復(fù)合加工的主要特點是綜合應(yīng)用機械、光學(xué)莱预、化學(xué)抛寝、電力、磁力沐兵、流體和聲波等多種能量進行綜合加工别垮，提高了加工效率，生產(chǎn)率往往大大高于單獨使用各種加工方法的生產(chǎn)率之和扎谎。復(fù)合加工在提高加工效率的同時碳想，兼顧了加工精度、加工表面質(zhì)量及工具損耗等毁靶，具有常規(guī)單一加工技術(shù)無法比擬的優(yōu)點胧奔。通常所說的復(fù)合加工技術(shù)具有2 種含義，一種是以能量或運動方式為基礎(chǔ)的不同加工方法的復(fù)合老充；另一種是以工序集中原則為基礎(chǔ)的機械加工工藝為主的復(fù)合葡盗，這是數(shù)控加工領(lǐng)域近年來快速發(fā)展的高效率加工方式。

　　復(fù)合加工技術(shù)主要解決2 個方面的問題：特殊結(jié)構(gòu)與復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加工啡浊、難加工材料及脆硬材料的加工觅够。目前，復(fù)合加工技術(shù)已經(jīng)在航空扳辆、航天尽由、兵器和原子能等工業(yè)領(lǐng)域中難加工材料的高效加工中逐步進入廣泛應(yīng)用階段。近代迅猛發(fā)展的精密機械和電子工業(yè)中大量使用硬脆材料( 如硬質(zhì)合金雷镀、陶瓷野戏、光學(xué)玻璃和寶石等) 和晶體材料( 如半導(dǎo)體晶片、單晶體和藍寶石晶體)兆剃，復(fù)合加工技術(shù)更有了新的用武之地哺挺，可以對陶瓷、玻璃和半導(dǎo)體晶片等硬脆性材料以經(jīng)濟、可靠的方法實現(xiàn)高的成形精度和極低的表面粗糙度暴姓，并可使表面及亞表面層晶體結(jié)構(gòu)組織的損傷減少至最低程度娇紊。

復(fù)合加工的基本形式

　　復(fù)合加工技術(shù)可以劃分為機械復(fù)合加工、電化學(xué)復(fù)合加工湿儡、電火花復(fù)合加工触茎、超生復(fù)合加工、磨料水射流加工处榔、化學(xué)機械拋光[1]希俩，按照上述分類，復(fù)合加工方法的基本含義概括起來如表1 所示纲辽。在普通精度機械制造領(lǐng)域颜武，以常規(guī)機械加工、電化學(xué)加工文兑、電火花加工為主的復(fù)合加工方法最為常用盒刚。近年來隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品零件整體化設(shè)計方法的廣泛應(yīng)用，機械加工領(lǐng)域的車銑復(fù)合绿贞、銑車復(fù)合加工因块、切削—電加工復(fù)合加工方法得以快速發(fā)展，成為支持現(xiàn)代航空產(chǎn)品加工的重要手段籍铁，新型復(fù)合加工設(shè)備的不斷推出涡上，有力地支持了復(fù)合加工技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。

常見復(fù)合加工方法

以工序集中為基礎(chǔ)的復(fù)合加工方法

　　以工序集中為基礎(chǔ)的復(fù)合加工是機械加工領(lǐng)域采用的典型復(fù)合加工方法拒名，通常是在一次定位裝夾中吩愧，在一臺設(shè)備上完成車、銑增显、鉆慎瓮、鏜、攻絲伊丘、鉸孔捧法、擴孔等多種切削加工要求。這種復(fù)合加工方法的最突出特點是工件加工工序集中异瞭、一次裝夾可實現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)要素的加工裹五，減少了工件定位裝夾次數(shù)、消除工件周轉(zhuǎn)等待時間睛宝，可以消除工件多次裝夾定位造成的誤差累積捅县，有利于保證工件上關(guān)鍵要素的位置精度要求，同時縮短了工件的生產(chǎn)周期酬楚。

