航空发动机典型零件加工技术及装备探讨

航空发动机典型零件加工技术及装备探讨（精选4篇）

1.航空发动机典型零件加工技术及装备探讨 篇一

大型航空结构件数控加工装备与先进加工技术

本文从航空结构件的发展特点出发,结合国内外航空制造业现状,对大型飞机结构件的`数控加工装备及数控加工技术进行探讨,论述了当前大型航空结构件数控加工装备的发展方向及先进数控加工技术.

作 者：韩雄 汤立民 Han Xiong Tang Limin 作者单位：成都飞机工业(集团)有限责任公司数控加工厂;国防科技工业高效数控加工技术研究应用中心刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(1)分类号：V2关键词：

2.航空发动机典型零件加工技术及装备探讨 篇二

一、引言

随着航空领域对航空发动机性能要求的逐渐提高和数控加工技术的广泛应用，航空发动机零件逐渐向高性能、高精度的方向发展，采用传统编程方式造成的加工周期长、效率低及加工质量差等成为制约航空发动机零件研制的主要因素。究其根源，主要有以下几方面原因：（1）编程质量的好坏主要取决于编程人员的经验和专业水平，导致程序质量参差不齐；（2）系统只能通过交互方式点取产品几何信息，且缺乏数控编程资源库支持，无法自动获取加工区域信息、自动选取刀具和切削参数，自动化程度低；（3）编制的程序可移植性差，刀具轨迹的生成完全依赖于实际加工模型，即使非常相似的两个零件，也需要重新建立加工坐标系、几何体、选择切削参数等，编程效率较低，编程人员的重复劳动较大。研究和开发一套适用于航空发动机零件的快速编程系统，提高数控程序自动化编制水平已经成为当务之急。针对以上问题，本文提出了一种基于特征的车加工快速编程技术，采用向导指引的方式，以特征为基本加工单元，建立一种从加工特征识别、切削区域化分、切削参数加载到刀具轨迹生成半自动化快速编程机制，有效地提高车加工数控程序编制的效率和质量。

二、特征定义与识别技术

1.特征定义

“特征”一词在工业领域中最早出现在 1978年美国麻省理工学院 Gossard DC教授指导的一篇学士学位论文“CAD中基于特征的零件表示”中。不同的专业领域对特征有不同的定义，至今仍未有一个严格、完整的定义。在机械加工领域，特征是指在一定加工要求下，能够用相同或相类似加工手段加工出来的具有一定形状特征的零件部位。由此可以看出，加工特征不仅包含了零件的几何信息，还包括了加工方法和切削参数等制造信息，是 CAD/CAPP/CAM信息的集成（图 1）。

2.机匣零件车加工典型特征分类

航空发动机机匣是发动机中的壳体、框架类零件，是飞机发动机的重要承力部件，属于静子部件，主要作用是承载发动机零组件重量、承受轴向和径向力的作用。航空发动机机匣类零件种类繁多，结构复杂，按设计结构可以分为两大类，即环形机匣和箱体机匣。

本文主要针对环形机匣进行研究探讨，主要车加工区域为机匣内腔。通过对几类典型环形机匣进行全面分析，将内腔的加工特征分为以下 3类：内圆面、T形槽端部和 T形槽底部，每类加工特征根据具体细节的不同可继续细分，如内圆特征可分为直面内圆和斜面内圆两种，本系统研究的机匣类零件典型特征分类如图 2所示。为了便于特征的检索和特征库资源的管理，对每种加工特征赋予一个指定的编码，通过对特征编码进行检索可以快速定位待识别特征以及对特征库的系统管理。

3.特征识别技术

特征识别技术的作用是从零件的设计模型中提取具有特定结构和特定工艺属性的几何形状的一种手段，具体识别流程如图 3所示。目前，常用的特征识别方法主要有两种，一种是基于边界匹配的特征识别方法，另一种是基于立体分解的特征识别方法。

基于边界匹配的特征识别方法是通过对零件的边界进行识别，来匹配预定义的特征。具体步骤如下：（1）拾取特征的边界信息对特征进行定义；（2）搜索待识别零件的边界表示，将其与定义的特征进行匹配；（3）确定识别的特征参数，构造完整的特征几何模型。这种方法的关键是对特征边界模式的定义和特征搜索策略的确定。

