航空发动机制造是一个国家制造业的典型代表。它集制造业的设计、工艺、材料、加工、质量控制等领域的高、精、尖技术为一体，具有承受载荷大、结构形状复杂、数量种类多、制造精度高、质量要求严、加工难度大等特点。其中的重要零部件制造是集新材料切削技术、适应新型结构零件的新工艺、刀具制造技术 、多轴数控编程及优化处理技术、虚拟仿真技术、切削变形控制技术、型面精确检测技术和无损探伤等前沿技术于一体的多方位、多种技术的交叉综合研究与应用。

复合加工技术简介

复合加工技术主要解决特殊结构与复杂结构的加工、难加工材料及脆硬材料的加工这 2 个方面的问题。其主要特点是综合应用机械、光学、化学、电力、磁力流体和声波等多种能量进行综合加工，在提高加工效率和生产效率的同时，兼顾加工精度、加工表面质量及工具损耗等，具有常规单一加工技术无法比拟的优点。

目前航空发动机制造工艺过程中应用较为广泛的复合加工技术有以下 2 种：

基于工序集中原则，以多种机械加工工艺为主的复合加工技术：例如车削、铣削 、磨削、钻削 、镗削和绞削等工艺，其中的部分工艺可以一次性装夹完成。

特种加工方法与切削、磨削组合，去除材料工艺方式的复合：例如激光、电火花和超声波等特种加工方法与切削、磨削的组合。

以机械加工工艺为主的复合加工

以机械加工工艺为主的复合加工，是指零件在机床 上仅用一次装夹便可完成多种机加工艺的加工。特别适用于零件进入精加工阶段后，在一个工位上完成精车、精铣、钻、镗、绞、攻丝多工序的连续加工。这种加工具有消除重复装夹定位误差、提高加工精度、缩短零件的生产周期、减少工装数量、简化工艺流程等优越性，这是单一功能机床加工无法实现的。对实现工序集中复合加工技术，应用较多的有五轴车铣复合加工中心和五轴铣车复合加工中心 2 种典型的机床。

五轴车铣加工中心：以车削功能为主，同时集成了铣削和镗削等功能。机床有 3 个直线运动轴 X、Y、Z 和 2 个圆周旋转轴 A、B 或 B、C，配有刀具自动交换装置和刀库。在车削中心基础上增添用于回转刀具的切削装置发展而成，其功能相当于 1 台车削中心和 1 台加工中心的复合，典型代表有奥地利 WFL 卧式车铣复合加工中心。适合加工航空发动机盘、轴和中小结构类零件，这类零件以车削为主导工艺、车削部位形位公差精度高，车削去除材料量大。

五轴铣车复合加工中心：以铣削功能为主，除了具备加工中心原有的五轴运动功能外，在加工中心的基础之上又增加了使工件回转的驱动装置。相当于 1 台加工中心和 1 台车削中心的复合。适合加工航空发动机零件中的机匣、叶盘类零件。这类零件以铣削为主导工艺，铣削工艺去除材料量大于车削工艺，铣削工艺比车削工艺复杂程度高。零件结构复杂，使得对机床的铣削功能要求较高。例如第五轴（A 或 B）要有较宽的摆动范围；主轴可以立式、卧式转换，不仅可以加工轴向端面孔，也可以加工与发动机轴线垂直的径向孔或成一定角度的斜孔。较为典型的有德国 DMG 铣车复合加工中心。

复合加工技术在航空发动机部分零件中的应用

航空发动机零件的整体化、结构化、轻量化是大推比发动机的重要设计特性之一。整体结构件具有减重、减级、增效并提高可靠性的优点，符合航空发动机零部件易维护、高可靠性和长寿命的服役需求。例如将压气机盘和轴颈设计为一体的压气机盘，将转子叶片和压气机盘设计为一体的整体叶盘等。整体结构零件结构复杂，和原单体零件相比装夹定位效果明显削弱，使得零件刚性减弱，加工中容易产生振颤。因而加工中零件个别部位容易产生变形，几何尺寸和表面质量受到一定程度影响。单体叶片加工时可以夹紧叶片的轴颈部位，同时用顶尖顶住叶冠，一个方向夹紧，一个方向支撑。整体叶盘铣削叶片时只能以夹紧轮毂的前后缘板，叶冠无支撑，叶片在悬臂状态下加工，工艺性明显劣于单体叶片。因此整体结构零件基本上融合了原来两个单体零件，盘和叶片的加工难度。

