隨著新一代飛機對航空發動機性能要求的不斷提高，國外有關資料介紹第五代飛機發動機推重比將達到15~20，渦輪前溫度超過1700℃以上，高性能發動機大量采用了復雜整體薄壁結構、難加工材料，如整體葉盤、化學銑結構的機匣、盤軸一體化轉子、單晶定向葉片、鈦鋁合金及陶瓷基復合材料等。航空發動機復雜整體薄壁結構、難加工材料零件加工成為發動機制造的關鍵所在，采用傳統的單一加工方法已經難以解決航空發動機復雜機匣、整體葉盤、整體葉環和盤軸一體化結構復雜零件的加工難題。航空難加工材料的廣泛應用給傳統的加工方法帶來了嚴峻的挑戰，傳統的去除材料機械加工方法難以滿足工藝要求，特種加工方法、復合加工技術在航空難加工材料加工中起了重要作用。復合加工技術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，如機械能、熱能、電能和化學能等，實現難加工脆硬材料的高精度、高效率加工。現代化裝備制造業的發展，使得大量多功能、復合加工機床在各行業廣泛應用，鏜銑、車銑加工中心實現了多工序的復合，大幅提高了加工效率和自動化加工水平，實現了航空發動機典型零件高效、精密、柔性化、自動化加工。

復合加工技術的內涵

　　1復合加工技術的定義

　　復合加工技術是將多種加工方法融合在一起，充分發揮各自的優勢，互為補充，同時在加工過程起作用，能夠在一道工序內、使用1 臺多功能設備，實現多種加工方法的集成加工。一方面，基于電場控制、溶解與切削相結合的復合加工技術可以實現高效光整、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，復合加工技術依托強大的設備功能，將多種加工工序合并在一起，不僅能夠實現不同機械加工方法的復合加工，而且還能夠實現機械加工方法與特種加工方法的復合加工。復合加工技術包括電化學機械復合加工技術，化學機械加工技術，超聲放電復合加工技術，時變場控制、磁場輔助的電化學及電化學機械復合加工技術，時變場控制的電解在線修整砂輪磨削加工技術，時變場控制電化學及磁粒研磨的復合加工技術等。

　　2復合加工技術的種類

　　（1）傳統機械加工方法的復合加工。

　　·鉆、鏜、銑復合加工。

　　鏜銑復合加工中心是集鉆、鏜、鉸、攻絲和銑加工功能為一體的高精度、多功能加工中心，不僅具有坐標鏜的高精度，而且具備較高的剛性和主軸轉速，能夠實現航空發動機機匣類零件外型銑削和定位孔的鉆鏜復合加工。

　　·臥式車銑復合加工。

　　車銑復合加工中心是集車削和鏜銑加工為一體多功能復合加工中心，旋轉工作臺不僅具有車加工需要的高轉速、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、鏜刀和測頭的多種工具，能夠實現自動換刀車銑復合加工。車銑復合加工中心以車加工為主，在進行零件主要型面車加工的同時，輔助完成定位孔、安裝孔、鍵槽和凸臺的鏜銑加工，實現工序集中、保持較好的加工一致性，有利于提高加工效率，實現加工過程自動化。

　　·立式銑車復合加工。

　　銑車復合加工中心是以銑加工功能為主的銑、車一體結構的復合加工中心，該設備采用高速直線驅動電機，具有較高的主軸剛性和轉速，旋轉工作臺具有較高的定位精度，并且具備大扭矩和高轉速的特點，不僅能進行航空難切削材料高速、高效銑削加工，而且能夠進行內、外圓車加工，適合航空發動機機匣等零件銑車復合集約式加工。

　　（2）特種加工方法的復合加工。

　　·電火花銑復合加工。

　　電火花銑是在電火花放電產生的高能熱的基礎上，采用銑削加工刀具運動方式，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，進行直線或圓弧插補運動，能夠實現復雜曲面仿型加工。與傳統銑加工相比，電火花銑沒有切削力，適合薄壁零件加工；沒有刀具消耗，電極損耗費用比刀具消耗費用小得多，節約大量刀具費用；電火花銑機床與加工中心設備費用相差很多，使用電火花銑會大幅降低加工成本。

　　·電火花磨復合加工。

　　電火花磨削實質上是運用磨削加工的形式進行電火花加工，工具電極和工件各自作回轉運動，使工具電極與工件有相對回轉運動。電極局部放電，徑向進給實現磨削方式的加工，電極損耗可以通過進給予以補償。對放電間隙進行伺服控制，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給，而工件安裝在水平工作臺上作定速旋轉來實現電火花磨削加工。

　　·化學銑復合加工。

　　化學銑是將金屬坯料浸沒在化學腐蝕溶液中，利用溶液的腐蝕作用去除表面金屬的工藝方法[1]。化學銑切已經成為現代航空航天工業中廣泛應用的一種特種加工工藝。化學銑切工藝過程是：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涂料，經室溫或高溫固化后進行刻形，然后將涂覆于需要銑切加工部位的保護涂料剝離。

