航空发动机机匣数控加工技术研究

2024年3月28日发(作者：月寒)

航空发动机机匣数控加工技术研究

摘要：机匣是航空发动机中的重要组成部分，其设计与制造技术对于航空工

业的发展起着关键性的作用。航空发动机的机匣结构部件能否得到全面的精细化

加工，直接关系到发动机的整体结构坚固与安全性能。数控加工工艺能够保证机

匣加工的尺寸参数准确，有效节约了机匣加工的操作实施成本。可见，数控加工

的智能控制技术应当全面应用于加工生产过程。

关键词：航空发动机机匣；数控加工；技术运用要点

1发动机机匣分类

航空发动机的机匣一般可以根据设计结构、功能及材料进行划分。机匣类零

件如果按照设计结构可以分成两大类，即环形机匣和箱体机匣。环形机匣可以进

一步分成整体环形机匣、对开环形机匣和带整流支板的环形机匣。其中，整体环

形机匣，例如燃烧室机匣、涡轮机匣等；对开机匣，例如压气机机匣；带整流支

板的机匣，例如进气机匣、中介机匣、扩散机匣等；箱体机匣，例如附件机匣、

双速传动壳体。机匣如果按功能进行分类，在涡喷发动机上，有进气处理机匣、

低压压气机机匣、高压压气机机匣、燃烧室机匣、轴承机匣、涡轮机匣、加力燃

烧室机匣、中央传动机匣、附件机匣等；在涡扇发动机上，与涡喷发动机上不同

的机匣还有进气机匣、风扇机匣、中介机匣、涡轮后机匣、外涵机匣等。

2航空发动机机匣的组成结构特征

目前航空发动机的机匣零件主要包含了箱体机匣以及环形机匣，发动机机匣

的完整结构应当包含机匣本体与静子叶片两个组成部分。发动机机匣的关键结构

材料主要包含钦合金、铝合金、复合材料、高强度钢材、耐高温性质的特殊合金

材料。现阶段的航空发动机型号规格呈现出丰富多样的总体发展特征，因此决定

了机匣传统结构应当实现全面的更新优化。

3发动机机匣加工工艺策略

3.1面向加工的机匣参数建模

机匣的参数建模需要根据具体机匣结构特征进行。首先需要进行机匣零件的

结构特征分析，根据结构形状，结合加工特点及形体特征划分特征单元，并分解

成基本的特征系。其次，根据建立的基本特征系之间的关联关系或者约束条件，

建立关联表达式和特征分叉树。最后，分析各特征所依赖的基准关系及约束关系，

在这些基础上确定形位尺寸加以数值约束，并由此创建机匣的机体特征，在机体

特征上进一步创建附加特征。机匣是一个典型的回转壳体类零件，其基本特征就

是截面回转特征，该截面可以采用参数化草图方式表达，因此，可以看做是主特

征。而其余特征均是基于回转特征创建，可以看做是子特征。面向制造而言，主

特征又包含了外形和内形特征系。外形特征系包含有安装边、回转壳体、台阶面

等。其中回转特征系最为复杂，包含的结构特征最多。例如，在特征区域下，包

含了安装孔特征系、腔槽特征系、凸台特征系等。这些特征系构成了最基本的加

工制造单元，内形特征系包含了前安装边、后安装边和回转内腔特征系。前后安

装边包含了机匣加工过程中最重要的加工基准特征。通过具体的结构分析与特征

分解、基准体系分析过程，以面向制造为单元建模，借助通用三维设计平台（例

如UG、CATIA等）可以快速构建机匣类复杂回转壳体零件的参数化几何模型。

3.2合理优化机匣加工路线

机匣加工路线只有得到了科学合理的改进优化，才能为机匣加工的整体质量

提供更为有效的保障。在此前提下，对目前机匣加工的技术实施路线应当进行必

要的创新，确保将数控工艺手段融人贯穿于机匣加工过程。具体在制作机匣毛坯

的操作实施步骤中，应当综合考虑机匣毛坯焊接与组装的各个流程技术要点，确

保合理预留装夹位置。装夹操作实施的前提在于实现准确的装夹节点定位，这就

必须要保证装夹定位的外圆结构达到最基本的端面尺寸要求，避免出现装夹定位

实施中的尺寸错误。加工机匣的工艺路线应当严格按照先粗后精的基本实施要求，

确保经过粗加工与精细化加工来保证机匣尺寸定位的准确性。具体钊一对于粗加

工的先期处理工艺而言，关键应当落实在控制加工效率，确保运用合理的技术方