　　以工序集中為基礎(chǔ)的復(fù)合加工技術(shù)一直與機床結(jié)構(gòu)發(fā)展密切相關(guān)猪晰。從19 世紀40 年代轉(zhuǎn)塔車床粒颂、20 世紀初期組合機床的廣泛應(yīng)用，到20世紀50 年代出現(xiàn)的三軸數(shù)控銑床质法、帶有刀具自動交換裝置的加工中心的出現(xiàn)风捌，有力地推動了工序集中的復(fù)合加工加工方法的發(fā)展浸船。20 世紀80年代中后期妄迁，隨著加工中心功能和結(jié)構(gòu)的完善，顯示了以工序集中原則為基礎(chǔ)的數(shù)控機床的優(yōu)越性李命，開始出現(xiàn)車削中心登淘、銑削加工中心、磨削中心等封字，但這些加工方式仍然限定在同一種加工方式上黔州，尚不能稱為真正意義上的復(fù)合加工方法。20 世紀90 年代后期開始出現(xiàn)了車銑復(fù)合中心阔籽、銑車復(fù)合中心流妻、車銑磨復(fù)合中心等以及配有夾持工件機械手的多動力頭加工單元( 如瑞典Transflex 型機床，加工過程中以工件送進方式到達配有不同刀具的動力頭處進行加工笆制，實現(xiàn)多工序“復(fù)合”)绅这，這種不同切削加工方法的復(fù)合才真正成為了復(fù)合加工技術(shù)發(fā)展的一個新熱點。

　　車銑中心以車削功能為主在辆，并集成了銑削和鏜削等功能证薇，具有3~4 直線進給軸（車削原有的2 個直線軸、銑頭增加的1~2 個直線軸）和2~3個回轉(zhuǎn)軸（車削回轉(zhuǎn)匆篓、銑削回轉(zhuǎn)及銑頭擺動）猬肖，且配有自動換刀系統(tǒng)。這種車銑復(fù)合加工中心是在三軸車削中心基礎(chǔ)上發(fā)展起來的猾妖，相當(dāng)于1 臺車削中心和1 臺銑削加工中心的復(fù)合（車削為主功能函以，銑削屬于輔助功能），可以在1 臺車銑中心上啼脑，經(jīng)過一次裝夾轨畏，完成工件的車、銑晒茁、鉆易仍、鏜、攻絲等加工捷嘁，擴大了車削加工工藝范圍绵盔。這類復(fù)合加工機床可以滿足以回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)要素加工為主的異形回轉(zhuǎn)體零件高精度加工要求，是目前世界范圍內(nèi)最先進的機械加工設(shè)備之一鳍彪。

　　銑車中心是一種以銑削功能為主璃璧，增加了工作臺的回轉(zhuǎn)功能以滿足車削加工的需要荔鸵，在保留原有3~5 軸運動方式基礎(chǔ)上，將回轉(zhuǎn)工作臺作為車削回轉(zhuǎn)軸踊跟，且配有自動換刀系統(tǒng)踩验。這種銑車復(fù)合加工設(shè)備是在銑削加工中心基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，相當(dāng)于1 臺銑削中心和1 臺車削中心的復(fù)合( 銑削為主功能商玫，車削屬于輔助功能)箕憾，可以在1 臺銑車中心上，經(jīng)過一次裝夾拳昌，完成工件上槽袭异、型面、開口炬藤、孔御铃、外圓等結(jié)構(gòu)的銑、車沈矿、鉆上真、攻絲等加工，擴大了銑削加工工藝范圍羹膳。這類復(fù)合加工機床可以滿足以復(fù)雜型面及結(jié)構(gòu)加工為主的回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)零件的加工要求睡互，是近年來為滿足燃氣輪機、航空發(fā)動機簿馍、電站發(fā)電設(shè)備等動力機械零部件制造需求而逐步發(fā)展起來的先進機械加工設(shè)備脯黎。

