航空典型零件結(jié)構(gòu)的高性能銑削工藝研究

冀 翔

摘要：制造業(yè)現(xiàn)在面臨的問題就是如何快速有效的提高切削加工的效率，途徑之一就是提高切削加工參數(shù)。高速切削加工就是應(yīng)這一要求而發(fā)展起來的一種加工手段，現(xiàn)已廣泛地被應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，然而一味的提高切削速度勢必會對機(jī)床提出更高的要求，而更換一臺高性能機(jī)床的成本偏高，并不適合現(xiàn)在的生產(chǎn)行情，因此，本文通過大進(jìn)給銑削工藝用于鈦合金零件的加工中以觀其效。

關(guān)鍵詞：航空零件結(jié)構(gòu)；銑削工藝

航空典型零件結(jié)構(gòu)的高性能銑削工藝研究

冀 翔

摘要：制造業(yè)現(xiàn)在面臨的問題就是如何快速有效的提高切削加工的效率，途徑之一就是提高切削加工參數(shù)。高速切削加工就是應(yīng)這一要求而發(fā)展起來的一種加工手段，現(xiàn)已廣泛地被應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，然而一味的提高切削速度勢必會對機(jī)床提出更高的要求，而更換一臺高性能機(jī)床的成本偏高，并不適合現(xiàn)在的生產(chǎn)行情，因此，本文通過大進(jìn)給銑削工藝用于鈦合金零件的加工中以觀其效。

關(guān)鍵詞：航空零件結(jié)構(gòu)；銑削工藝

1.航空典型零件結(jié)構(gòu)

通常航空類零件的材料去除量都在90%以上，大量的材料去除勢必要求提高切削加工效率。現(xiàn)有航空典型零件的結(jié)構(gòu)如下：

(1)封閉槽腔。封閉槽腔結(jié)構(gòu)是航空零件減輕重量的重要途徑，主要涉及到粗加工時如何下刀、沿槽腔四周的環(huán)切、轉(zhuǎn)角等的加工情況，以及封閉槽腔精加工時的腹板加工、沿槽腔四周和轉(zhuǎn)角部位的加工殘留等情況。

(2)開口槽腔。開口槽腔也是零件減負(fù)的途徑之一，主要涉及到粗加工時從零件外水平進(jìn)刀、徑向滿刀切削、沿槽腔四周的環(huán)切、轉(zhuǎn)角等的加工情況，以及開口槽腔精加工時的腹板加工、沿槽腔四周和轉(zhuǎn)角部位的加工殘留等情況。

(3)轉(zhuǎn)角與底角。轉(zhuǎn)角與底角是槽腔類零件的必要結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)角與底角的加工質(zhì)量不易保證，通常會出現(xiàn)振紋、拉刀、刀具折損等問題，因此，對于轉(zhuǎn)角與底角，主要考察加工殘留的方法與質(zhì)量。

(4)三角小槽腔與銳角。三角小槽腔與銳角是航空結(jié)構(gòu)件最為常見的難以保證加工表面質(zhì)量的部位，對于加工參數(shù)的選擇和走刀路徑的控制要求嚴(yán)格。

(5)型面。航空產(chǎn)品的外形一般比較復(fù)雜，型面就成為大多數(shù)零件涉及的典型結(jié)構(gòu)。而型面的加工一般通過行切來完成，行切表面質(zhì)量控制對型面加工效率的影響巨大，長期積累的經(jīng)驗表明型面行切耗時長，影響整個零件的加工效率。

(6)清角。型面行切通常會在行切底部有殘留，這就需要清角去除殘留，而清角極易引起接到臺階等表面問題，且一般效率比較低，對整個零件的加工效率也有影響。

2.航空典型零件的大進(jìn)給銑削工藝驗證

大進(jìn)給銑削作為一種以高材料去除率為目的的加工方式，能在現(xiàn)有的生產(chǎn)水平上實現(xiàn)生產(chǎn)的最大化，非常具有應(yīng)用前景。因此，本文將用大進(jìn)給銑削工藝加工航空典型零件結(jié)構(gòu)以及將大進(jìn)給銑削這一思想(即增大每齒進(jìn)給量)用于半精加工和精加工以提高整個零件的加工效率。

2.1 航空典型零件結(jié)構(gòu)的粗加工

航空零件結(jié)構(gòu)的特點要求粗加工階段在盡可能短的時間內(nèi)去除最多的材料。圖2.1為采用大進(jìn)給銑削工藝加工的航空典型零件結(jié)構(gòu)。由圖可見，采用大進(jìn)給銑削工藝加工的封閉槽腔和開口槽腔表面質(zhì)量都滿足粗加工的要求，腹板和型面轉(zhuǎn)角都比較平整干凈，側(cè)壁和垂直轉(zhuǎn)角(銳角)處除了有少量的切屑粘附外都符合要求。

