隨著新一代飛機(jī)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能要求的不斷提高，國(guó)外有關(guān)資料介紹第五代飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)推重比將達(dá)到15~20，渦輪前溫度超過(guò)1700℃以上，高性能發(fā)動(dòng)機(jī)大量采用了復(fù)雜整體薄壁結(jié)構(gòu)、難加工材料，如整體葉盤、化學(xué)銑結(jié)構(gòu)的機(jī)匣、盤軸一體化轉(zhuǎn)子、單晶定向葉片、鈦鋁合金及陶瓷基復(fù)合材料等。航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜整體薄壁結(jié)構(gòu)、難加工材料零件加工成為發(fā)動(dòng)機(jī)制造的關(guān)鍵所在，采用傳統(tǒng)的單一加工方法已經(jīng)難以解決航空發(fā)動(dòng)機(jī)復(fù)雜機(jī)匣、整體葉盤、整體葉環(huán)和盤軸一體化結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件的加工難題。航空難加工材料的廣泛應(yīng)用給傳統(tǒng)的加工方法帶來(lái)了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的去除材料機(jī)械加工方法難以滿足工藝要求，特種加工方法、復(fù)合加工技術(shù)在航空難加工材料加工中起了重要作用。復(fù)合加工技術(shù)不再局限于冷熱加工方法的劃分、去除材料方式的加工，而是綜合利用多種能量，如機(jī)械能、熱能、電能和化學(xué)能等，實(shí)現(xiàn)難加工脆硬材料的高精度、高效率加工。現(xiàn)代化裝備制造業(yè)的發(fā)展，使得大量多功能、復(fù)合加工機(jī)床在各行業(yè)廣泛應(yīng)用，鏜銑、車銑加工中心實(shí)現(xiàn)了多工序的復(fù)合，大幅提高了加工效率和自動(dòng)化加工水平，實(shí)現(xiàn)了航空發(fā)動(dòng)機(jī)典型零件高效、精密、柔性化、自動(dòng)化加工。

復(fù)合加工技術(shù)的內(nèi)涵

　　1復(fù)合加工技術(shù)的定義

　　復(fù)合加工技術(shù)是將多種加工方法融合在一起，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，互為補(bǔ)充，同時(shí)在加工過(guò)程起作用，能夠在一道工序內(nèi)、使用1 臺(tái)多功能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)多種加工方法的集成加工。一方面，基于電場(chǎng)控制、溶解與切削相結(jié)合的復(fù)合加工技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效光整、高效精密模具成形加工或光整及精密模具成形的一體化加工。另一方面，復(fù)合加工技術(shù)依托強(qiáng)大的設(shè)備功能，將多種加工工序合并在一起，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)不同機(jī)械加工方法的復(fù)合加工，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械加工方法與特種加工方法的復(fù)合加工。復(fù)合加工技術(shù)包括電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工技術(shù)，化學(xué)機(jī)械加工技術(shù)，超聲放電復(fù)合加工技術(shù)，時(shí)變場(chǎng)控制、磁場(chǎng)輔助的電化學(xué)及電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工技術(shù)，時(shí)變場(chǎng)控制的電解在線修整砂輪磨削加工技術(shù)，時(shí)變場(chǎng)控制電化學(xué)及磁粒研磨的復(fù)合加工技術(shù)等。

　　2復(fù)合加工技術(shù)的種類

　?。?）傳統(tǒng)機(jī)械加工方法的復(fù)合加工。

　　·鉆、鏜、銑復(fù)合加工。

　　鏜銑復(fù)合加工中心是集鉆、鏜、鉸、攻絲和銑加工功能為一體的高精度、多功能加工中心，不僅具有坐標(biāo)鏜的高精度，而且具備較高的剛性和主軸轉(zhuǎn)速，能夠?qū)崿F(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣類零件外型銑削和定位孔的鉆鏜復(fù)合加工。

　　·臥式車銑復(fù)合加工。

　　車銑復(fù)合加工中心是集車削和鏜銑加工為一體多功能復(fù)合加工中心，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)不僅具有車加工需要的高轉(zhuǎn)速、高扭矩，而且具備銑加工要求的高精度分度功能，配備剛性銑頭，能夠安裝車刀、銑刀、鏜刀和測(cè)頭的多種工具，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)換刀車銑復(fù)合加工。車銑復(fù)合加工中心以車加工為主，在進(jìn)行零件主要型面車加工的同時(shí)，輔助完成定位孔、安裝孔、鍵槽和凸臺(tái)的鏜銑加工，實(shí)現(xiàn)工序集中、保持較好的加工一致性，有利于提高加工效率，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化。

