高效加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用

黃俊華 何 晉 肖賀華

（中國(guó)航發(fā)南方工業(yè)有限公司，湖南 株洲 412002）

1 如何選擇高性能機(jī)床工具

當(dāng)前我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)械加工設(shè)備主要是利用高性能的數(shù)控機(jī)床，隨著復(fù)合化數(shù)控加工需要的提升，加工仿真開始從運(yùn)動(dòng)仿真發(fā)展為物理仿真，其中高性能數(shù)控裝備和加工工藝以及切削數(shù)據(jù)庫(kù)的有效結(jié)合，是提升高效加工的有力保障。航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，要求加工機(jī)床具有良好的柔性，能夠適應(yīng)不同種類零件的加工以及復(fù)合加工、自動(dòng)化加工條件。對(duì)于刀具的選擇來說，不僅要考慮到典型刀具材料，同時(shí)也要兼顧新型刀具材料，重點(diǎn)研究新型刀具和材料的切削性能，為保證切削加工生產(chǎn)效率提供條件。切削加工期間關(guān)鍵在于對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)處理，把選擇刀具相關(guān)參數(shù)采集后錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。目前，新型切削車刀在復(fù)雜零件表面加工中優(yōu)勢(shì)顯著，是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的關(guān)鍵技術(shù)。

2 高效加工技術(shù)的研究現(xiàn)狀

目前光飾機(jī)、模塊以及光試劑是光飾加工的三個(gè)關(guān)鍵要素影響，光飾加工效率的主要因素在于同體垂直振幅以及震動(dòng)頻率，如果震動(dòng)頻率越高，垂直振幅越大，那么磨削的效率也會(huì)越高，沖擊荷載能力越來越強(qiáng)。目前，適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件的光試機(jī)主要包括離心式、嵌入式、拖動(dòng)式、滾筒式幾種類型，而高能旋轉(zhuǎn)流盤式光飾機(jī)的應(yīng)用價(jià)值更高，主要體現(xiàn)為零件和模塊都可以均勻的在環(huán)形槽內(nèi)混合，不僅圍繞環(huán)形槽的中心圓柱進(jìn)行公轉(zhuǎn)，同時(shí)在環(huán)形槽內(nèi)還會(huì)進(jìn)行螺旋運(yùn)動(dòng)，可以大批量地生產(chǎn)表面光整的零件，適用于熱處理后滾動(dòng)體、光亮外表制作。利用高速旋轉(zhuǎn)式光飾加工，要保證模塊總質(zhì)量大于被加工零件的總重量，要求轉(zhuǎn)速不得過快，否則模塊會(huì)由于碰撞力較大而破碎。對(duì)于盤類零件光是加工來說，表面的應(yīng)力狀態(tài)以及表面孔邊緣的粗糙度都會(huì)影響零件疲勞強(qiáng)度，主要的工藝方法為在機(jī)械加工的前提下采用手工拋修的方式，以此降低表面粗糙度。對(duì)于葉片類零件的光飾加工來說，可以在高能旋流盤式光飾機(jī)中放置多個(gè)葉片同時(shí)加工，進(jìn)而有效改善葉片表面的殘余應(yīng)力。

3 如何優(yōu)化數(shù)控加工銑削參數(shù)

高性能的數(shù)控設(shè)備通常不配備特定零件加工工藝數(shù)據(jù)，當(dāng)前需要開展試驗(yàn)和相關(guān)研究加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析，目前高速切削技術(shù)，切削參數(shù)優(yōu)化技術(shù)在難加工材料中取得了巨大突破，把這些研究成果和實(shí)際應(yīng)用需要建立數(shù)字化的加工工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，比如切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)和刀具優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，其中切削參數(shù)優(yōu)化可以利用仿真手段預(yù)測(cè)切削力、切削振動(dòng)切削變形和相關(guān)物理現(xiàn)象，有利于確定最優(yōu)化切削參數(shù)。