基于体分解的特征识别方法基本步骤如下：（1）首先对零件模型进行分解，将其分解为凸体的集合；（2）通过对分解的凸体进行重新组合，产生对应于特征的体元；（3）对特征体元进行分类，确定特征的类型，建立特征的体表示。

基于体分解的特征识别方法与基于边界匹配的特征识别相比，对识别相交特征和曲面特征有相对优势，但是总体上效率较低。因此，本系统采用基于边界匹配的特征识别技术，并将其应用到 NX软件的 MKE模块实现特征识别。

三、基于特征的车加工快速编程系统框架

为适应航空发动机零件数控编程自动化和智能化的要求，本文在 NX平台的 CAM模块中，将智能编程的思路引入到系统中，集成加工特征识别、切削参数加载和工艺资源知识库，建立了基于特征的车加工快速编程系统，系统框架如图 4所示。

步骤 1：模型预处理工作，在 NX软件中将设计模型和毛坯模型按照设计要求装配在一个部件文件中，并对模型的典型特征进行确定，完成后台典型特征的特征识和加工规则程序的编制。

步骤 2：调用车加工快速编程系统，识别零件的典型加工特征。

步骤3：调用加工规则程序，选取特征所属的加工模块，实现切削区域的自动化分、切削刀具的自动调用和切削参数的自动加载，并生成刀具轨迹。

步骤 4：对步骤 3中生成的刀具轨迹按照实际加工需要进行排序。

步骤 5：对刀轨程序进行后置处理和仿真优化，优化后的程序即可用于实际生产加工中。

1.加工向导定制

本系统采用 NX中的加工向导构造器模块（ProcessStudio Author），创建车加工向导。在加工向导构造器模块把典型零件加工的编程过程定制成向导模板，形成标准的流程，用户根据向导的指引可以快速完成坐标系的创建、刀具、加工方法的选取等操作，极大地缩减了重复性的工作。用户还可以根据实际需求定制加工向导，实现较为复杂的工作。对于经验不足的编程人员可以直接选取合适的加工向导，根据指引完成加工程序的编制，既保证了程序的质量，又缩短了程序编制周期。本系统设计的车加工向导如图 5所示。

2.辅助工具

在 NX软件的加工模块中无法实现建模功能，在机匣类零件编程过程中通常需要创建辅助线或辅助面才能够实现一些程序的编制，这就需要编程人员在建模模块和加工模块不停的切换，给编程人员的工作带来了极大的不便。本系统采用在 NX加工模块嵌入简单建模功能解决了上述问题。图6所示为在建模环境下调用拉伸命令。

3.数据库文件

航空发动机机匣类零件结构复杂，加工特征种类较多，为了能够实现零件数控程序的快速准确编制，需要丰富的数据库作为支持，将成熟的加工经验和典型加工方法固化下来，作为特征识别和程序编制的依据。数据库主要由以下几部分组成。

（1）加工特征库：存储各类零件的典型加工特征，作为特征识别模块的基础特征（图 7）。

（2）加工刀具库：存储刀具的主要参数，包括刀具的类型、形状和主要参数，便于编程时准确快速的调用所需的刀具。

（3）加工规则库：存储各个典型特征各加工程序所需要的加工策略，使用 NX中的 MKE（加工知识编辑器，Machining Knowledge Editor）模块实现对加工规则的编制，通过对加工规则的调用可以实现数控程序的自动生成。

（4）加工向导库：存储定制的向导模版，用户可以根据具体的加工需求从库选择合适加工向导进行数控程序的编制。

在实际编程过程中，编程人员根据具体需求从数据库中选择合适的模板文件进行程序编制，即可以提高编程效率，又能够保证编程质量。同时，编程人员还可以将常用的具有代表性的特征按照工作需求添加到数据库中，对数据库进行不断的丰富和完善，使编制出的加工向导和加工规则在更大的范围内发挥作用。

