陈征 刘峻宇 张月

摘  要：随着“中国制造2025”和“德国工业4.0”的提出，先进制造技术发展进入快车道，车铣复合加工技术在航空制造中所占比例逐年增加。该文通过和传统加工工艺对比，介绍车铣复合技术的先进性和创新性，以航空发动机风扇转子单元体中的风扇轴颈为载体，制定合理的工艺流程，优化工艺参数，提高加工效率，为复杂高精度零件的先进加工技术提供参考。

关键词：车铣复合;制造技术;加工工艺;工艺参数

中图分类号：TH162      文献标志码：A

1 车铣复合技术特点简介

车铣复合技术是在传统加工技术上发展而来的智能化加工技术，是加工领域目前比较流行和前沿的加工方式之一。车铣复合加工中心集车床和铣床的功能于一体，能够在一台设备上完成不同工序或不同加工方法，在形状复杂，精度要求高的零件中更具加工优势。

与传统加工工艺相比，车铣复合加工技术具有以下优势：

（1）减少零件工序间周转时间：传统工艺中，零件需在车床—铣床间反复周转，每次周转后均需在机床前排队等待加工，造成大量时间浪费，无形中增加零件研制周期，而车铣复合加工中心就可以解决此类问题，车削和铣削能够安排在同一道工序加工，从而消除零件工序间周转时间。

（2）降低加工成本：航空零部件制造精度要求高，每道机加工序几乎均需要制造专用夹具用于装夹零件，专用夹具制造成本高。车铣复合加工中心可以减少使用昂贵而复杂的夹具，尤其是新品研制阶段，大大降低研制费用。

（3）提高零件加工质量和效率：传统工艺中，零件需在不同机床上反复装夹拆卸，加工误差累积得越来越大，而车铣复合加工中心就可通过一次装夹，加工出零件的车铣所有特征，装夹次数的减少可避免由于零件定位基准改变造成的累积误差，同时也减少了工序准备期间的人工干预，提高了零件的加工精度和效率。

2 轴颈工艺流程分析

航空发动机制造是衡量一个国家工业水平高低的重要指标之一，车铣复合技术在该领域的应用具有很大的优势，特别是对一些复杂的零件加工优势更加明显，发动机转子制造则需要大量的资金和技术投入。发动机转子一般由钛合金和高温合金制造而成，钛合金和高温合金均属于难加工材料，所以发动机转子制造更是对加工工艺提出了更高的要求，风扇轴颈是航空发动机风扇单元体中的重要承力零件之一，具有大型面轴身、深孔、螺纹、环槽、高精度螺栓连接孔、斜孔等结构，并且很多尺寸加工过程中无法直接测量，增加了加工难度。加工过程中刀具与零件易发生干涉，配合尺寸和技术条件设计精度高，具有零件价值大、工艺复杂、材料去除量大、加工难度大和制造周期长的特点。由于轴颈的直径尺寸一般不会超过φ300 mm，所以更适合在小型车铣复合加工中心加工。

在传统加工制造中，轴颈的工艺流程至少包括车加工零件大端→车加工零件小端→铣加工零件大端→铣加工零件小端→加工中心加工零件斜孔等五道工序，工序繁杂，需要频繁更换设备和更换加工操作者，同时也增加了零件检测次数和检测时间，五道工序的加工时间至少需要耗费6天时间，导致零件加工周期长且占用大量工厂设备资源，给工厂生产安排造成很大困难。采用车铣复合加工技术后，零件的工艺流程则可以改善为车铣零件大端→车铣零件小端两道工序，且两道工序均可在同一台车铣加工中心上进行，加工完成后零件只需要进行一次三坐标测量机自动检测评价，缩短了大量加工和检测时间。精简工艺流程，减少设备占用率，且加工和检测时间基本可以控制在3天以内，相比传统工艺路线，提高效率50%以上。