以能量復(fù)合為基礎(chǔ)的復(fù)合加工方法

　　以能量復(fù)合為基礎(chǔ)的復(fù)合加工是為了滿足精密超精密加工、難加工材料加工忆帐、特殊材料加工而采用的加工方法兵正，通常是2 種或2 種以上工藝方法的組合，在一臺設(shè)備上完成同一結(jié)構(gòu)的加工梢纫。這種復(fù)合加工方法的突出特點是2 種或2 種以上能量復(fù)合窖硝，其主要特征是在加工過程中工具與工件之間沒有顯著的切削力，加工用的工具材料硬度可以低于被加工材料的硬度汤浊，能用簡單的運動加工出復(fù)雜的型面邓晃。

　　以能量復(fù)合為基礎(chǔ)的復(fù)合加工技術(shù)具有較長時間的發(fā)展歷史，重點是電解砚皆、超聲纤票、電火花、熱能等與機械加工復(fù)合旦良，滿足精密加工猪攀、特種材料加工、難加工材料加工的加工需求侵俗。典型的復(fù)合加工方法有：電解在線修整磨削锨用、超聲振動切削丰刊、電解磨削、電火花超聲加工增拥、化學(xué)機械拋光等啄巧。

　　電解在線修整磨削(electrolyticin-process dressing,ELID) 是日本物理化學(xué)研究所的大森整博士發(fā)明的超精密加工技術(shù)，利用電解方法在磨削過程中對砂輪進行在線修整掌栅≈绕停基本原理是把細粒度超硬磨料( 金剛石和CBN) 砂輪磨削與電解方法在線修整砂輪相結(jié)合，使砂輪保持鋒利的磨粒和穩(wěn)定的磨削性能渣玲，可達到鏡面磨削逗概，并獲得較高生產(chǎn)率的復(fù)合加工技術(shù)。ELID 磨削系統(tǒng)中忘衍，冷卻液為電解液，磨輪旋轉(zhuǎn)時在電極作用下金屬結(jié)合劑砂輪的表面不斷被電解卿城，新的磨料不斷露出而保證了砂輪在磨削過程中的銳利性枚钓，避免了表層磨料磨損脫落而造成的堵塞現(xiàn)象；離開電解區(qū)域的砂輪結(jié)合劑表面會發(fā)生氧化形成鈍化膜而阻止電解作用的繼續(xù)進行粟宣，磨削區(qū)的機械摩擦作用使鈍化層破壞喳卫，再進入電解修整過程。ELID 磨削幾乎可以應(yīng)用于所有可進行磨削加工的工件材料辑揍，特別適合于加工平面硫红。

　　超聲振動切削是在普通機械加工中引入超聲振動，將超聲振動施加在刀具或工件上而形成的復(fù)合加工方法讽歹。超聲振動切削從微觀上可以看做是脈沖切削综姜，振動周期中，刀具與工件几研、切屑斷續(xù)接觸挽钧，改善了切削液的冷卻、潤滑作用蚓夺，使得刀具所受到的摩擦變小熊朵，從而減少切削熱、切削力赛喊，并且有助于消除積屑瘤殖熟。一些試驗研究表明，超聲振動切削可使切削力減小到 1/20~1/3斑响；超聲振動攻絲扭矩可降低到普通攻絲的l/8~1/3 菱属；在保證加工精度和加工質(zhì)量的前提下，超聲振動切削的效率比一般切削方法提高2~3 倍恋捆，有時甚至更高照皆；在鏜孔加工中采用振動切削重绷，加工尺寸穩(wěn)定、形狀誤差小膜毁、粗糙度降低昭卓；超聲振動切削也使一些高強度、高硬度和難成形材料的切削加工成為可能瘟滨。目前候醒，超聲振動切削已應(yīng)用于耐熱合金、不銹鋼杂瘸、鈦合金以及陶瓷倒淫、玻璃等金屬和非金屬難加工材料的加工，也應(yīng)用于易彎曲變形的細長桿類零件败玉、小徑細孔祭静、薄壁零件、薄盤類零件與小徑精密螺紋以及形狀復(fù)雜爵路、加工精度和表面質(zhì)量要求又較高的零件姻粱。

