飞机结构件高速铣削加工要点分析

刘鸿展

摘 要：飞机是工业制造领域中的集大成之作，随着我国经济的快速发展及工业实力的不断增强，我国在飞机设计、制造领域中不断前行突破并取得了显著的成就。在飞机的加工制造中飞机结构件是飞机的骨架和气动外形的主要零部件，其加工质量的好坏对于飞机的制造质量有着极为重要的影响。现今在飞机结构件的加工制造中主要采用的是高速铣削加工。文章在分析高速铣削加工特点的基础上对如何做好飞机结构件的高速铣削加工进行分析阐述。

关键词：飞机结构件；高速铣削加工；分析

前言

高速铣削加工是一种新兴的零部件加工技术，其通过主轴高转速、高进给、低切削量的加工方式在减小工件加工变形的同时提高工件的表面光洁度。飞机结构件是飞机的重要零部件，在现今的飞机结构件的铣削加工中多采用的是高速铣削加工技术，下文将在分析高速铣削加工特点的基础上对飞机结构件高速铣削加工要点进行分析介绍。

1 高速铣削加工技术应用于飞机结构件加工中的优越性

现今在飞机结构件上所使用的材料主要有航空铝合金、钛合金和复合材料等几个种类，在上述几种材料中，航空铝合金是使用最多也是最为广泛的材料，其具有良好的切削性能但是在以往的切削加工中会产生粘刀、产生积削瘤等的问题。随着铝合金性能的改善现今的航空铝合金的加工难度也在提升。钛合金由于硬度高导致其加工性能较差。飞机结构件的尺寸大、工件薄、相对刚度较低，其在设计的过程中为了减重在强度设计时往往在结构件上形成复杂的腔、筋、台等。由于飞机结构件的尺寸大、工件的结构较薄导致其在加工的过程中容易受力变形。对于复杂结构的飞机结构件对于其型腔主要采用的是数控铣削的加工方法。在传统的飞机结构件的加工过程中主要按照：下料-铣平面-粗铣槽-精铣槽-孔加工-飛机结构件的外廓加工等的工序进行。整个加工过程中往往需要持续数天时间。在传统的加工方式中由于切削转速、速度较慢导致在飞机结构件的切削加工中容易切削变形。而对于钛合金材质的飞机结构件的切削加工则由于钛合金的硬度极高导致加工速度慢、刀具磨损严重。而采用高速铣削加工技术来对飞机结构件进行铣削加工则可以较好的解决上述问题。高速铣削加工采用的是高转速、高进给、低切削量的加工模式，飞机结构件在高切削速度的模式下刀具的切削力大为降低，从而有效的减少了因切削加工力而导致的变形误差，因此，高速铣削加工能够在薄壁件和刚性较差的零件加工中取得良好的加工效果。此外，高速铣削加工将会使得切屑以较快的速度离开工件并在这一过程中带走大量的加工热有利于降低飞机结构件的内力和热变形，从而提高飞机结构件的加工精度。在飞机结构件的高速切削加工中，高速铣削加工将能够获得良好的工件表面加工质量。通过试验表明，在飞机结构件的加工过程中使用高速铣削加工将能够有效的降低刀具的磨损，延长刀具的使用寿命。