四、典型机匣类零件车加工快速编程实例

基于以上研究分析，本文应用航空发动机机匣零件（图3）对车加工快速编程工具进行验证。

首先，根据该机匣件的结构特征，将内腔提取为 3个典型特征，进入快速编程工具车加工向导模块（图 8a），完成坐标系和车加工几何体的创建。其次，对典型特征进行识别，完成加工特征模板的调用（图 8b）。再次，调用加工规则程序，完成加工程序的创建（图 8c）。最后，根据实际加工需求，对生成的加工程序进行合理的排序，即完成该机匣件内腔车加工程序的创建。

五、结语

3.航空蜂窝芯零件数控加工工艺 篇三

航空蜂窝芯零件数控加工工艺

通过分析航空航天领域蜂窝芯零件的加工制造工艺,指出加工过程中的固持方法以及数学模型的建立方法是保证蜂窝芯零件制造精度和提高蜂窝芯零件加工效率的`关键环节.在研究目前纸基蜂窝芯零件固持方法以及数学模型建立方法的基础上,提出了一种基于蜂窝夹层结构件铺层表面数据测量的数学模型建立方法.

作 者：吴福忠 连晋毅 作者单位：绍兴文理学院工学院刊 名：航空制造技术 ISTIC英文刊名：AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(7)分类号：V2关键词：蜂窝芯 数控加工 固持方法

4.航空发动机典型零件加工技术及装备探讨 篇四

究

以安装体典型仪表壳体类零件为例，研究其数控加工工艺，提出数控加工过程中的加工工艺路线的确定原则、选择要点及数控加工工艺设计的方法，以保证加工质量，提高生产率。

仪表壳体类零件，大都是整块仪表装配的支撑骨架，对整块仪表的使用性能有着重要的影响。它们都具有复杂的外型、内腔，严格的尺寸公差和形状位置公差，壁薄且壁厚不均匀，极易发生变形。随着工厂的发展要求及新产品、新材料的出现，对仪表壳体类零件的要求也越来越高，要提高产品质量，缩短生产周期，必须采用数控设备进行综合加工，并确定优化的数控加工工艺方案。本文以上安装体零件为例，分析并讨论了数控加工工艺规程设计中遇到的问题，为更多从事仪表壳体类零件加工领域的工作人员提供一定的帮助，以提高产品质量，提高数控机床的生产率。1 零件结构分析

上安装体材料为LYl2CZ，属单件小批量生产，毛坯采用型材，以降低其成本提高生产效率，节约研制时间。对零件进行结构分析，主要包括以下几个方面：

(1)零件主次表面的区分和主要表面的保证。对底面

孔属于6级精度，粗糙度Ra0．8μm，需要采用粗车、半精车、精车加工才能达到要求。

(2)重要技术条件的分析。孔

有同轴度φ0．02的要求，关系到装配位置，其精度直接影响到组件的安装及仪表的使用性能。

(3)零件图上表面位置尺寸的标注。上安装体的长度尺寸都以φ73的右端面为基准，所以在工艺规程的编制中工序长度尺寸尽量与其保持一致。

(4)零件技术要求的分析。零件技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等。图1所示为上安装体零件的三维造型图。

图1 三维造型图

工艺规程制定

零件的数控加工工艺流程通常为：零件图→分析图样确定加工工艺过程→编写工艺规程→确定NC加工工序→数值计算→编写程序单→机械CAD→机械CAM→程序校验→制备控制介质→首件试切→调整程序及机床→成批加工→成品。

2．1工艺路线的制定

划分工序与加工路线的确定直接关系到数控机床的使用效率、加工精度、刀具数量和经济性等问题，应尽量作到工序相对集中，工艺路线最短，机床的停顿时间和辅助时间最少。安排工艺路线时除通常的工艺要求外，本例重点考虑以下因素：

(1)保证加工质量，划分加工阶段

工件在粗加工时，切除的金属层较厚，切削力和夹紧力都比较大，切削温度也比较高，将会引起较大的变形。按加工阶段加工，粗加工造成的加工误差可以通过半精加工和精加工来纠正，从而保证零件的加工质量。同时合理使用设备，既能提高生产率，又能延长精密设备的使用寿命。