整体叶盘和机匣类零件是公认的航空发动机制造中难度最大的零件之一。其工艺流程复杂既包含常见的机械加工车、铣、钻、镗、绞、磨，又包括了特种加工如喷涂、喷丸、热处理等，工艺流程长达几十或数百道工序。

整体叶盘类零件可以应用铣车复合加工中心，叶身型面铣削加工，轮盘表面的精车加工，以及进、排气两端的精密连接孔加工可以同时集中在一台机床上加工。同理，机匣类零件也可以将机匣外型面铣削和内型腔的车削以及前后端面精密连接孔钻、镗加工，同时在铣车复合加工中心上集中完成。加工结束后，可以应用机床上配备的在线测量功能，检查加工结果，形成加工、测量一体化。这类机床应该具备立式、卧式转换功能，其中铣削以卧式加工为主，车削则以立式加工为主。

由若干级压气机盘装配而成的转子，可以在配备了动力磨削头的车加工中心上，精修圆周径向基准后，在车削装夹定位基础之上，立即磨削各级叶片叶冠端面，是应用复合加工的又一实例。

车铣复合加工中心适合加工以车削工艺为主，铣削工艺为辅的零件。五轴车铣复合加工中心的 B 轴摆头车削技术，对于加工航空发动机零件中一些形状复杂的半封闭型腔凸显出相当大的优势，是近年来发展较快的新技术。一些机床厂家已经将该项功能作为出售机床的标准配置之一。

B 轴摆头车削特别适合加工压气机盘、轴颈一体结构盘类零件和进、气排边双侧带篦齿环的整体叶盘类零件。这类零件的结构特点是：辐板长、型腔狭小、盘心孔部位刀具入口处狭窄、内腔底部变宽，辐板与盘心孔的高度差较大。加工难点在于薄壁结构加工中容易受切削力影响产生变形，且封闭腔切削中刀具和内腔型面容易产生碰撞、干涉。特别是干涉的处理，成为能否加工出完整、准确型腔的重要前提。通常要请刀具制造工程师设计特殊形状的非标刀具，致使刀具成本几乎增加一倍，对企业来说是一个不小的负担。封闭内型腔结构在常规车加工中心上加工，需要 3 把非标刀具才能将型面全部加工完成。应用了车铣复合加工中心 B 轴摆头车功能后，型腔用 2 把刀具加工就可以完全覆盖整个区域。

当引入 B 轴车削加工技术时，利用 B 轴在车削中可以摆头的功能，使铣削主轴头带动刀具同步摆动，使得车刀杆轴线随着加工部位的变化逐渐地调整其与型腔之间的角度，最大限度利用型腔的有限空间，拓展了每一把刀的运动方位，弥补了常规车削中刀杆固定不动的不足，减少了不同刀具换刀加工所产生的接刀痕，改善了表面质量，这一点在发动机零件的加工中尤为重要。

从某种意义上说，数控车床的诞生使得车削非线性曲面变得轻而易举，而 B 轴摆头车削技术的诞生使得复杂结构零件的车削工艺能力得到极大的提升。

以能量复合为基础的复合加工技术应用了多种形式的能量综合作用来实现材料的去除，提高了难加工材料、难加工结构的加工效率和加工质量。

高温合金属于难加工材料，也是航空发动机零件常用材料之一。高温合金切削时产生的切削力大、切削温度高，造成工件热变形，使尺寸和形状精度发生变化。同时加工中冷硬现象严重，导致刀具磨损加剧。高温合金零件的加工普遍存在加工成本较高、加工周期较长的特点。特别是高温合金材料的整体叶盘，加工中需要切削掉的材料占整体毛坯锻件的 90％左右。当刀具直径小于 φ8mm 时，刀具系统刚性迅速减弱，进给降幅较大，加工中容易出现断刀现象，影响零件的表面质量。针对难加工材料开展特种工艺加工研究十分必要 。

复合加工技术在航空发动机零件制造中具有显著的优势，能够有效解决复杂结构和难加工材料的加工难题，提高加工精度和效率，缩短生产周期。随着技术的不断发展和创新，复合加工技术将在航空发动机制造领域发挥更为重要的作用，推动航空发动机制造水平的不断提升 。