由于現(xiàn)代飛機(jī)高性能的要求窜觉，其結(jié)構(gòu)具有輕量化嘉熊、薄壁化和整體化的特點(diǎn)夏块，并且為滿足飛機(jī)裝配以骨架零件為定位基準(zhǔn)的要求疏咐，零件須實(shí)現(xiàn)精確加工，作到具有較高的精度和表面質(zhì)量脐供。傳統(tǒng)的低速加工方法已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代航空制造的需要浑塞。根據(jù)國(guó)外的發(fā)展趨勢(shì)茁肠，同時(shí)結(jié)合航空制造技術(shù)發(fā)展的實(shí)際需求，應(yīng)用高速切削加工技術(shù)成為現(xiàn)代航空制造業(yè)的必然選擇缩举。為此垦梆，成飛近年來(lái)進(jìn)行了較為深入的應(yīng)用研究，已經(jīng)較為成功的在薄壁結(jié)構(gòu)零件加工中廣泛應(yīng)用了高速切削加工技術(shù)仅孩。

高速切削加工技術(shù)

　　高速切削加工技術(shù)的定義

　　高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刃具托猩，通過(guò)極大地提高切削速度和進(jìn)給速度來(lái)提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代加工技術(shù)责名。由于不同的加工工序溶迹、不同的工件材料有不同的切削速度范圍，因而很難就高速切削的速度范圍給定一個(gè)確定的數(shù)值液炼。對(duì)于不同的材料剩织，一般認(rèn)為灰鑄鐵的高速切削速度是800-3000m/min、鋼件為500-2000m/min枕络、鈦合金為100-1000m/min硬拴、鋁合金為1000-7000m/min。

　　高速切削搜澈，首先是高的速度魁济，即高的主軸轉(zhuǎn)速，另一方面乏傀，又應(yīng)有高的進(jìn)給速度孙已，為了提高效率，機(jī)床還要具有快速移動(dòng)杆坪、快速換刀淋袖、高的主軸加速度和進(jìn)給加速度，只有達(dá)到了上述標(biāo)準(zhǔn)才能稱之為高速锯梁。通常情況下即碗，行業(yè)內(nèi)將主軸轉(zhuǎn)速S>7000rpm，切削進(jìn)給速度10000mm/min以上的銑削加工涝桅，稱為高速切削加工拜姿。

　　航空薄壁結(jié)構(gòu)的定義

　　在飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件中烙样，按照其在飛機(jī)上承載的狀況和結(jié)構(gòu)特征將飛機(jī)骨架零件分為框類冯遂、梁類、接頭類谒获、壁板類蛤肌、肋類等類型，其典型定義如下表：

　　高速切削加工薄壁結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性

　　高速切削加工薄壁件相對(duì)傳統(tǒng)加工具有顯著的優(yōu)越性：切削力小批狱，加工薄壁類零件時(shí)工件產(chǎn)生的讓刀變形相應(yīng)減小裸准，易于保證零件的尺寸精度和形位精度展东。切削熱對(duì)零件的影響減少，零件加工熱變形小炒俱，這對(duì)于控制薄壁件的熱變形非常有利盐肃。加工精度高，刀具切削的激勵(lì)頻率遠(yuǎn)離薄壁結(jié)構(gòu)工藝系統(tǒng)的固有頻率没靖，保證了較好的加工狀態(tài)锚倦，實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)切削，證了零件的精度和表面粗糙度驱宴。加工效率高任咨，比常規(guī)加工高5~10倍，單位時(shí)間材料切除率可提高3~6倍歧衡。

高速切削加工薄壁結(jié)構(gòu)的策略

　　高速切削加工薄壁結(jié)構(gòu)對(duì)切削刀具簇友、切削用量、工藝方案庸颂、數(shù)控編程等方面提出了新的要求肠豺。

　　刀具及其夾持系統(tǒng)

　　刀具結(jié)構(gòu)的選擇原則

　　對(duì)于機(jī)夾式刀片刀具，由于刀片螺旋角很小扁钥，無(wú)法形成大的螺旋角阵厨，所以真正要加工高質(zhì)量的薄壁結(jié)構(gòu)件，不采用機(jī)夾式刀具用于高速切削鹃壤。

　　對(duì)于整體式硬質(zhì)合金銑刀和焊接式硬質(zhì)合金銑刀惫谤，除了焊接式硬質(zhì)合金應(yīng)保證焊接的牢固性外，刀具制造應(yīng)該符合下列要求：

