摘要：车铣复合加工技术是一种先进的机械加工技术，融现代控制技术、精密测量技术应用技术于一体，将过去的传统机械设计和精密制造技术进行优化提升。航空发动机铝镁合金机匣类零件具有结构复杂、加工余量大、切削温度不能过高和加工工艺性差的特点,通过车铣复合加工技术能有效解决铝镁合金机匣类复杂零件加工难题。本文对车铣复合加工方法在铝镁合金机匣中的应用进行了分析探讨。
关键词：车铣复合加工；方法；铝镁合金机匣；应用
引言
车铣复合加工技术融现代控制技术、精密测量技术于一体，将过去的传统机械设计和精密制造技术进行优化提升。
1高性能飞机发动机机匣加工特点概述
1.1高性能飞机发动机机匣加工特点。航空制造技术的飞速发展大大提升了飞机发动机的灵敏性和可靠性，高性能飞机发动机采用的铝镁合金复杂结构使发动机零部件质量大大降低，发动机推重比提高，但也增加了加工的难度。相应增加。航空发动机铝镁合金机匣类零件具有结构复杂、加工余量大、切削温度不能过高的特点,其需要五轴联动铣削加工、内腔表面及前后安装边需要借助数控车削加工，前后安装边定位孔、连接孔需要进行钻、扩、镗、铰、铣加工，加工环节多，加工工艺性差，极易引起变形现象，同时造成后续加工工序装夹、找正困难，机匣的加工质量和效率降低。随着数控机床加工技术的不断发展，趋于多功能和复合加工的技术，实现了机匣件多工序的复合加工，避免了铝镁合金机匣加工过程中二次装夹和找正造成的误差，使加工的自动化程度大大提升。
1.2铣车复合加工技术的发展。近些年铣车复合加工技术在国外航空发动机机匣加工领域得到了广泛的应用，生产效率大大提高，工艺流程和加工周期大大减少，降低了不同设备等待和撞车几率，铣、车、钻孔高效一致，提供了加工的质量，降低了刀具成本。当前国内还没有自行研制出五坐标铣车复合加工设备和铣车复合加工技术，使用的是进口的五坐标铣车复合加工中心。本文以德马吉五坐标铣车复合加工中心和铝镁合金机匣为载体，介绍了铣车复合加工技术在航空发动机机匣加工中的应用。德马吉五坐标铣车复合加工中心具有钻、镗、铣、车等功能，配置的刀库有40刀位，不仅具有自动换刀加工的功能，而且具有红外检测和在线测量功能。
2整体环形铝镁合金机匣加工工艺分析
2.1零件结构。外机匣属于整体铝镁合金环形机匣，是飞机发动机高压压气机壳体的重要构成部分，内表面的回转体采用车加工技术，外表面不等均布的凸台岛屿采用铣加工技术完成。安装边和径向孔分布在机匣前后和径向表面，结构特点符合铣车复合加工技术要求。
2.2零件材料。通常零件材料设计强度能按照工艺热处理要求进行调整，比如选择奥氏体不锈钢，其耐热性和抗腐蚀性要优于一般的不锈钢。
2.3加工难点。典型的整体环形铝镁合金机匣一般外机匣的最小壁厚为1毫米，端面孔相对于端面及止口的位置度为φ0.03毫米，加工难点在于如何保证设计图要求的精度和位置度，一旦零件加工后发生变形，零件端面及止口变形大于0.015毫米，可以通过二次装夹找正加工定位孔位置度。
3整体环形机匣铣车复合加工方案
3.1总体方案。因为机匣壁厚薄，并且是典型的整体环形机匣，车加工必然产生不同幅度的变形。一般机匣件车加工完成后在加工前后安装边及径向安装座孔，会导致零件二次装夹找正误差，从而影响精密定位孔加工位置度，加工质量难以得到有效保证。铣车复合技术本着“一次装夹，高效加工，完成零件所有表面及孔加工”的理念，通过1台机床实现1个零件的内表面车加工和外表面铣加工和零件表面孔加工，确保零件的高精度装配。要按照铝镁合金环形机匣结构特点和技术要求，制定外机匣铣车复合加工的方案，通过一道工序、一次装夹找正完成端面孔与端面基准及止口表面的加工，防止二次装夹找正带来的误差，提高加工的效率和质量。