　　·立式銑車復(fù)合加工。

　　銑車復(fù)合加工中心是以銑加工功能為主的銑、車一體結(jié)構(gòu)的復(fù)合加工中心，該設(shè)備采用高速直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)，具有較高的主軸剛性和轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)具有較高的定位精度，并且具備大扭矩和高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，不僅能進(jìn)行航空難切削材料高速、高效銑削加工，而且能夠進(jìn)行內(nèi)、外圓車加工，適合航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣等零件銑車復(fù)合集約式加工。

　?。?）特種加工方法的復(fù)合加工。

　　·電火花銑復(fù)合加工。

　　電火花銑是在電火花放電產(chǎn)生的高能熱的基礎(chǔ)上，采用銑削加工刀具運(yùn)動(dòng)方式，以去除材料為目的加工方法。電火花銑加工工具是管狀電極，電極高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行直線或圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜曲面仿型加工。與傳統(tǒng)銑加工相比，電火花銑沒(méi)有切削力，適合薄壁零件加工；沒(méi)有刀具消耗，電極損耗費(fèi)用比刀具消耗費(fèi)用小得多，節(jié)約大量刀具費(fèi)用；電火花銑機(jī)床與加工中心設(shè)備費(fèi)用相差很多，使用電火花銑會(huì)大幅降低加工成本。

　　·電火花磨復(fù)合加工。

　　電火花磨削實(shí)質(zhì)上是運(yùn)用磨削加工的形式進(jìn)行電火花加工，工具電極和工件各自作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使工具電極與工件有相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。電極局部放電，徑向進(jìn)給實(shí)現(xiàn)磨削方式的加工，電極損耗可以通過(guò)進(jìn)給予以補(bǔ)償。對(duì)放電間隙進(jìn)行伺服控制，保持加工間隙。如REDM-100型電火花磨床，主軸頭沿垂直方向或水平方向作單軸伺服進(jìn)給，而工件安裝在水平工作臺(tái)上作定速旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)電火花磨削加工。

　　·化學(xué)銑復(fù)合加工。

　　化學(xué)銑是將金屬坯料浸沒(méi)在化學(xué)腐蝕溶液中，利用溶液的腐蝕作用去除表面金屬的工藝方法[1]?；瘜W(xué)銑切已經(jīng)成為現(xiàn)代航空航天工業(yè)中廣泛應(yīng)用的一種特種加工工藝?；瘜W(xué)銑切工藝過(guò)程是：將金屬零件清洗除油，在表面上涂覆能夠抵抗腐蝕溶液作用的可剝性保護(hù)涂料，經(jīng)室溫或高溫固化后進(jìn)行刻形，然后將涂覆于需要銑切加工部位的保護(hù)涂料剝離。

　　（3）傳統(tǒng)加工方法與特種加工方法的復(fù)合加工。

　　·化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工。

　　化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工是指化學(xué)加工方法與機(jī)械加工方法的綜合，利用化學(xué)腐蝕機(jī)理，結(jié)合機(jī)械振動(dòng)、磨削、銑削等機(jī)械加工方法，實(shí)現(xiàn)脆硬難加工材料、薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件，高效、高精度加工。包括：化學(xué)銑、化學(xué)機(jī)械振動(dòng)拋光等。

　　·加熱輔助切削復(fù)合加工。

　　加熱輔助切削是通過(guò)對(duì)加工零件表面局部瞬間加熱，改變零件加工部位局部表層材料物理、力學(xué)性能，降低加工表面機(jī)械強(qiáng)度、表層硬度，改善零件加工性能，降低刀具磨損，延長(zhǎng)刀具使用壽命，提高加工效率，保證加工質(zhì)量[2]。

　　·超聲振動(dòng)輔助切削復(fù)合加工。

　　超聲振動(dòng)輔助切削復(fù)合加工是難加工材料、細(xì)長(zhǎng)孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件加工的一種有效加工方法，其機(jī)理是加工刀具或工具以適當(dāng)?shù)姆较颉⒁欢ǖ念l率和振幅振動(dòng)，以脈沖式進(jìn)給方式切削零件，從而改善加工工況及斷屑條件，通過(guò)連續(xù)有規(guī)律的脈沖切削減少切削力、降低切削變形、消除加工自激振動(dòng)，達(dá)到提高加工精度，延長(zhǎng)刀具使用壽命的目的。