　　（3）傳統加工方法與特種加工方法的復合加工。

　　·化學機械復合加工。

　　化學機械復合加工是指化學加工方法與機械加工方法的綜合，利用化學腐蝕機理，結合機械振動、磨削、銑削等機械加工方法，實現脆硬難加工材料、薄壁復雜結構零件，高效、高精度加工。包括：化學銑、化學機械振動拋光等。

　　·加熱輔助切削復合加工。

　　加熱輔助切削是通過對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、力學性能，降低加工表面機械強度、表層硬度，改善零件加工性能，降低刀具磨損，延長刀具使用壽命，提高加工效率，保證加工質量[2]。

　　·超聲振動輔助切削復合加工。

　　超聲振動輔助切削復合加工是難加工材料、細長孔等復雜結構零件加工的一種有效加工方法，其機理是加工刀具或工具以適當的方向、一定的頻率和振幅振動，以脈沖式進給方式切削零件，從而改善加工工況及斷屑條件，通過連續有規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，達到提高加工精度，延長刀具使用壽命的目的。

　　3復合加工技術的應用范圍

　　復合加工技術在航空發動機零件加工領域主要應用于兩個方面：（1）難加工脆硬材料和復雜薄壁弱剛性結構零件加工，如：陶瓷基復合材料、超硬合金材料、蜂窩結構薄壁零件、化學銑結構機匣等零件；（2）多工序集成、自動化加工，航空發動機機匣、整體葉盤等零件結構復雜、加工特征多、加工余量大，高壓壓氣機前機匣有數百個葉片安裝孔，采用普通的鉆、擴、鏜、鉸分工步加工方法，存在加工效率低、一致性差等問題。可以采用復合刀具實現鉆、擴、鏜、鉸多工步復合加工，節省安裝調試刀具等輔助加工時間，能夠提高加工效率，提高加工自動化程度。

復合加工技術在航空復雜零件加工中的應用

　　1 車銑復合加工技術的應用

　　航空發動機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，傳統的加工方法采用車加工和鏜銑加工分工序獨立完成，存在二次裝夾找正定位誤差，影響加工精度和效率，車銑復合加工如圖1所示。

圖1 盤軸一體結構零件車銑復合加工

　　（1）傳統加工工藝路線。

　　毛料圖表→修前端基準→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→細車后端→細車前端→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→噴丸強化→噴涂→車磨涂層→平衡→最終檢驗。

　　（2）車銑復合加工工藝路線。

　　毛料圖表→修前端基準→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→細車后端→細車前端→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→噴丸強化→噴涂→車磨涂層→平衡→最終檢驗。

　　（3）車銑復合加工的優勢。

　　與傳統加工方法相比，車銑復合加工工藝工序更為集中，加工自動化程度更高，減少工序間周轉時間，降低了重復裝夾找正時間，提高了加工效率，同時避免了重復裝夾定位的精度誤差，有利于保證加工精度。

　　2銑車復合加工技術的應用

　　銑車復合加工技術常用于機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生變形，通常機匣外型銑加工和孔加工安排在車加工后進行，但是因薄壁機匣變形，二次裝夾、找正極為困難，采用內漲夾具，效果也不理想，并且存在加工成本高、加工效率低、加工質量難保證等問題。

圖2 銑車復合加工機匣

　　在薄壁機匣加工中，采用立式銑車復合加工中心設備，將薄壁機匣內型車削加工、外型銑削加工、導向葉片安裝孔、探視孔和安裝邊定位連接孔鉆、擴、鏜、鉸，多種加工工序合并在一道加工工序，實現車、銑、鉆鏜復合加工，能夠達到節省刀具、夾具，提高加工效率，保證加工質量等目的。具有如下優點：

　　（1）采用銑車復合加工方法合并加工工序，縮短工藝路線，提高加工效率。
　　（2）將機匣內腔車加工、外型銑加工和孔加工合并為一道加工工序，能夠節省2套夾具。
　　（3）消除二次裝夾、找正誤差，有利于保證機匣壁厚尺寸和孔位置度合格。
　　（4）在機匣內腔車削加工中，利用五軸加工刀具擺動功能，實現一把刀加工多表面，消除接刀痕跡，提高表面質量，節省專用刀具，降低刀具消耗。
　　（5）將機匣內腔車加工、外型銑加工和孔加工合并為一道加工工序，減少了裝夾、找正等輔助加工時間和人工干預程度，有利于通過數控程序控制，提高加工過程自動化水平。

3電火花銑復合加工技術的應用

　　電火花銑常用于機匣、整體葉盤類零件粗加工，零件特點是毛坯余量大、材料難加工，采用數控銑加工加工周期長、刀具消耗大。采用電火花銑加工方法，能夠節省較高的刀具費用，并且因電火花銑加工幾乎沒有切削力，不需要復雜的夾具支撐，通常結構簡單、凸臺較少的機匣更適合電火花銑加工，如圖3所示。

