)尚處于摸索階段。為了有效發(fā)揮車(chē)銑復(fù)合加工設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，提高航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件車(chē)銑復(fù)合加工效率和質(zhì)量，必須研究解決上述關(guān)鍵問(wèn)題[1]。同時(shí)，刀具壽命是航空難加工材料高效加工瓶頸所在，在刀具沒(méi)有突破性進(jìn)展的情況下，如何用切削參數(shù)優(yōu)化和加工工藝優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)較低成本下高質(zhì)高效加工是研究的重點(diǎn)。

二、航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件車(chē)銑復(fù)合數(shù)控加工研究現(xiàn)狀

目前，車(chē)銑技術(shù)研究主要集中在德國(guó)、美國(guó)、法國(guó)和日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家。

在車(chē)銑技術(shù)研究領(lǐng)域，德國(guó)的許多學(xué)者進(jìn)行了較為深入的研究。最早研究軸向車(chē)銑技術(shù)的是H.Weber，他1955年發(fā)表了《用硬質(zhì)合金刀具銑削圓柱表面》一文，開(kāi)創(chuàng)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(chē)銑的運(yùn)動(dòng)原理、加工件表面精度、切削力、切削速度等，并取得了開(kāi)拓性的研究成果;1984年，H.J.wedeniwski博士對(duì)車(chē)銑軸向進(jìn)給加工運(yùn)動(dòng)原理及幾何形狀誤差分析進(jìn)行了詳細(xì)的研究;1990年，為了高生產(chǎn)率和高質(zhì)量這兩大目標(biāo)，schulz等人提出了車(chē)銑加工技術(shù)是實(shí)現(xiàn)這兩大目標(biāo)的一種先進(jìn)的制造技術(shù);1994年H.Schulz等人對(duì)硬質(zhì)材料的車(chē)銑加工和車(chē)削加工進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)分析;2000年S.K.Choudhury等人對(duì)正交車(chē)銑加工回轉(zhuǎn)工件進(jìn)行詳細(xì)分析與研究;2008年StePhanSkoric利用正交車(chē)銑加工技術(shù)對(duì)旋轉(zhuǎn)表面加工的可行性進(jìn)行了詳細(xì)研究。在Aachen工業(yè)大學(xué)和Darmstadt工業(yè)大學(xué)車(chē)銑技術(shù)研究中心工作的眾多的科研人員，對(duì)車(chē)銑原理、車(chē)銑運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)、表面質(zhì)量、不同材料的車(chē)銑工藝性、車(chē)銑加工中心的設(shè)計(jì)與測(cè)試以及CAD/CAM等多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。尤其是Darmstadt工業(yè)大學(xué)H.Shultz教授將高速銑削技術(shù)的研究成果成功地與車(chē)銑技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)創(chuàng)了高速、超高速車(chē)銑新領(lǐng)域，支持德國(guó)機(jī)床工業(yè)制造出了商品化的CNC車(chē)銑中心。

我國(guó)在“九五”期間，將車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)列入重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目。遼寧省高速切削技術(shù)中心對(duì)超高速車(chē)銑切削加工技術(shù)進(jìn)行了研究，在其基礎(chǔ)理論、加工工藝、車(chē)銑復(fù)合加工中心的研制等研究領(lǐng)域取得了一定的研究成果;沈陽(yáng)理工大學(xué)賈春德、姜增輝出版的《車(chē)銑原理》一書(shū)對(duì)車(chē)銑技術(shù)的基礎(chǔ)概念、車(chē)銑運(yùn)動(dòng)學(xué)原理、車(chē)銑工件的表面形成機(jī)理、切屑仿真、理論切削力等方面做了詳細(xì)的介紹;王凡等研究了在正交車(chē)銑加工時(shí)，軸向進(jìn)給量、銑刀與工件轉(zhuǎn)速比以及偏心量等主要切削參數(shù)對(duì)被加工零件表面質(zhì)量的影響，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行了仿真;馬驏對(duì)車(chē)銑加工過(guò)程切削機(jī)理和表面質(zhì)量進(jìn)行了研究，為獲得高表面質(zhì)量的車(chē)銑加工提供了切削參數(shù)借鑒和控制措施;吉林大學(xué)的馬巖研究了非軸對(duì)稱工件車(chē)銑加工的切削力建模與仿真;西安理工大學(xué)的周紅杰對(duì)車(chē)銑復(fù)合加工表面微觀幾何形貌仿真及切削參數(shù)進(jìn)行了分析研究;侯敏對(duì)立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床中并聯(lián)銑削機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究。

我國(guó)在車(chē)銑復(fù)合加工設(shè)備上，經(jīng)過(guò)幾十年的探索實(shí)踐，沈陽(yáng)機(jī)床集團(tuán)和大連機(jī)床集團(tuán)在研究車(chē)銑復(fù)合型加工中心方面取得了較大成績(jī)。大連機(jī)床公司已經(jīng)具備研發(fā)一次裝卡完成所有加工工序的車(chē)銑復(fù)合加工設(shè)備的能力;沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司研發(fā)的HTM63150ly車(chē)銑復(fù)合加工中心，已經(jīng)在國(guó)內(nèi)軍工、航空、航天等制造企業(yè)中得到了應(yīng)用。但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比我國(guó)復(fù)合加工機(jī)床在制造水平和穩(wěn)定可靠工作上還有較大的差距，雖然有的已經(jīng)生產(chǎn)出該類(lèi)產(chǎn)品，但關(guān)鍵部件都是從國(guó)外引進(jìn)，并沒(méi)有真正意義上的國(guó)產(chǎn)化。這種現(xiàn)狀也代表了國(guó)內(nèi)高性能數(shù)控車(chē)銑中心的開(kāi)發(fā)狀態(tài)。

車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)已成為航空復(fù)雜回轉(zhuǎn)件高效加工的發(fā)展方向，在國(guó)際知名公司中都得到大量應(yīng)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(xiàn)代（Hyundai）、斗山（Doosan）、山特維克（Sandvik）、西門(mén)子（Siemens）等等。近年來(lái)，車(chē)銑復(fù)合加工中心在我國(guó)航空制造廠家開(kāi)始大量引進(jìn)，產(chǎn)品型號(hào)以?shī)W地利WFL系列和瑞士寶美公司銑車(chē)復(fù)合加工中心為主。車(chē)銑復(fù)合加工技術(shù)在我國(guó)由于應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，與產(chǎn)品工藝特點(diǎn)和設(shè)備工藝特性相適應(yīng)的加工工藝、編程手段和后置處理等技術(shù)還十分薄弱，我國(guó)引進(jìn)的車(chē)銑復(fù)合加工設(shè)備基本上處于相對(duì)較低的運(yùn)行水平，處于重設(shè)備輕工藝的狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王文理等.新型復(fù)雜航空結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工技術(shù)[J].航空制造技術(shù)，2012，9：34～37

（1.沈陽(yáng)沈飛民品工業(yè)有限公司;2.空軍裝備部駐沈陽(yáng)地區(qū)軍事代表局駐沈陽(yáng)地區(qū)第一軍事代表室）