　　電解磨削是靠陽極金屬電化學(xué)腐蝕作用和機械磨削作用相結(jié)合，通過電化學(xué)作用蝕除金屬產(chǎn)生陽極薄膜你浸，工件的尺寸或形狀是靠砂輪磨粒刮去陽極薄膜獲得研镀。這種復(fù)合加工比電解加工有更好的加工精度和表面質(zhì)量，比機械磨削有更高的生產(chǎn)率节暇。電解磨削系統(tǒng)中焙檀，金屬結(jié)合劑的導(dǎo)電砂輪接直流電源的陰極，被加工工件接陽極忿奈。砂輪磨粒突出于導(dǎo)電砂輪的基體而形成工件與砂輪之間的加工間隙辟瞄，加工間隙中充滿了電解液，工件表面的金屬在電流和電解液的作用下被電解腐蝕辱甫，形成一層極薄的氧化物或氫氧化物薄膜( 硬度較低的陽極薄膜) 遍送；剛形成的陽極薄膜迅速被導(dǎo)電砂輪中的磨料刮除，在陽極工件上又露出新的金屬表面并繼續(xù)產(chǎn)生電解腐蝕店诗。這樣裹刮，電解作用和磨粒刮削薄膜的磨削作用交替進行，流動的電解液帶走陽極溶解產(chǎn)物及產(chǎn)生的熱量庞瘸，通過這一過程連續(xù)進行實現(xiàn)對工件的加工捧弃，直至達到一定的尺寸精度和表面粗糙度。電解磨削主要優(yōu)點是：加工范圍廣擦囊，只要選擇合適的電解液就可以加工任何高硬度违霞、高韌性的導(dǎo)電材料；磨削力小瞬场，磨削熱很少买鸽，消耗功率也小涧郊，不會產(chǎn)生磨削燒傷、裂紋和毛刺眼五，能獲得比電解加工更高的加工精度和更好的表面質(zhì)量妆艘。目前，電解磨削主要用來加工高硬度看幼、易產(chǎn)生硬化燒傷現(xiàn)象及熱敏感材料的零件批旺，如硬質(zhì)合金刀具、鈦合金葉片等缠染。

復(fù)合加工技術(shù)的典型應(yīng)用實例

　　整體化薄壁結(jié)構(gòu)零件是現(xiàn)代飛機猪玛、航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)中常見的設(shè)計形式，整體薄壁結(jié)構(gòu)件不僅能滿足飛機與發(fā)動機結(jié)構(gòu)輕量化的設(shè)計追求骡梨，而且能滿足航空產(chǎn)品易維護衩斋、高可靠性、長壽命的基本需求寻癌，零件主要特征是：（1）整體薄壁結(jié)構(gòu)件通常壁厚尺寸小薇榨，一般只有1~3mm ；（2） 零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜绪封，在多個方向上分布有形式不同的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)元素需要加工；（3）零件精度要求高椰骇，加工時裝夾困難历扭、加工過程中易產(chǎn)生加工變形；（4） 有些復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件采用鈦合金膨吼、高溫合金棺氢、高強度不銹鋼等難加工材料，常規(guī)的加工方法材料去除效率低现恼、難度大肃续，且容易產(chǎn)生表面缺陷而影響零件壽命。

