螺旋銑孔技術在航空制造裝配業中的發展應用

趙鵬

摘要：在航空制造裝配業中，通常需要對飛機機翼和一些主承力結構件加工成千上萬個孔，以便進行裝配，并且要求航空裝配孔實現高效、高精度和高質量的加工。但是，由于傳統鉆削加工的一些特點，如半封閉式加工、切削力大和工件表面質量難以控制等，限制了鉆削加工在高硬度材料和航空材料上的作為。螺旋銑孔工藝的“以銑代鉆”完全彌補了傳統鉆孔加工的不足，不僅在高硬度材料的孔加工中體現了其優勢，而且在航空難加工材料鈦合金和碳纖維增強復合材料的孔加工中也體現了其優勢。本文就螺旋銑孔技術在航空制造裝配業中的發展應用進行了討論。

關鍵詞：螺旋銑孔技術；航空制造裝配業；應用

一、螺旋銑孔工藝

螺旋銑孔過程由主軸的“自轉”和主軸繞孔中心的“公轉”2個運動復合而成，這種特殊的運動方式決定了螺旋銑孔的優勢。首先，刀具中心的軌跡是螺旋線而非直線，即刀具中心不再與所加工孔的中心重合，屬偏心加工過程。刀具的直徑與孔的直徑不一樣，這突破了傳統鉆孔技術中一把刀具加工同一直徑孔的限制，實現了單一直徑刀具加工一系列直徑孔。這不僅提高了加工效率，同時也大大減少了存刀數量和種類，降低了加工成本。其次，螺旋銑孔過程是斷續銑削過程，有利于刀具的散熱，從而降低了因溫度累積而造成刀具磨損失效的風險。更重要的是，與傳統鉆孔相比，螺旋銑孔過程在冷卻液的使用上有了很大的改進，整個銑孔過程可以采用微量潤滑甚至空冷方式來實現冷卻，是一個綠色環保的過程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足夠的空間從孔槽排出，排屑方式不再是影響孔質量的主要因素。由此可見，該項技術有著廣闊的發展空間和良好的市場前景，但作為新的加工方式，其加工機理有待進一步研究探討。

二、螺旋銑孔的原理

螺旋銑孔工藝的顯著特點是切削運動由2種進給運動復合而成，分別是刀具主軸的軸向進給運動和刀具的切向進給運動，這2種運動存在著一定的幾何關系。刀具中心與孔徑中心并不重合，而是沿一定的軌跡運動。相關公式如下：

刀具軸向進給速度Vfha=fzazn；刀具切向進給速度Vft=fztzn

式中fza為刀具每齒軸向進給量；fzt為刀具每齒切向進給量；z為銑刀齒數；n為轉速。

螺旋銑孔由2個過程構成，一個是側刃在切向的斷續銑削，另一個是底刃在軸向的連續鉆削。側刃的軸向切深隨著刀軌的旋轉角度的增大而逐漸增大，在180°時達到最大值（每螺旋進給深度），徑向的切削厚度隨刀軌的旋轉角度的增大而呈正弦曲線變化，最大值為刀具每齒切向進給量fzt。底刃切削近似為鉆削，切削厚度等于刀具每齒軸向進給量fza，切削寬度等于刀具半徑。

三螺旋銑孔技術在航空制造裝配業中的發展應用

（一）提高加工孔的質量和刀具壽命

螺旋銑孔技術在航空制造裝配業中進行應用，比傳統的鉆孔技術更加具有應用優勢，不僅能夠提高鉆孔的質量，而且還能有效的保護刀具，使得刀具不致于出現嚴重磨損的現象，從而延長刀具的應用壽命。螺旋銑孔在進行切削的時候，是采用的斷續切削方式，銑削力相對來說較小，在這種較小力下，并不會使加工的鉆孔周邊出現毛刺現象。螺旋銑孔技術所選用的刀具相對來說直徑要小于孔洞直徑，在切削的過程中，能夠使得屑末更快排出，使得孔洞保持較高的平滑水平。另外，在針對復合型的材料進行加工處理的過程中，應用螺旋銑孔技術有效的改善了傳統的鉆孔技術中存在的各種不足問題。從刀具的磨損角度來進行分析，傳統鉆孔技術在應用的過程中，往往會因為切削能力低而使得刀具出現聚熱的情況，這樣就很容易使得刀具出現磨損的情況，從而縮短刀具的應用壽命。而螺旋銑孔技術所應用的刀具均具有較高的質量，螺旋銑孔的銑削力相對來說的較低，不會產生過大的熱量，從而使得刀具的應用壽命得以延長。

（二）縮短研制周期，節約加工成本

在制造飛機或其他重型機器時，使用螺旋銑孔技術將會大大縮短研發周期，降低成本。應用螺旋銑孔技術，可用同一把刀加工不同直徑的孔和復雜形狀的孔。由于其加工方法的優越性，可以節省傳統的锪錐孔、鉸孔等工作。這意味著，今后加工孔的刀具種類型號會不斷減少。從整個研制周期來看，使用螺旋技術可減少很多工序（如分解拆卸后對不同的孔分別進行毛刺去除處理、鉸孔、清除冷卻液，再進行組裝），大大縮短加工周期。

（三）高度自動化

要想能夠使得加工成本可以得到有效的降低，就需要能夠不斷的提升螺旋銑孔技術的自動化水平。螺旋銑孔技術所具有的銑削能力相對來說較弱，在航空制造裝配業中應用這一項技術的時候，可以有效的應用這一技術實現對工業機器人的控制，將螺旋銑孔安置到機械設備上，從而就可以實現加工運作的自動化，而工業機械設備相對來說較為脆弱，無法承受較大的鉆孔力，而傳統的鉆孔方法恰恰軸向力過大，所以不適宜應用在工業機械設備上，所以在工業機械設備上只能夠應用螺旋銑孔技術。

（四）促進新材料的使用

在航空制造裝配業發展中，為了使得各種飛機的零部件可以得到有效的發展，就需要應用相應的新型材料，這是目前飛機零部件發展的必然趨勢。而現今的應用較為廣泛的新型材料主要包括鈦合金以及復合材料等。還有很多的新型材料尚在研制的階段。然而值得注意的是，在對新型材料進行研制的過程中，需要合理的采用相應的加工工藝，獲取相應加工工藝的支持，在進行鉆孔加工的過程中，合理的應用新型材料制成的螺旋銑孔刀具，可以使得螺旋銑孔技術的應用優勢得到更為有效的體現。

4、結束語

螺旋銑孔工藝只需1把刀具就可以加工出不同直徑、高質量的孔，既減少了換刀時間，又節省了加工工序，大大提高了制孔工藝效率。鑒于螺旋銑孔技術的優勢，特別是航空制造裝配業中的許多企業已開始將它應用到生產實際中。隨著這種技術的推廣和應用，傳統的鉆孔刀具將會慢慢失去其主導地位，而新型銑孔裝置將會越來越多地出現在孔加工過程中。

參考文獻

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