　　3復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用范圍

　　復(fù)合加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件加工領(lǐng)域主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：（1）難加工脆硬材料和復(fù)雜薄壁弱剛性結(jié)構(gòu)零件加工，如：陶瓷基復(fù)合材料、超硬合金材料、蜂窩結(jié)構(gòu)薄壁零件、化學(xué)銑結(jié)構(gòu)機(jī)匣等零件；（2）多工序集成、自動(dòng)化加工，航空發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、整體葉盤等零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工特征多、加工余量大，高壓壓氣機(jī)前機(jī)匣有數(shù)百個(gè)葉片安裝孔，采用普通的鉆、擴(kuò)、鏜、鉸分工步加工方法，存在加工效率低、一致性差等問(wèn)題?？梢圆捎脧?fù)合刀具實(shí)現(xiàn)鉆、擴(kuò)、鏜、鉸多工步復(fù)合加工，節(jié)省安裝調(diào)試刀具等輔助加工時(shí)間，能夠提高加工效率，提高加工自動(dòng)化程度。

復(fù)合加工技術(shù)在航空復(fù)雜零件加工中的應(yīng)用

　　1 車銑復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸類及盤軸一體化零件有許多鍵槽、孔、花邊等加工特征，不僅需要車加工，而且還需要鏜銑加工，傳統(tǒng)的加工方法采用車加工和鏜銑加工分工序獨(dú)立完成，存在二次裝夾找正定位誤差，影響加工精度和效率，車銑復(fù)合加工如圖1所示。

圖1 盤軸一體結(jié)構(gòu)零件車銑復(fù)合加工

　?。?）傳統(tǒng)加工工藝路線。

　　毛料圖表→修前端基準(zhǔn)→粗車后端→粗車前端→超聲波檢查→半精車后端→半精前車端→熱處理→修前端基準(zhǔn)→細(xì)車后端→細(xì)車前端→清洗→腐蝕檢查→清洗→精車后端→精車前端→鏜后端孔并銑鍵槽→鏜徑向孔并銑鍵槽→中間檢驗(yàn)→噴丸強(qiáng)化→噴涂→車磨涂層→平衡→最終檢驗(yàn)。

　?。?）車銑復(fù)合加工工藝路線。

　　毛料圖表→修前端基準(zhǔn)→粗車后端→粗車前端→超聲波檢查→半精車后端→半精車前端→熱處理→修前端基準(zhǔn)→細(xì)車后端→細(xì)車前端→清洗→腐蝕檢查→清洗→精車后端并鏜孔→精車前端并鏜孔→中間檢驗(yàn)→噴丸強(qiáng)化→噴涂→車磨涂層→平衡→最終檢驗(yàn)。

　?。?）車銑復(fù)合加工的優(yōu)勢(shì)。

　　與傳統(tǒng)加工方法相比，車銑復(fù)合加工工藝工序更為集中，加工自動(dòng)化程度更高，減少工序間周轉(zhuǎn)時(shí)間，降低了重復(fù)裝夾找正時(shí)間，提高了加工效率，同時(shí)避免了重復(fù)裝夾定位的精度誤差，有利于保證加工精度。

　　2銑車復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用

　　銑車復(fù)合加工技術(shù)常用于機(jī)匣等大型薄壁殼體類零件（如圖2所示），該類零件因尺寸大、壁厚薄，車加工后零件容易產(chǎn)生變形，通常機(jī)匣外型銑加工和孔加工安排在車加工后進(jìn)行，但是因薄壁機(jī)匣變形，二次裝夾、找正極為困難，采用內(nèi)漲夾具，效果也不理想，并且存在加工成本高、加工效率低、加工質(zhì)量難保證等問(wèn)題。

圖2 銑車復(fù)合加工機(jī)匣

　　在薄壁機(jī)匣加工中，采用立式銑車復(fù)合加工中心設(shè)備，將薄壁機(jī)匣內(nèi)型車削加工、外型銑削加工、導(dǎo)向葉片安裝孔、探視孔和安裝邊定位連接孔鉆、擴(kuò)、鏜、鉸，多種加工工序合并在一道加工工序，實(shí)現(xiàn)車、銑、鉆鏜復(fù)合加工，能夠達(dá)到節(jié)省刀具、夾具，提高加工效率，保證加工質(zhì)量等目的。具有如下優(yōu)點(diǎn)：