3 轴颈车铣加工过程分析

轴颈内外型面精加工均安排在车铣复合加工中心进行，通过编制无人工干预数控程序，尽量减少零件加工中的人为干预，完成零件加工。由于轴颈大端形状比较简单且利于装夹，小端结构复杂装夹困难，所以先进行零件大端的加工。加工零件大端时，夹紧零件小端，再通过机床主轴交换功能，夹紧零件大端，加工零件小端。此过程无需人工拆卸零件，均由机床自动完成，减少了人工操作，进一步提高了零件加工精度和产品的一致性。

（1）车铣加工轴颈大端：加工零件大端时，通过副主轴侧扇爪夹紧零件小端，完成零件大端精加工，考虑到材料去除量大引起应力释放，为减小加工过程中的零件变形，零件的车加工顺序可按“粗车轴颈大端内外型面→精车轴颈大端内外型面”进行，零件型面加工后进行细节特征加工，象车环槽等。零件大端端面具有高精度螺栓连接孔，考虑到钻孔会造成大量材料去除导致应力释放，本工序采用螺旋铣孔技术进行“粗铣端面孔→精铣端面孔→铰孔”。螺旋铣孔技术是一种小切深、高进给的加工手段，铣刀沿着孔中心线螺旋进刀，达到快速切削零件材料的目的，相比传统非标钻头钻孔，螺旋铣孔切深更小，刀具成本更低，排屑空间更大，能获得更高质量的孔。螺旋铣孔具有降低刀具磨损、延长刀具使用寿命、缩短加工时间的优势（对该工序，单孔加工时间约40 s），且能获得更好的表面粗糙度，使孔加工变得更加经济、高效。

（2）车铣加工轴颈小端：零件小端内腔较深，必然会使刀具悬伸过长，削弱刀具刚性，且很难避免加工过程中的让刀现象。为了符合图纸技术条件要求，使零件两端的一致性更好，减少零件加工过程中的人工干预，完成零件大端加工后，通过机床主副主轴交换功能，主轴侧扇爪夹紧零件大端，副主轴侧扇瓜释放零件，为进行零件小端车铣加工做好准备。零件小端结构复杂，具有环槽、深孔、螺纹和斜孔等难加工结构，该工序采用和加工零件大端同样的加工方式，加工顺序按“粗车轴颈小端内外型面→精车轴颈小端内外型面”进行。型面加工完成后，进行细节特征车削，象车环槽、车螺纹等。航空零件中的螺纹与普通螺纹相比，精度更高，加工难度更大。从提高零件质量和加工效率的角度出发，本工序按“粗车螺纹→标定螺纹直径尺寸→精车螺纹“顺序进行加工，一次加工合格，相比传统依靠操作者手动多次上刀的方式，提高螺纹加工效率显著，同时也降低了操作者的出错概率。零件小端所有的车削完成后，进行铣槽、加工斜孔等铣削加工。斜孔加工是该工序难点，由于斜孔直径小，孔径公差严，加工时小直径钻头特别容易打刀，造成刀具取出困难，严重时将导致零件报废。考虑到以上难点，采用φ2铣刀以螺旋铣孔的方式铣孔，铣孔可以为铰孔留有0.1 mm～0.2 mm的余量，銑孔时机床主轴转速可达5 000 r/min～6 000 r/min，进给可达150 mm/min-200 mm/min，最后通过铰刀精铰，完成斜孔加工。

4 结语

经过该文的研究，车铣复合技术在航空零件制造中的优势显著。通过采用车铣复合加工技术，改变传统车铣工序分离的加工工艺，减少零件工序间周转和二次装夹时间，减少设备占用率，能够提高零件加工效率。同时，在车铣复合加工中心中可与螺旋铣孔技术相结合，通过采用无人工干预数控程序，优化走刀轨迹，使人工干预量达到最小，刀具使用寿命最大化，降低刀具成本的同时也能使零件质量得到控制。该文的加工经验可为复杂高精度轴颈类零件的先进加工技术提供参考。

参考文献

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