3.2铣车复合加工工艺编制原则。铣车加工工艺要坚持在一次装夹下完成零件多个方向工位加工的原则，来制定铣车复合工艺的路线，粗加工要在数控立车上加工，不能在铣车设备上加工，除粗加工以外的工序在铣车加工中心进行，实现零件的粗铣、半精加工和精加工。
4实施过程
4.1选择铣车复合加工设备。外机匣加工设备选用德马吉五坐标铣车复合加工机床，加工的精度和可靠性较强，并且能借助计算机系统，能有效的传输数控加工程序、各种工艺参数和机床状态信息，加工高温合金、钛合金等加工难度较高的材料，并且在一次装夹下实现铣、车、钻、扩、铰、镗等各种加工工序和环节，实现航空零件上的精密定位孔和外表面的半精加工和精加工。同时该设备配备的功能软件具有强大的铣加工功能，实现车、铣加工在线仿真操作。
4.2铣车工艺夹具设计。工装夹具在铣车复合加工中起着一次装夹完成加工的作用，不然多次装夹会大大降低加工效率。铣车复合加工通常车削加工工件的内表面，采用车削和镗铣加工处理外表面，采用钻、镗、铰加工方式处置端面或径向孔，所以铣车复合加工要借助夹具对内外进行定位和夹紧，不仅牢固稳定而且便于拆卸。外机匣铣车复合加工夹具采用内外压板结构倒压板的形式（如图1铣车复合夹具三维图），从而完成内外型面的一次装夹、车铣复合一体化加工。
图1铣车复合夹具三维图
4.3选择铣车复合加工刀具。德马吉五坐标铣车复合加工中心的ATC刀库配置了40把刀位，并能进行自动换刀操作，德马吉五坐标铣车复合加工中心主轴头具有旋转功能，能通过车刀方位的改变，一把刀就能完成内外表面不同位置的加工，刀具数量和成本大大降低。
4.4编制铣车复合程序。铣车复合加工中心加工模式包括铣加工和车加工两种，五轴联动铣加工程序编制时，五轴加工刀尖跟踪功能、数控加工路径前瞻功能和加工轴同步协调功能要进行激活，实现机床车、铣、钻、镗、攻丝等多种方式、多工序合并加工。数控车加工程序编制时，要使用德马吉五坐标加工中心的平衡功能，在合适的配重位置根据系统提示的重量配置合适的配重块，使车削系统达到最佳平衡。总之，车铣复合加工要保证足够的整体刚性，去除余量不均匀部位，确保铣、车余量一致。根据零件的结构和刚性，科学的选择铣加工或车加工方式，保证合理的壁厚。当加工完成所有尺寸后，根据基准面测量结果进行修复。
4.5在线测量铣车复合加工。德马吉五坐标铣车复合加工中心设置的红外线接收装置具有在线测量功能，外机匣铣车复合加工中通过在线测量功能，能实现零件自动找正、在线测量、铣车复合一体化加工（如图2所示）。
图2：在线测量、铣车复合一体化加工
4.6铣车复合程序的仿真与验证。通过仿真软件分析数控程序，及时发现加工中存在的过切、残留问题，有效防止设备间的干涉和碰撞现象，并对数控加工程序的科学和合理性进行验证，通过外机匣铣车复合加工程序虚拟仿真，确保程序的正确性。
5结论
铣车复合加工技术在航空铝镁合金机匣加工中的应用，通过在线测量、车铣复合、虚拟仿真等技术，提高了加工效率和加工过程的可靠性，降低了加工成本，保证了加工质量。
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论文作者:赵在柱,王小伟,杨靓
论文发表刊物:《电力设备》2018年第19期
论文发表时间:2018/10/14
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