　?。?）采用銑車復(fù)合加工方法合并加工工序，縮短工藝路線，提高加工效率。
　　（2）將機(jī)匣內(nèi)腔車加工、外型銑加工和孔加工合并為一道加工工序，能夠節(jié)省2套夾具。
　?。?）消除二次裝夾、找正誤差，有利于保證機(jī)匣壁厚尺寸和孔位置度合格。
　?。?）在機(jī)匣內(nèi)腔車削加工中，利用五軸加工刀具擺動(dòng)功能，實(shí)現(xiàn)一把刀加工多表面，消除接刀痕跡，提高表面質(zhì)量，節(jié)省專用刀具，降低刀具消耗。
　?。?）將機(jī)匣內(nèi)腔車加工、外型銑加工和孔加工合并為一道加工工序，減少了裝夾、找正等輔助加工時(shí)間和人工干預(yù)程度，有利于通過(guò)數(shù)控程序控制，提高加工過(guò)程自動(dòng)化水平。

3電火花銑復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用

　　電火花銑常用于機(jī)匣、整體葉盤類零件粗加工，零件特點(diǎn)是毛坯余量大、材料難加工，采用數(shù)控銑加工加工周期長(zhǎng)、刀具消耗大。采用電火花銑加工方法，能夠節(jié)省較高的刀具費(fèi)用，并且因電火花銑加工幾乎沒(méi)有切削力，不需要復(fù)雜的夾具支撐，通常結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、凸臺(tái)較少的機(jī)匣更適合電火花銑加工，如圖3所示。

圖3 電火花銑復(fù)合加工機(jī)匣

　　電火花銑加工路線與數(shù)控銑有較大的差別，編制機(jī)匣電火花銑加工程序需注意銅管電極端部放電造成零件根部過(guò)切，通常在零件根部和拐角處留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；在電火花銑加工中，電極的損耗是必須考慮的事情，需要及時(shí)進(jìn)行電極補(bǔ)償，否則會(huì)造成加工余量不均等問(wèn)題；電火花銑參數(shù)設(shè)置是電火花銑加工工藝的關(guān)鍵，合理的設(shè)置電火花銑參數(shù)能夠保證加工質(zhì)量、減少電極消耗，通常需要針對(duì)不同材料進(jìn)行充分的試驗(yàn)，才能合理設(shè)置電火花銑工藝參數(shù)。

圖4 化學(xué)銑結(jié)構(gòu)零件特征

　　4化學(xué)銑加工技術(shù)的應(yīng)用

　　化學(xué)銑復(fù)合加工技術(shù)常用于薄壁、帶有多重筋肋的弱剛性機(jī)匣等結(jié)構(gòu)件加工。化學(xué)銑結(jié)構(gòu)零件特征見圖4，該類零件壁薄、易變形，材料去除量大，加工周期長(zhǎng)，刀具消耗大。采用化學(xué)銑加工方法，涂覆抗腐蝕可剝落涂料，將零件非加工表面保護(hù)起來(lái)，利用化學(xué)腐蝕液去除零件材料?；瘜W(xué)銑的優(yōu)點(diǎn)是一次加工面積大，加工效率高；化學(xué)銑加工幾乎沒(méi)有加工應(yīng)力，加工變形??；化學(xué)銑加工不需要加工刀具，節(jié)省大量刀具費(fèi)用；化學(xué)銑設(shè)備小時(shí)費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于五坐標(biāo)加工中心，能夠節(jié)省大量工時(shí)費(fèi)用。一般而言，采用銑削、磨削等機(jī)械加工方法，加工切削力大，被加工表面易產(chǎn)生變質(zhì)層，影響零件的表面質(zhì)量；相比之下，化學(xué)銑加工效率高，不存在工具損耗且無(wú)切削力，被加工零件表面質(zhì)量好。

　　5電火花磨復(fù)合加工技術(shù)的應(yīng)用

　　導(dǎo)向器組件都是大尺寸的薄壁件，剛性很差，其蜂窩內(nèi)表面的粗糙度和尺寸要求較高。采用車削和磨削加工，加工表面的蜂窩孔壁翻卷，產(chǎn)生大量毛刺，將孔眼堵塞難以清除，不能滿足零件表面的要求，針對(duì)蜂窩件結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)采用電火花磨削和電解磨加工工藝最適宜[3]。

