复合加工的常见形式及其典型应用

　　通常所说的复合加工技术具有2 种含义，一种是以能量或运动方式为基础的不同加工方法的复合;另一种是以工序集中原则为基础的机械加工工艺为主的复合，这是数控加工领域近年来快速发展的高效率加工方式。

　　复合加工技术主要解决2 个方面的问题：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。目前，复合加工技术已经在航空、航天、兵器和原子能等工业领域中难加工材料的高效加工中逐步进入广泛应用阶段。近代迅猛发展的精密机械和电子工业中大量使用硬脆材料( 如硬质合金、陶瓷、光学玻璃和宝石等) 和晶体材料( 如半导体晶片、单晶体和蓝宝石晶体)，复合加工技术更有了新的用武之地，可以对陶瓷、玻璃和半导体晶片等硬脆性材料以经济、可靠的方法实现高的成形精度和极低的表面粗糙度，并可使表面及亚表面层晶体结构组织的损伤减少至最低程度。

　　复合加工的基本形式

　　复合加工技术可以划分为机械复合加工、电化学复合加工、电火花复合加工、超生复合加工、磨料水射流加工、化学机械抛光[1]，按照上述分类，复合加工方法的基本含义概括起来如表1 所示。在普通精度机械制造领域，以常规机械加工、电化学加工、电火花加工为主的复合加工方法最为常用。近年来随着数控技术的发展和产品零件整体化设计方法的广泛应用，机械加工领域的车铣复合、铣车复合加工、切削—电加工复合加工方法得以快速发展，成为支持现代航空产品加工的重要手段，新型复合加工设备的不断推出，有力地支持了复合加工技术的发展和应用。

　　以工序集中为基础的复合加工方法

　　以工序集中为基础的复合加工是机械加工领域采用的典型复合加工方法，通常是在一次定位装夹中，在一台设备上完成车、铣、钻、镗、攻丝、铰孔、扩孔等多种切削加工要求。这种复合加工方法的最突出特点是工件加工工序集中、一次装夹可实现多种结构要素的加工，减少了工件定位装夹次数、消除工件周转等待时间，可以消除工件多次装夹定位造成的误差累积，有利于保证工件上关键要素的位置精度要求，同时缩短了工件的生产周期。

　　以工序集中为基础的复合加工技术一直与机床结构发展密切相关。从19 世纪40 年代转塔车床、20 世纪初期组合机床的广泛应用，到20世纪50 年代出现的三轴数控铣床、带有刀具自动交换装置的加工中心的出现，有力地推动了工序集中的复合加工加工方法的发展。20 世纪80年代中后期，随着加工中心功能和结构的完善，显示了以工序集中原则为基础的数控机床的优越性，开始出现车削中心、铣削加工中心、磨削中心等，但这些加工方式仍然限定在同一种加工方式上，尚不能称为真正意义上的复合加工方法。20 世纪90 年代后期开始出现了车铣复合中心、铣车复合中心、车铣磨复合中心等以及配有夹持工件机械手的多动力头加工单元( 如瑞典Transflex 型机床，加工过程中以工件送进方式到达配有不同刀具的动力头处进行加工，实现多工序“复合”)，这种不同切削加工方法的复合才真正成为了复合加工技术发展的一个新热点。

　　车铣中心以车削功能为主，并集成了铣削和镗削等功能，具有3~4 直线进给轴(车削原有的2 个直线轴、铣头增加的1~2 个直线轴)和2~3个回转轴(车削回转、铣削回转及铣头摆动)，且配有自动换刀系统。这种车铣复合加工中心是在三轴车削中心基础上发展起来的，相当于1 台车削中心和1 台铣削加工中心的复合(车削为主功能，铣削属于辅助功能)，可以在1 台车铣中心上，经过一次装夹，完成工件的车、铣、钻、镗、攻丝等加工，扩大了车削加工工艺范围。这类复合加工机床可以满足以回转结构要素加工为主的异形回转体零件高精度加工要求，是目前世界范围内最先进的机械加工设备之一。

　　铣车中心是一种以铣削功能为主，增加了工作台的回转功能以满足车削加工的需要，在保留原有3~5 轴运动方式基础上，将回转工作台作为车削回转轴，且配有自动换刀系统。这种铣车复合加工设备是在铣削加工中心基础上发展起来的，相当于1 台铣削中心和1 台车削中心的复合( 铣削为主功能，车削属于辅助功能)，可以在1 台铣车中心上，经过一次装夹，完成工件上槽、型面、开口、孔、外圆等结构的铣、车、钻、攻丝等加工，扩大了铣削加工工艺范围。这类复合加工机床可以满足以复杂型面及结构加工为主的回转体结构零件的加工要求，是近年来为满足燃气轮机、航空发动机、电站发电设备等动力机械零部件制造需求而逐步发展起来的先进机械加工设备。

　　以能量复合为基础的复合加工方法

　　以能量复合为基础的复合加工是为了满足精密超精密加工、难加工材料加工、特殊材料加工而采用的加工方法，通常是2 种或2 种以上工艺方法的组合，在一台设备上完成同一结构的加工。这种复合加工方法的突出特点是2 种或2 种以上能量复合，其主要特征是在加工过程中工具与工件之间没有显著的切削力，加工用的工具材料硬度可以低于被加工材料的硬度，能用简单的运动加工出复杂的型面。

　　以能量复合为基础的复合加工技术具有较长时间的发展历史，重点是电解、超声、电火花、热能等与机械加工复合，满足精密加工、特种材料加工、难加工材料加工的加工需求。典型的复合加工方法有：电解在线修整磨削、超声振动切削、电解磨削、电火花超声加工、化学机械抛光等。