飛機結構件高速銑削加工要點分析

劉鴻展

摘 要：飛機是工業制造領域中的集大成之作，隨著我國經濟的快速發展及工業實力的不斷增強，我國在飛機設計、制造領域中不斷前行突破并取得了顯著的成就。在飛機的加工制造中飛機結構件是飛機的骨架和氣動外形的主要零部件，其加工質量的好壞對于飛機的制造質量有著極為重要的影響。現今在飛機結構件的加工制造中主要采用的是高速銑削加工。文章在分析高速銑削加工特點的基礎上對如何做好飛機結構件的高速銑削加工進行分析闡述。

關鍵詞：飛機結構件；高速銑削加工；分析

前言

高速銑削加工是一種新興的零部件加工技術，其通過主軸高轉速、高進給、低切削量的加工方式在減小工件加工變形的同時提高工件的表面光潔度。飛機結構件是飛機的重要零部件，在現今的飛機結構件的銑削加工中多采用的是高速銑削加工技術，下文將在分析高速銑削加工特點的基礎上對飛機結構件高速銑削加工要點進行分析介紹。

1 高速銑削加工技術應用于飛機結構件加工中的優越性

現今在飛機結構件上所使用的材料主要有航空鋁合金、鈦合金和復合材料等幾個種類，在上述幾種材料中，航空鋁合金是使用最多也是最為廣泛的材料，其具有良好的切削性能但是在以往的切削加工中會產生粘刀、產生積削瘤等的問題。隨著鋁合金性能的改善現今的航空鋁合金的加工難度也在提升。鈦合金由于硬度高導致其加工性能較差。飛機結構件的尺寸大、工件薄、相對剛度較低，其在設計的過程中為了減重在強度設計時往往在結構件上形成復雜的腔、筋、臺等。由于飛機結構件的尺寸大、工件的結構較薄導致其在加工的過程中容易受力變形。對于復雜結構的飛機結構件對于其型腔主要采用的是數控銑削的加工方法。在傳統的飛機結構件的加工過程中主要按照：下料-銑平面-粗銑槽-精銑槽-孔加工-飛機結構件的外廓加工等的工序進行。整個加工過程中往往需要持續數天時間。在傳統的加工方式中由于切削轉速、速度較慢導致在飛機結構件的切削加工中容易切削變形。而對于鈦合金材質的飛機結構件的切削加工則由于鈦合金的硬度極高導致加工速度慢、刀具磨損嚴重。而采用高速銑削加工技術來對飛機結構件進行銑削加工則可以較好的解決上述問題。高速銑削加工采用的是高轉速、高進給、低切削量的加工模式，飛機結構件在高切削速度的模式下刀具的切削力大為降低，從而有效的減少了因切削加工力而導致的變形誤差，因此，高速銑削加工能夠在薄壁件和剛性較差的零件加工中取得良好的加工效果。此外，高速銑削加工將會使得切屑以較快的速度離開工件并在這一過程中帶走大量的加工熱有利于降低飛機結構件的內力和熱變形，從而提高飛機結構件的加工精度。在飛機結構件的高速切削加工中，高速銑削加工將能夠獲得良好的工件表面加工質量。通過試驗表明，在飛機結構件的加工過程中使用高速銑削加工將能夠有效的降低刀具的磨損，延長刀具的使用壽命。