　　導(dǎo)向器蜂窩件待加工面為大直徑孔或階梯孔，加工余量小于3mm，且沿圓周各處加工余量分布不均勻，有時(shí)相差較大，在徑向進(jìn)給電火花磨削加工時(shí)零件作自主轉(zhuǎn)動(dòng)，電極沿零件作全孔深徑向進(jìn)給。加工時(shí)，電極與零件間的放電間隙通過(guò)伺服控制保持相對(duì)穩(wěn)定，這種方式類似仿形車、磨加工，在加工中仿照被加工孔原有的形狀，作徑向跟蹤仿形擴(kuò)大加工。

　　6 電火花打孔加工技術(shù)的應(yīng)用

　　航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室火焰筒類零件帶有許多氣膜孔，多達(dá)數(shù)百上千個(gè)，并且都是直徑1mm左右的微小孔，采用傳統(tǒng)機(jī)械加工方法很難加工?；鹧嫱矁?nèi)壁為薄壁易變形機(jī)匣零件，屬于航空發(fā)動(dòng)機(jī)高溫部件，采用高溫合金材料，零件最大外徑φ為740.7mm，高為92mm, 最小壁厚為1~0.25mm，零件分布?xì)饽た诪榭臻g斜孔，包括：532處φ1+0.1mm、196處φ1.1+0.1mm、336處φ 1.2+0.1mm的空間孔。采用機(jī)械加工的方法加工孔徑在φ2mm以下的小孔時(shí)，加工過(guò)程中鉆頭容易斷裂，很難保證技術(shù)要求，特別是在機(jī)匣斜壁處鉆孔，由于切削力的作用，鉆頭往往偏離實(shí)際加工位置。采用電火花設(shè)備加工孔，加工直徑最小達(dá)到0.3mm，而且可以采用多軸同時(shí)加工，大幅度提高加工效率。

　　復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新產(chǎn)品、新材料不斷推出，為適應(yīng)新型復(fù)雜結(jié)構(gòu)、難加工材料加工的需求，現(xiàn)代加工技術(shù)已經(jīng)不是單一的學(xué)科技術(shù)，現(xiàn)代加工技術(shù)逐漸趨向于多元化、多功能、自動(dòng)化、柔性化方向發(fā)展。綠色環(huán)保是現(xiàn)代加工技術(shù)的基本要求，現(xiàn)代加工技術(shù)更關(guān)注于加工精度、加工效率、加工質(zhì)量和加工成本。而實(shí)現(xiàn)高精度、高效率、低成本的途徑就是多種加工技術(shù)綜合和集成，現(xiàn)代許多先進(jìn)加工技術(shù)是多學(xué)科、不同加工方法復(fù)合的結(jié)果，包括：傳統(tǒng)加工技術(shù)中不同加工方法的復(fù)合、機(jī)械加工與電加工的復(fù)合、化學(xué)加工與電加工的復(fù)合等。復(fù)合加工技術(shù)已經(jīng)成為解決航空難加工材料、復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)零件加工，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程自動(dòng)化，提高加工效率的重要途徑。航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)被稱為制造技術(shù)的明珠，航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件加工中采用了大量復(fù)合加工技術(shù)，復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展不斷追求高精度、高效率、低成本的目標(biāo)，復(fù)合加工技術(shù)不再局限于特種加工技術(shù)的復(fù)合，已經(jīng)發(fā)展到不同種類加工技術(shù)的復(fù)合，復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：趨向于多元化和多樣性、精密加工和超精密加工、多功能和自動(dòng)化方向發(fā)展、綠色和環(huán)保方向發(fā)展、多學(xué)科技術(shù)方向發(fā)展，冷熱結(jié)合、去除材料和增加材料相結(jié)合、多工序復(fù)合加工是復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

結(jié)束語(yǔ)

　　復(fù)合加工技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，解決了復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件、難加工材料加工難題，如：采用振動(dòng)鉆孔、振動(dòng)攻絲解決了細(xì)長(zhǎng)孔加工難題，采用振動(dòng)光飾解決葉片表面拋光難題；采用鏜銑、車銑復(fù)合多功能加工中心實(shí)現(xiàn)了多工序集中復(fù)合加工，減少了工序周轉(zhuǎn)和輔助加工時(shí)間，減少了人為干預(yù)，提高了自動(dòng)化加工水平，為加工過(guò)程全程序化控制奠定了基礎(chǔ)，保證了零件加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性。