圖3 電火花銑復合加工機匣

　　電火花銑加工路線與數控銑有較大的差別，編制機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切，通常在零件根部和拐角處留有適當的余量；在電火花銑加工中，電極的損耗是必須考慮的事情，需要及時進行電極補償，否則會造成加工余量不均等問題；電火花銑參數設置是電火花銑加工工藝的關鍵，合理的設置電火花銑參數能夠保證加工質量、減少電極消耗，通常需要針對不同材料進行充分的試驗，才能合理設置電火花銑工藝參數。

圖4 化學銑結構零件特征

　　4化學銑加工技術的應用

　　化學銑復合加工技術常用于薄壁、帶有多重筋肋的弱剛性機匣等結構件加工。化學銑結構零件特征見圖4，該類零件壁薄、易變形，材料去除量大，加工周期長，刀具消耗大。采用化學銑加工方法，涂覆抗腐蝕可剝落涂料，將零件非加工表面保護起來，利用化學腐蝕液去除零件材料。化學銑的優點是一次加工面積大，加工效率高；化學銑加工幾乎沒有加工應力，加工變形小；化學銑加工不需要加工刀具，節省大量刀具費用；化學銑設備小時費用遠遠小于五坐標加工中心，能夠節省大量工時費用。一般而言，采用銑削、磨削等機械加工方法，加工切削力大，被加工表面易產生變質層，影響零件的表面質量；相比之下，化學銑加工效率高，不存在工具損耗且無切削力，被加工零件表面質量好。

　　5電火花磨復合加工技術的應用

　　導向器組件都是大尺寸的薄壁件，剛性很差，其蜂窩內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，針對蜂窩件結構的特點采用電火花磨削和電解磨加工工藝最適宜[3]。

　　導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，有時相差較大，在徑向進給電火花磨削加工時零件作自主轉動，電極沿零件作全孔深徑向進給。加工時，電極與零件間的放電間隙通過伺服控制保持相對穩定，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，作徑向跟蹤仿形擴大加工。

　　6 電火花打孔加工技術的應用

　　航空發動機燃燒室火焰筒類零件帶有許多氣膜孔，多達數百上千個，并且都是直徑1mm左右的微小孔，采用傳統機械加工方法很難加工。火焰筒內壁為薄壁易變形機匣零件，屬于航空發動機高溫部件，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，零件分布氣膜孔為空間斜孔，包括：532處φ1+0.1mm、196處φ1.1+0.1mm、336處φ 1.2+0.1mm的空間孔。采用機械加工的方法加工孔徑在φ2mm以下的小孔時，加工過程中鉆頭容易斷裂，很難保證技術要求，特別是在機匣斜壁處鉆孔，由于切削力的作用，鉆頭往往偏離實際加工位置。采用電火花設備加工孔，加工直徑最小達到0.3mm，而且可以采用多軸同時加工，大幅度提高加工效率。

　　復合加工技術的發展趨勢

　　隨著科學技術的發展，新產品、新材料不斷推出，為適應新型復雜結構、難加工材料加工的需求，現代加工技術已經不是單一的學科技術，現代加工技術逐漸趨向于多元化、多功能、自動化、柔性化方向發展。綠色環保是現代加工技術的基本要求，現代加工技術更關注于加工精度、加工效率、加工質量和加工成本。而實現高精度、高效率、低成本的途徑就是多種加工技術綜合和集成，現代許多先進加工技術是多學科、不同加工方法復合的結果，包括：傳統加工技術中不同加工方法的復合、機械加工與電加工的復合、化學加工與電加工的復合等。復合加工技術已經成為解決航空難加工材料、復雜薄壁結構零件加工，實現加工過程自動化，提高加工效率的重要途徑。航空發動機制造技術被稱為制造技術的明珠，航空發動機零件加工中采用了大量復合加工技術，復合加工技術的發展不斷追求高精度、高效率、低成本的目標，復合加工技術不再局限于特種加工技術的復合，已經發展到不同種類加工技術的復合，復合加工技術的發展體現在以下幾個方面：趨向于多元化和多樣性、精密加工和超精密加工、多功能和自動化方向發展、綠色和環保方向發展、多學科技術方向發展，冷熱結合、去除材料和增加材料相結合、多工序復合加工是復合加工技術的發展趨勢。

結束語

　　復合加工技術在航空發動機制造領域廣泛應用，解決了復雜結構零件、難加工材料加工難題，如：采用振動鉆孔、振動攻絲解決了細長孔加工難題，采用振動光飾解決葉片表面拋光難題；采用鏜銑、車銑復合多功能加工中心實現了多工序集中復合加工，減少了工序周轉和輔助加工時間，減少了人為干預，提高了自動化加工水平，為加工過程全程序化控制奠定了基礎，保證了零件加工質量的穩定性和可靠性。