2 飛機結構件高速銑削加工中的要點分析

2.1 做好飛機結構件高速銑削加工中對于刀具的選擇

飛機結構件高速銑削加工時由于轉速較高、進給較快因此在刀具的選擇時應當選擇高耐磨性、高抗彎強度和耐沖擊的刀具，同時要求刀具表面具有較高的光潔度，以降低刀具與鋁合金摩擦過程中所產生的熱粘結。在刀具的選擇中，飛機結構件的高速銑削加工主要采用的是超細硬質合金刀、帶涂層的硬質合金刀等。超細硬質合金刀具有較高的硬度、強度和韌性，能夠在飛機結構件高速銑削加工中獲得較為良好的加工效果。帶涂層的硬質合金刀其表面覆蓋有先進的硬質土層，從而有效的提升刀具的硬度、耐磨性和抗沖擊能力。硬質合金刀具根據刀具直徑和加工部位的不同可以將刀具分為可轉位式銑刀和整體式銑刀，PCD刀具是一種耐磨性、導熱性以及硬度都較強的刀具，因此其在對航空鋁合金進行加工的過程中能夠取得良好的加工效果，在刀具的選型上可以根據所加工鋁合金中所含有硅量的不同而選用不同粒度的PCD刀片。PCD是一種在干式綠色高速銑削加工中較為理想的加工刀具。需要注意的是在刀具的選擇上不得選用氧化鋁基陶瓷刀具完成對于鋁合金的加工，這主要是由于氧化鋁基容易與鋁合金產生粘結現象。此外，刀具的角度也會對刀具的加工效果產生較大的影響，在刀具的角度中前角會對刀具的使用壽命產生極大的影響。在粗加工時可以適當的減小刀具的前角以提高刀具的使用壽命，而精加工時則應當適當的增大刀具的前角。當對鈦合金材質的飛機結構件進行加工時，由于鈦合金的硬度較高且塑性較低導致切削加工時所產生的切屑與刀具的前刀面所接觸的時間和長度較短，因此應當選用小前角的刀具完成對于鈦合金材質工件的加工。在飛機結構件的高速銑削加工時將會使得刀具面臨著更為嚴峻的加工工況，在對硬質鋁合金材質的飛機結構件進行加工時其刀具的初期磨損主要以刀具微崩為主要損壞形式，而在后期則主要以刀面的片狀剝落為主要損壞形式。高速銑削加工對于刀具的磨損相較于普通銑削加工更為嚴重，造成這一現象的主要原因是由于飛機結構件高速銑削時會產生大量的切削熱和沖擊力。

2.2 做好飛機結構件高速銑削加工時銑削參數的確定

在高速銑削加工的過程中，銑削參數主要包括有飛機結構件銑削的深度、速度、進給速度等。在銑削參數的選擇上應當注意的是工件材料和刀具材料之間的匹配，從而最大限度的發揮飛機結構件高速銑削加工的加工特性。現今在高速銑削加工中較為常用的切削方案為：高切削速度、中進給量和小切削深度，但是在高速銑削加工的過程中對于高速銑削加工參數的設置需要從工件、刀具以及設備多方面進行綜合的考慮設置以便最大限度的確保飛機結構件的加工質量。對于鋁合金的飛機結構件在高速銑削速度的設置上控制在1000-7000mm/min的區間范圍內能夠取得較為良好的切削效果。根據飛機結構件切削時所使用的材質和刀具性能的不同在切削速度的設置上也有所差異，鋁合金中的硅的含量越高則切削速度越低。徑向切削深度和軸向切深，在飛機結構件的加工過程中從高速切削時的切削力、殘余應力等多方面對飛機結構件的加工參數進行考慮后應當選擇較大的軸向和徑向切深。在飛機結構件的切削方式上刀具應當采用順銑加工的方式進行銑削，刀具在進入時緩慢切入以降低刀具對于飛機結構件的徑向力。在對飛機結構件的型面進行銑削加工時可以采用分層切削、小切深、中進給的加工方式，在對飛機結構件的內部型腔進行加工時對于飛機結構件型腔中的拐角部分需要采用擺線切削的加工方式，以避免在飛機結構件的加工過程中切削力增大而導致工件變形從而影響飛機結構件的加工質量。對于銑削鈦合金結構件可以采用不對稱順銑法來實現對于飛機結構件的加工。

在對飛機結構件高速銑削加工的過程中對于刀具走刀路徑的選擇上應當盡可能的簡化從而使得刀具行走的路徑盡可能的平滑避免在加工的過程中突然轉向，在走刀路徑的選擇上應盡量簡潔以提高加工效率，在進退刀位置的選擇上需要控制在一些較不重要的位置，對飛機結構件加工時應首先完成對于飛機結構件外輪廓的加工，在完成對于飛機結構件內輪的加工。

3 結束語

飛機結構件是飛機中的主要組成部分，其主要應用于飛機的氣動外形。現今對于飛機結構件的加工多采用的是高速銑削加工方式，本文在分析飛機結構件高速銑削加工特點的基礎上對飛機結構件高速銑削加工中的要點進行了分析介紹。

參考文獻

[1]陳長年.平板式五軸高速銑床（板式高速銑）——現代飛機中型結構件加工的主力艦隊[J].制造技術與機床，2008（10）：45-47.

[2]羅育果，蔡延波.基于振動控制的薄壁零件高速銑削刀具結構優化與試驗研究[J].航空制造技術，2011（14）：31-32.

[3]李應時.數控高速切削技術在薄壁型結構件加工中的應用[J].西飛科技，2003（2）：26-28.