2 飞机结构件高速铣削加工中的要点分析

2.1 做好飞机结构件高速铣削加工中对于刀具的选择

飞机结构件高速铣削加工时由于转速较高、进给较快因此在刀具的选择时应当选择高耐磨性、高抗弯强度和耐冲击的刀具，同时要求刀具表面具有较高的光洁度，以降低刀具与铝合金摩擦过程中所产生的热粘结。在刀具的选择中，飞机结构件的高速铣削加工主要采用的是超细硬质合金刀、带涂层的硬质合金刀等。超细硬质合金刀具有较高的硬度、强度和韧性，能够在飞机结构件高速铣削加工中获得较为良好的加工效果。带涂层的硬质合金刀其表面覆盖有先进的硬质土层，从而有效的提升刀具的硬度、耐磨性和抗冲击能力。硬质合金刀具根据刀具直径和加工部位的不同可以将刀具分为可转位式铣刀和整体式铣刀，PCD刀具是一种耐磨性、导热性以及硬度都较强的刀具，因此其在对航空铝合金进行加工的过程中能够取得良好的加工效果，在刀具的选型上可以根据所加工铝合金中所含有硅量的不同而选用不同粒度的PCD刀片。PCD是一种在干式绿色高速铣削加工中较为理想的加工刀具。需要注意的是在刀具的选择上不得选用氧化铝基陶瓷刀具完成对于铝合金的加工，这主要是由于氧化铝基容易与铝合金产生粘结现象。此外，刀具的角度也会对刀具的加工效果产生较大的影响，在刀具的角度中前角会对刀具的使用寿命产生极大的影响。在粗加工时可以适当的减小刀具的前角以提高刀具的使用寿命，而精加工时则应当适当的增大刀具的前角。当对钛合金材质的飞机结构件进行加工时，由于钛合金的硬度较高且塑性较低导致切削加工时所产生的切屑与刀具的前刀面所接触的时间和长度较短，因此应当选用小前角的刀具完成对于钛合金材质工件的加工。在飞机结构件的高速铣削加工时将会使得刀具面临着更为严峻的加工工况，在对硬质铝合金材质的飞机结构件进行加工时其刀具的初期磨损主要以刀具微崩为主要损坏形式，而在后期则主要以刀面的片状剥落为主要损坏形式。高速铣削加工对于刀具的磨损相较于普通铣削加工更为严重，造成这一现象的主要原因是由于飞机结构件高速铣削时会产生大量的切削热和冲击力。

2.2 做好飞机结构件高速铣削加工时铣削参数的确定

在高速铣削加工的过程中，铣削参数主要包括有飞机结构件铣削的深度、速度、进给速度等。在铣削参数的选择上应当注意的是工件材料和刀具材料之间的匹配，从而最大限度的发挥飞机结构件高速铣削加工的加工特性。现今在高速铣削加工中较为常用的切削方案为：高切削速度、中进给量和小切削深度，但是在高速铣削加工的过程中对于高速铣削加工参数的设置需要从工件、刀具以及设备多方面进行综合的考虑设置以便最大限度的确保飞机结构件的加工质量。对于铝合金的飞机结构件在高速铣削速度的设置上控制在1000-7000mm/min的区间范围内能够取得较为良好的切削效果。根据飞机结构件切削时所使用的材质和刀具性能的不同在切削速度的设置上也有所差异，铝合金中的硅的含量越高则切削速度越低。径向切削深度和轴向切深，在飞机结构件的加工过程中从高速切削时的切削力、残余应力等多方面对飞机结构件的加工参数进行考虑后应当选择较大的轴向和径向切深。在飞机结构件的切削方式上刀具应当采用顺铣加工的方式进行铣削，刀具在进入时缓慢切入以降低刀具对于飞机结构件的径向力。在对飞机结构件的型面进行铣削加工时可以采用分层切削、小切深、中进给的加工方式，在对飞机结构件的内部型腔进行加工时对于飞机结构件型腔中的拐角部分需要采用摆线切削的加工方式，以避免在飞机结构件的加工过程中切削力增大而导致工件变形从而影响飞机结构件的加工质量。对于铣削钛合金结构件可以采用不对称顺铣法来实现对于飞机结构件的加工。

在对飞机结构件高速铣削加工的过程中对于刀具走刀路径的选择上应当尽可能的简化从而使得刀具行走的路径尽可能的平滑避免在加工的过程中突然转向，在走刀路径的选择上应尽量简洁以提高加工效率，在进退刀位置的选择上需要控制在一些较不重要的位置，对飞机结构件加工时应首先完成对于飞机结构件外轮廓的加工，在完成对于飞机结构件内轮的加工。

3 结束语

飞机结构件是飞机中的主要组成部分，其主要应用于飞机的气动外形。现今对于飞机结构件的加工多采用的是高速铣削加工方式，本文在分析飞机结构件高速铣削加工特点的基础上对飞机结构件高速铣削加工中的要点进行了分析介绍。

参考文献

[1]陈长年.平板式五轴高速铣床（板式高速铣）——现代飞机中型结构件加工的主力舰队[J].制造技术与机床，2008（10）：45-47.

[2]罗育果，蔡延波.基于振动控制的薄壁零件高速铣削刀具结构优化与试验研究[J].航空制造技术，2011（14）：31-32.

[3]李应时.数控高速切削技术在薄壁型结构件加工中的应用[J].西飞科技，2003（2）：26-28.