法来提升粗加工的操作实施效率。相比而言，技术人员对于精细化的机匣部件加

工过程应当严格限定加工尺寸的错误，尽可能消除机匣加工的尺寸误差。在热处

理的工艺流程中，关键就是要准确判断机匣部件的表面变形风险，通过实施阶段

性的表面变形控制技术来确保机匣尺寸的精度提高。

3.3构建机匣数控加工的信息化模型

近年来，仿真建模软件正在被普遍用于机匣数控加工的操作处理过程。机匣

数控加工的全面实施过程不能缺少数控加工的立体化模型作为必要支撑，旨在实

现机匣加工的各个部位尺寸调整控制效果。按照现有的机匣加工尺寸精度控制要

求，数控加工过程中的机匣铣刨余量应当限定在0.3mm以内，风扇机匣的车削余

量应当避免超出(0.2mm）通过实施精确化的机匣尺寸精度误差控制，应当能够有

效确保经过合理优化以及全面调整后的机匣加工质量达标。

4制造技术的发展

近年来，航空制造技术发展突飞猛进，在三新件、高速切削、虚拟制造技术、

高效加工技术、网络加工技术、数字化车间等多个方面发展尤为迅速。

4.1新材料、新结构、新工艺

制造技术和材料在新一代航空发动机性能提高中的贡献率为50%~70%，在发

动机减重方面的贡献率占70%~80%，充分表明先进的材料和工艺是航空发动机实

现减重、增效、改善性能的关键。未来应基于新材料、新结构、新工艺零件的数

控加工技术进行深入研究，重点关注材料硬度大、结构复杂的机匣零件，确保机

匣件的数控加工技术满足先进的材料及结构应用需求。

4.2高速切削技术与高速数控机床。

随航空发动机产量增加与结构复杂性的提高，由于高速切削技术有更快的刀

具速度及进给率，目前逐渐成为现代航空复杂薄壁整体构件机械加工的最重要手

段。而按萨洛蒙曲线规定，如果切削速度达到一定速度，其切削温度反而会比传

统切削温度更低一些。未来将继续探讨高速数控机床与高速切削技术的应用场景，

综合提高机匣件的加工效率及质量。

4.3虚拟制造技术。

虚拟制造技术主要指在设计阶段开展技术仿真研究，通过对加工过程进行建

模以及仿真，模拟产品加工过程中可能出现的问题以及加工难点，从而实现设计

改良优化，真正实现设计工艺一体化，以提高科研产品可制造性。以仿真技术为

基础的虚拟制造技术能够大幅缩短产品的研制周期，提高产品合格率，是科研产

品设计研发过程中非常关键的环节。

4.4高效加工技术。

高效加工是在保证零件精度和质量的前提下，通过对加工过程的优化和提高

单位时间材料切除量来提高加工效率和设备利用率、降低生产成本的一种高性能

的先进加工技术，其实高效加工也包含了高速加工。在高效加工过程中，刀具直

接与工件接触，从工件上切除一部分材料，从而满足设计图纸要求的尺寸及公差

要求。因此，刀具是高效加工技术中最具有战略意义的重要工具，只有不断研究

先进的刀具才能满足航空发动机日益增加的产量及新材料的应用程度。

结语

航空发动机机匣空间结构形状较复杂，材料加工难度大，零件表面加工精度

要求高，而航空发动机需求量逐年递增。为了提高加工效率与产品质量，促进数

控加工的工艺思路优化是首要任务。目前阶段应当着眼于数控加工中的刀位轨迹

控制，确保机匣加工的工艺路线得到合理的优化。未来将持续开展新的数控加工

技术研究，综合提高航空发动机机匣数控加工技术水平，实现产品自动化、数字

化高效率、高质量、低成本的加工。

参考文献

[1]马建宁,张定华,王增强,等.大型飞机用发动机的特点及关键制造技术[J].

航空制造技术,2022(13):56-60.

[2]于志涌.航空发动机机匣加工工艺探讨[J].科技创新与应

用,2021(17):103

[3]任军学,杨俊,周金华,等.航空发动机机匣数控加工变形控制方法[J].航

空制造技术,2022(23/24):96-99.

[4]薛亮,赵芳亮,申德国,等.高温合金薄壁机匣加工技术[J].科技传

播,2021(8):206-207.