(2)合理安排热处理及表面处理工序

热处理可提高材料的机械性能，改善金属的加工性能及消除内应力。鞍支架的热处理工序安排在粗车和铣削加工去除余量以后进行高温时效、低温时效，主要目的是消除材料加工后产生的内应力。为了提高零件的抗蚀能力、耐磨性、抗高温能力和导电率等，一般都采用表面处理的方法，表面处理一般安排在过程的最后进行。对于精度要求高的表面，表面处理后会影响其尺寸精度，一般表面处理后进行精加工工序，以保证尺寸精度和表面粗糙度。上安装体的表面处理工序在对(3)数控加工工艺与普通工序的衔接

进行精加工工序之前。

数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。

综合以上原则，鞍支架的工艺路线安排如下：

2．2加工误差分析

就制造工艺过程而言，产品质量主要取决于零件的制造质量和装配质量。零件的制造质量一般用几何参数(如形状、尺寸、表面粗糙度)、物理参数(如导电性、导磁性、导热性等)、机械参数(如强度、硬度等)及化学参数(如耐蚀性等)来表示。上安装体加工误差产生的原因主要有：

(1)机床误差的影响 影响机床加工精度的主要因素有主轴的回转精度、移动部件的直线运动精度以及成形运动的相对关系。主轴的回转精度通常反映在主轴径向跳动、轴向窜动和角度摆动上，它在很大程度上决定着被加工表面的形状精度。本例采用的铣式加工中心机床是UMC600万能加工中心，它的机床精度目前是国际上机械加工类机床中顶尖级的，其各项技术指标都在0．001mm之内。对于上安装体的加工精度影响较小。

(2)夹具定位误差分析

上安装体的加工用夹具采用1个大平面和1个定位销(菱形销)及1个圆柱销定位。1个圆柱销限制x和y的移动及1个大平面限制z的转动和移动，定位销(菱形销)限制了x和y的转动，满足了六点定位原理。经定位误差分析计算，能满足零件加工精度要求。夹具简图如图2所示。

2．3规划加工刀具路径

规划上安装体几何图形外形加工刀具路径包括加工坯料、对刀点的确定、加工几何图形的选择、加工刀具的选择及刀具参数的设置等内容。2．3．1加工坯料及对刀点的确定

在规划上安装体几何图形外形加工刀具路径前，先利用Mastercam系统提供的边界框命令确定加工几何图形所需要的坯料尺寸，并将图形中心移到系统坐标原点，便于加工时以图形中心对刀。在加工时，工件在机床加工尺寸范围内的安装位置是任意的，要正确执行加工程序，必须确定工件在机床坐标系中的确切位置。对刀点是工件在机床上定位装夹后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置的参考点。在工艺设计和程序编制时，应以操作简单、对刀误差小为原则，合理设置对刀点。

2．3．2规划加工刀具路径

规划上安装体几何图形加工刀具路径主要包括刀具的选择、刀具参数的设定、加工顺序的选择、加工参数(安全高度、下刀方式、补偿方式、补偿量、切削量等)的设定。

铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。根据被加工工件材料的热处理状态、切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率并获得满意加工质量的前提条件。加工路线的选择主要应考虑：

(1)尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产率；

(2)保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求；

(3)有利于简化数值计算，减少程序段的数目和编程工作量；

(4)切削用量的具体数值应根据数控机床使用说明书的规定，被加工工件材料、加工工序以及其它工艺要求，并结合实际经验来确定。实体加工模拟

在对上安装体几何图形进行实际加工前，利用Mastercam9．0计算机软件提供的实体加工模拟功能进行电脑实体加工模拟，最大限度的降低能源和材料消耗，提高加工效率。

MasterCAM系统对上安装体几何图形所规划的加工刀具路径及刀具参数设置等资料产生的一个刀具路径文件，MasterCAM系统称其为NCI文件。它是一个AscII文字格式文件，含有生成的NC代码的全部资料，包括一系列刀具路径的坐标值、进给量、主轴转速、冷却液控制指令等，但它无法直接应用于CNC机床，必须先通过后处理程序P0ST转成NC代码后才能被CNC机床所使用。