　　　◆ 具有匹配的刀具幾何角度：較大的前角和后角以及適中的螺旋角珠洗；
　　　◆ 合理的短刃長(zhǎng)桿結(jié)構(gòu)溜歪；
　　　◆ 側(cè)齒、底齒完全對(duì)稱许蓖；
　　　◆ 采用圓柱柄蝴猪，無(wú)削平結(jié)構(gòu)；
　　　◆ 刀體臺(tái)階部位采用圓角過(guò)度膊爪；
　　　◆ 較高的表面粗糙度自阱；
　　　◆ 設(shè)計(jì)的切削刃幾何形狀必須考慮高速切削條件下切屑生成特性；
　　　◆ 為提高剛度米酬，盡可能增加刀具中心的尺寸沛豌；
　　　◆ 排屑性好。

　　刀具材料選擇及切削速度要求

　　高速切削刀具材料必須耐磨赃额、抗沖擊能力好（包括熱沖擊與力沖擊）加派、硬度高、與工件材料親和力刑肌叁渣；高速切削的刀具材料必須根據(jù)工件材料和加工性質(zhì)來(lái)選擇玲装；一般情況下，高速切削不使用高速鋼刀具溯侦，多采用硬質(zhì)合金刀具墅糯；由于短時(shí)間切削后刀尖圓弧半徑與前刀面接觸區(qū)的涂層出現(xiàn)脫落，涂層硬質(zhì)合金實(shí)際效果與無(wú)涂層硬質(zhì)合金相似况魔，故不推薦采用涂層刀具辞镇。

　　由于刀具在高速切削時(shí)產(chǎn)生極大的離心力，飛濺的切屑和崩刃以及變松的刀具夾緊系統(tǒng)都具有很高的動(dòng)能询烤，另外加工過(guò)程中還存在軸向動(dòng)態(tài)力忙甩，故刀具應(yīng)嚴(yán)格在其安全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)使用。

　　刀具夾持系統(tǒng)選擇

　　刀具夾持系統(tǒng)——刀柄是高速切削時(shí)的一個(gè)關(guān)鍵部件旷酗，起著傳遞機(jī)床精度和轉(zhuǎn)矩的作用揉罗。刀柄的一端是機(jī)床主軸、另一端是刀具星嗜。高速切削薄壁結(jié)構(gòu)時(shí)刀柄必須具備高速加工刀柄的一切要求掷情，譬如：好的動(dòng)平衡特性、很高的幾何精度和裝夾重復(fù)精度瘩将、很高的裝夾剛度等要求吟税。

　　目前刀柄與主軸的聯(lián)接在大多數(shù)高速切削機(jī)床上以圓錐空心柄（HSK）為主。此外姿现，通過(guò)熱脹冷縮原理而工作的熱縮套刀夾系統(tǒng)以其優(yōu)越的特性在成飛也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用肠仪。

　　切削用量

　　合理切削參數(shù)的選擇，不僅確保薄壁結(jié)構(gòu)加工的高精度备典，而且是高速機(jī)床發(fā)揮效能异旧、處于最佳工作狀態(tài)的保證。因此切削量要根據(jù)機(jī)床剛性提佣、刀具直徑吮蛹、刀具長(zhǎng)度、工件材料拌屏、粗加工或精加工模式而定潮针。

　　根據(jù)成飛關(guān)于飛機(jī)鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件高速、超高速低切削力銑削等一系列切削試驗(yàn)數(shù)據(jù)并參考國(guó)外資料倚喂，總結(jié)各切削用量的選取原則如下：

　∶颗瘛（1）切削速度v 加工鋁合金的切削速度是沒(méi)有限制的。從理論上講课妙，采用較高的切削速度拘挖，可以提高生產(chǎn)率找鹅，可以減少或避免在刀具前面上形成積屑瘤翎钳，有利于切屑的排出挑画。銑削速度的提高無(wú)疑會(huì)加劇刀具的磨損，但是鸣丝，銑削速度的提高可以有效地提高單位時(shí)間單位功率的金屬切除率猎肄，同時(shí)在一定的高速切削速度范圍內(nèi)可以提高工件表面加工質(zhì)量。對(duì)于大量的航空鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)（壁厚1.0～1.5左右）的零件瘪巡，切削速度以切削力為基準(zhǔn)選擇欠住。高速切削薄壁時(shí)，在徑向切深ae不變的情況下佳珊，徑向切削力隨速度基本不變揉民，意味著可選擇的切削速度范圍很大，根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備听公，可以在轉(zhuǎn)速12000～22000rpm選擇鼎嫉。