　　航空產(chǎn)品零件大多需要經(jīng)過比較復(fù)雜的工藝流程叉袍、數(shù)十至數(shù)百個工序才能完成加工始锚，保證工件加工精度和質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率是制造過程的永恒主題喳逛。以工序集中為基礎(chǔ)的復(fù)合加工技術(shù)瞧捌，將“集中工序、一次裝夾實現(xiàn)多工序復(fù)合加工”的理念貫穿在零件切削加工過程中润文，為航空復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的制造提供了新途徑姐呐；以能量復(fù)合為基礎(chǔ)的復(fù)合加工技術(shù)，則將“能量集成典蝌、多方法同時作用實現(xiàn)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)要素的加工”理念貫穿于難加工結(jié)構(gòu)和難加工材料零件的制造過程中曙砂。

1 銑車復(fù)合加工技術(shù)的典型應(yīng)用

　　發(fā)動機整體機匣類零件是適合銑車復(fù)合加工的典型零件結(jié)構(gòu)常規(guī)的加工方法是采用車床头谜、銑削中心配合完成加工，主要工藝路線是：毛坯制備—車床：車削一端端面—車床：車另一端端面—檢驗：超聲波檢查—車床：車下端面基準—車床：粗車上鸠澈、下端—銑削中心：粗銑凸臺及其端面—鉗工：去毛刺—穩(wěn)定處理—車床：修下端面基準—車床：半精車上柱告、下端—車床：精車上、下端—銑削中心：精銑凸臺及其端面—銑削中心：銑端面形狀—銑削中心：機匣周向孔加工—鉗工：去毛刺及表面修整潘吸。

　　使用銑車復(fù)合加工中心則可以將半精加工以后的工序都集中在銑車復(fù)合加工中心上醇疮，減少車床、銑削中心之間的工序轉(zhuǎn)換和裝夾過程卤撬，盡管工藝路線仍然與常規(guī)加工方法類似巴移，但車削、銑削是在一次裝夾狀態(tài)下完成的柄楼，簡化了基準傳遞協(xié)調(diào)過程瞭驴，減少了裝夾誤差和工序轉(zhuǎn)換周期。采用銑車復(fù)合加工中心后翅陪，穩(wěn)定處理前的工序仍然與常規(guī)加工方法相同退钱，完成修下端面基準加工后，工件就直接在銑車復(fù)合加工中心上完成后續(xù)的所有加工钠台，簡化了工件的裝夾找正過程( 此類零件每次裝夾找正誤差通常約為0.02mm)欠诊，更重要的是，消除了凸臺辟劲、孔臣疑、端面廓形三者之間因裝夾變化引起的位置誤差。

2 車銑復(fù)合加工技術(shù)的典型應(yīng)用

　　飛機產(chǎn)品中適合車銑復(fù)合加工的零件主要包括：傳動系統(tǒng)的扭力臂徙菠、支桿讯沈；發(fā)動機燃油噴嘴、安裝座婿奔、閥體等缺狠。典型零件以扭力臂為例常規(guī)的加工方法是采用車床、銑床及配套工裝配合完成加工萍摊，主要工藝路線是：毛坯制備—劃線挤茄，分配余量—車床：粗車回轉(zhuǎn)體外形—銑床：以粗車的回轉(zhuǎn)體外形為基準，粗銑叉耳端輪廓及端面—車床：半精車回轉(zhuǎn)體外形—車床：回轉(zhuǎn)體外形定位记餐，制回轉(zhuǎn)體內(nèi)孔—車床：內(nèi)孔定位驮樊，精車回轉(zhuǎn)體外形—車床：回轉(zhuǎn)體外形定位，精加工回轉(zhuǎn)體內(nèi)孔片酝、鏜端面孔—銑床：以回轉(zhuǎn)體外形定位囚衔，銑叉耳外形、槽腔、槽口—銑床：銑長圓槽—銑床：銑叉耳孔—鉗工： 去毛刺及修整练湿。