4 如何優(yōu)化數(shù)控程序

為了實(shí)現(xiàn)刀具壽命的自動(dòng)化管理，在數(shù)控加工期間需要對(duì)數(shù)控程序優(yōu)化，目前在航空發(fā)動(dòng)機(jī)和關(guān)鍵零部件加工中的刀具使用一定時(shí)間或次數(shù)后進(jìn)行更換，否則被加工零件的廢品率就會(huì)提升，所以刀具壽命管理具有重要意義，在現(xiàn)場(chǎng)加工期間借助切削試驗(yàn)可以分析單個(gè)零件刀具的消耗情況，提升切削加工的穩(wěn)定性。目前固化走刀路線、固化切削參數(shù)、固化工裝夾具都可以達(dá)到這一目標(biāo)，同時(shí)還可以讓零件表面完整性提升。在數(shù)控程序優(yōu)化過程中，利用宏程序可以對(duì)數(shù)控刀床的刀具實(shí)現(xiàn)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)壽命管理，同時(shí)還具有報(bào)警功能，避免由于人為干預(yù)導(dǎo)致的測(cè)量誤差。此外，優(yōu)化數(shù)控程序還可以降低成本。

5 如何完善高效加工工藝

首先要打造典型零件加工工藝模式，滿足柔性制造的需要，目前在銑車復(fù)合加工中，割床和銑削工序的合并顯著的提升了加工效率，通過有效的措施可以避免零件變形，還可以簡(jiǎn)化程序，在鉆孔加工環(huán)節(jié)利用鉆孔循環(huán)程序同樣可以起到簡(jiǎn)化程序結(jié)構(gòu)的作用。在這一過程中，利用在線測(cè)量的方法也能提升檢測(cè)效率，孔加工借助鉆孔循環(huán)和刀尖跟蹤等功能，也讓程序結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，對(duì)于銑削加工，利用在線測(cè)量、無(wú)余量銑削等新技術(shù)可以讓航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣形面、加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、整體葉盤等相關(guān)零件實(shí)現(xiàn)高效加工。此外，利用自動(dòng)循環(huán)程序控制和在線測(cè)量等方法，也減少了人為干預(yù)，有利于保證加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

其次，對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片，盤軸機(jī)匣等關(guān)鍵零件來說，加工設(shè)備的利用可以分析零件的具體情況，選取對(duì)應(yīng)的加工裝備，進(jìn)而系統(tǒng)進(jìn)行工藝研究，比如銑加工零件時(shí)，在合并工序后就可以減少切刀痕，讓零件表面完整性得到提升。在優(yōu)化切削參數(shù)后可以有效解決半精銑刀具切削深、受力大、改進(jìn)速度、磨損刀具等問題，實(shí)現(xiàn)高進(jìn)給、小深切、高轉(zhuǎn)速。同時(shí)還可以選用大直徑銑刀解決銑槽震動(dòng)大、懸伸大和容易打刀的問題。

6 特種加工技術(shù)

在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，高溫合金等材料以及薄壁結(jié)構(gòu)零件的利用，對(duì)加工工藝提出了很高要求，通過特種加工技術(shù)的有效利用，可以解決刀具加工周期長(zhǎng)和磨損快的問題，比如利用線性摩擦焊接技術(shù)可以在整體焊接葉盤，在高溫合金整體構(gòu)件出粗加工中利用多軸數(shù)控電火花銑削技術(shù)，都可以達(dá)到良好的加工效果。此外，當(dāng)前振動(dòng)光、激光加工、超高壓水切削先進(jìn)工藝也在不同程度的利用，相較于傳統(tǒng)加工設(shè)備目前的改進(jìn)工藝已經(jīng)成為提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)加工效率的重要手段。

插銑加工工藝是一種利用常規(guī)數(shù)控加工設(shè)備改變走刀路線的工藝方法，方法下刀具沿主軸方向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，借助底部切削刃組合切削，相較于傳統(tǒng)的端面銑削法，在切槽加工刀具、懸伸較大的場(chǎng)合都體現(xiàn)出了極高的加工效率。