圖2.1 航空典型零件結(jié)構(gòu)

2.2 航空典型零件結(jié)構(gòu)的精加工

航空典型零件結(jié)構(gòu)的加工難點在于轉(zhuǎn)角的加工。精加工不僅要滿足加工質(zhì)量的要求，同時也需要提高加工效率。基于大進(jìn)給銑削的思想，可以考慮提高銑削用量來提高加工效率，在此主要指增大每齒進(jìn)給量。在相同條件下加工不同角度的轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)角的角度越大越利于保證加工質(zhì)量。拉刀痕跡對于半精加工而言是允許出現(xiàn)的，也不會影響后續(xù)精加工的順利進(jìn)行，最重要的是能在一定程度上提高加工效率。在半精加工后采用每齒進(jìn)給量≤0.03mm/z進(jìn)行精加工，轉(zhuǎn)角處的加工質(zhì)量良好，滿足了精加工的要求，而且通過每齒進(jìn)給量的增大，在很大程度上提高切削加工的效率，縮短了加工周期，進(jìn)而降低了生產(chǎn)的成本。

3.大進(jìn)給銑削加工程序的優(yōu)化方案

大進(jìn)給銑削加工工藝，其采用較小的軸向切深，與普通銑削之間的工藝差異必然導(dǎo)致其所使用的加工程序有所不同。

根據(jù)大進(jìn)給銑削加工方式的特點，即主要是通過底刃發(fā)揮切削功能。斜線軌跡進(jìn)刀和螺旋軌跡進(jìn)刀，在刀具實現(xiàn)軸向下刀的同時，還有水平方向(即垂直軸向)的走刀，這兩種下刀方式適合底刃切削能力較弱的刀具，可以避開刀具中心無切削刃部分與工件的干涉，因此這兩種方式更適用于大進(jìn)給銑削。

數(shù)控加工鈦合金的程序通常都是分層執(zhí)行的，傳統(tǒng)的切削方式層數(shù)少，不會考慮層間程序的過渡，基本上都是在每一層加工完成后退回到安全平面，而大進(jìn)給銑削的特殊性決定了這種加工方式的切削層數(shù)成十成百的增加，每一層加工完成退回到安全平面必然會增加空運行的時間，給加工效率的提高帶來不利影響。

為了減少由于層間過渡增加過多空運行時間，在大進(jìn)給銑削時可以采用如圖3.1所示的兩種層間過渡程序進(jìn)行執(zhí)行。

圖3.1 程序?qū)娱g過渡形式

圖3.1(a)所示的是在程序編制時定義最小安全平面，使得刀具在每層加工完成后僅在最小安全平面與下次的加工切削軌跡之間行走，避免了最小安全平面與整個零件的安全平面的空運行軌跡，進(jìn)而節(jié)省了程序運行的時間，即提高了加工效率；圖3.1(b)是在圖3.1(a)的基礎(chǔ)上不再設(shè)置最小安全平面，而是直接進(jìn)入下一層的進(jìn)刀，可以進(jìn)而省去退回最小安全平面的空運行，此種進(jìn)刀方式通常不用于傳統(tǒng)的大切深強(qiáng)力切削當(dāng)中，主要是由于切深大，相對較短的下刀距離會致使刀具底刃的切削量過大，對刀具產(chǎn)生不良影響，同時也難以控制已加工表面的質(zhì)量，而大進(jìn)給銑削工藝的特點就是采用很小的軸向切深，相較而言，這樣的下刀距離是可以滿足切削的要求，也可以保證加工過程的安全。

程序的層間過渡在提高切削加工效率上的能力有限。環(huán)切軌跡的程序編制和執(zhí)行簡單，并且空運行程序少，有效切削比例高，與大進(jìn)給銑削工藝提高切削加工效率的目標(biāo)一致，因此，比較適合大進(jìn)給銑削的程序編制。

結(jié)論

通過分析航空典型零件結(jié)構(gòu)的加工特征，提出了采用大進(jìn)給銑削的工藝進(jìn)行加工。基于大進(jìn)給銑削工藝的特殊性，分別從進(jìn)刀、程序的層間過渡和程序的行間過渡進(jìn)行了分析，從分析結(jié)果看，大進(jìn)給銑削垂直方向的進(jìn)刀可選擇斜線軌跡和螺旋軌跡兩種方式下刀。由于大進(jìn)給銑削會大大增加程序執(zhí)行的層數(shù)，可以通過定義最小安全平面和直接進(jìn)入下一層的進(jìn)刀兩種方式實現(xiàn)程序的層間過渡，以減少層間過渡產(chǎn)生的空運行。

[1] 張憲編譯. 高進(jìn)給銑刀及其在高效粗銑加工中的應(yīng)用. 工具展望，2005，(6)∶ 18～20.