　　使用車銑復(fù)合加工中心可以從半精車回轉(zhuǎn)體外形開始场时，將后面所有的工序都集中到車銑復(fù)合中心上完成，減少銑削加工過程的重新定位裝夾谴疾，一次完成剩余部位的加工强进，消除了基準協(xié)調(diào)、重新裝夾引起誤差累積昭怕，這類零件的加工精度可以有效地保證傳動系統(tǒng)工作的平穩(wěn)性和可靠性袱族。此外，發(fā)動機燃油噴嘴零件裙都、閥體零件使用車銑復(fù)合加工設(shè)備可以在一次裝夾后完成具有相互位置關(guān)系的結(jié)構(gòu)要素加工渔舵，保證其位置精度，更好地滿足其工作性能要求咽皮。

3 電解磨削復(fù)合加工技術(shù)的典型應(yīng)用

　　鈦合金零件磨削加工的最大問題是劈遂，磨削后的工件表面會出現(xiàn)燒傷、裂紋痒渊、變形以及易在表層產(chǎn)生拉應(yīng)力疮炼，磨削過程中必須采取降低磨削應(yīng)力的工藝方法。為了達到低應(yīng)力磨削的效果蝇裤，常規(guī)的磨削工藝通常要細分磨削工序廷支，并嚴格控制粗磨、半精磨栓辜、精磨3 個階段的進給量酥泞。

　　采用電解磨削復(fù)合加工是解決鈦合金零件磨削難題的有效工藝方法之一。根據(jù)電解磨削加工原理啃憎，使用金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪組成電解磨削復(fù)合加工系統(tǒng)，這種工藝方法在國外已經(jīng)獲得應(yīng)用似炎，并將其稱為金剛石磨削辛萍。

　　金剛石磨削是零件上加直流電流( 陽極為采用金屬結(jié)合劑的金剛石砂輪)，砂輪表面上砂輪與鈦粘結(jié)的陽極溶解作用維持了砂輪的切削性能羡藐。進行金剛石磨削可以是正極性電流（零件 —— 陽極贩毕，工具 —— 陰極），也可以是負極性電流（零件 —— 陰極仆嗦，工具—— 陽極）辉阶。根據(jù)試驗[2]，鈦合金零件金剛石磨削推薦下列磨削條件和參數(shù)：正極性電流瘩扼，砂輪V к=30… 32m/s,工件移動Sпр=0.17… 0.20m/s, 工件轉(zhuǎn)動S φ=1.05?10-2rad/s退旅，磨削厚度H =0.1… 0.2mm, 電壓U =4V，電解液為5%K3PO4 + 0.5%(NaPO3)6 +0.3%Na2CO3。獲得的基本結(jié)論是：對于鈦合金葉片呕长，金剛石磨削后葉片的葉背產(chǎn)生比砂帶磨削更大的殘余壓應(yīng)力疆逸，分布到更深的表層下。葉盆段則沒有發(fā)現(xiàn)2 種加工方式下殘余應(yīng)力的區(qū)別悯堂。磨削速度巢段、深度和加工區(qū)冷卻液供給量對零件表層殘余應(yīng)力數(shù)值和特點有影響，增加速度矗壹、深度和加工區(qū)冷卻液供應(yīng)不足時形成殘余拉應(yīng)力疯忽。

結(jié)束語

　　復(fù)合加工技術(shù)在難加工材料零件制造、高精度工件加工几郎、改善被加工零件表面質(zhì)量等方面的應(yīng)用交掌，已經(jīng)體現(xiàn)出了其自身的優(yōu)勢。航空產(chǎn)品制造領(lǐng)域一直是先進制造技術(shù)發(fā)揮作用的重要舞臺婆沟，隨著航空產(chǎn)品性能的提高便螟，關(guān)鍵零件的高精度、高可靠性要求更為嚴格唠摹，復(fù)合加工技術(shù)的不斷完善和發(fā)展必將為航空關(guān)鍵零件的制造提供更好的技術(shù)支撐爆捞。 
 

（中航工業(yè)北京航空制造工程研究所 王焱）

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