　　（2）進(jìn)給量fz 加大進(jìn)給量fz無(wú)疑會(huì)增加切削力周伦，這顯然對(duì)薄壁加工不利夕春。故精加工時(shí)，不選擇大的fz专挪，但fz過(guò)小也是有害的及志，因?yàn)閒z過(guò)小時(shí)，擠壓代替了切削寨腔，會(huì)產(chǎn)生大量切削熱速侈，加劇刀具磨損，影響加工精度迫卢。所以锌畸，精加工時(shí)，應(yīng)選取較適中的進(jìn)給量靖避，一般可以選擇在0.1mm/z～0.2mm/z之間潭枣。

　　（3）軸向切深ap與徑向切深ae 無(wú)論從力的角度幻捏，還是考慮到殘余應(yīng)力盆犁、切削溫度等因素，采用小軸向切深ap大徑向切深ae顯然是有利的故弟，這是高速切削條件下切削參數(shù)選擇原則蘸腾。對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)的側(cè)壁加工，小ap條件下顯然產(chǎn)生的徑向力小又蝌，而且在ap小的情況下鸟焊，一定范圍內(nèi)ae的增加并不會(huì)增大薄壁變形，這樣就可以取較大的ae進(jìn)行加工场致；對(duì)于薄壁結(jié)構(gòu)的腹板加工藕龄，最后一刀采用大的ap可以提高加工系統(tǒng)剛度湿斩，減小腹板變形，所以削蕊，加工腹板時(shí)應(yīng)選取較大ap進(jìn)行加工忧埠。一般情況下，軸向切深ap可在2～10mm之間選擇元丈，徑向切深ae可在0.5～0.9D之間進(jìn)行選擇坤乌。

　　切削用量，要針對(duì)不同的加工對(duì)象显驼，需要編程人員選擇合理的刀具運(yùn)動(dòng)軌跡哼御，優(yōu)化切削用量，根據(jù)需要選擇適合的切削速度焊唬，只有這樣才能真正發(fā)揮高速切削技術(shù)的長(zhǎng)處艇搀。成飛經(jīng)過(guò)近幾年的探索研究，通過(guò)大量的切削試驗(yàn)求晶，建立了符合設(shè)備焰雕、刀具、產(chǎn)品特點(diǎn)的切削參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)芳杏，在軍機(jī)矩屁、民機(jī)轉(zhuǎn)包項(xiàng)目等數(shù)控加工中得到了良好的應(yīng)用。

高速切削薄壁結(jié)構(gòu)典型工藝方案

　　航空薄壁結(jié)構(gòu)零件按其工藝爵赵、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)吝秕，可分為框類、梁類空幻、壁板類等類型烁峭。在大量應(yīng)用高速切削技術(shù)進(jìn)行的薄壁結(jié)構(gòu)零件加工中，總結(jié)形成了典型工藝方案秕铛。

　　梁類零件工藝方案

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：梁類零件分為單面及雙面挤毯，該類零件外形上多處涉及機(jī)身理論外型，零件腹板與緣條厚度均較小讯完，一般為1.5～2mm左右两漫，最小處僅1.5mm，尺寸公差為±0.15mm于扳，材料切除率達(dá)到96%左右宅集。

　　工藝方案：裝夾，零件都為臥式放置炸穿，采用兩孔一面定位拔灾，兩個(gè)工藝孔設(shè)置在工藝凸臺(tái)上，定位狀態(tài)較好。在零件周圍設(shè)置壓緊槽继锰，操作工人只需在加工前壓緊零件壓緊槽赠魂，無(wú)須再在加工過(guò)程改變零件的裝夾狀態(tài)。

　　工藝路線：采用高速加工機(jī)床钮咱，由于高速切削加工技術(shù)具有高轉(zhuǎn)速耍才、快進(jìn)給这敬、輕切削的特點(diǎn)航夺，從而使加工后出現(xiàn)的零件變形得到了較好地控制，因此將粗加工崔涂、半粗加工和精加工合并為一道工序阳掐，基本實(shí)現(xiàn)從毛坯到零件的一次性加工。

　　框類零件工藝方案

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：該類零件外形上多處涉及理論外型冷蚂，內(nèi)形有槽缭保、下陷、開(kāi)閉斜角蝙茶、凸臺(tái)等制造特征艺骂。零件腹板與緣條厚度均較小，一般為1.2～2mm左右隆夯，尺寸公差為±0.15mm钳恕。材料切除率達(dá)到97%左右。

　　工藝方案：裝夾蹄衷，零件都為臥式放置忧额。零件采用兩孔一面定位，兩個(gè)工藝孔設(shè)置在工藝凸臺(tái)上愧口，由于零件的大部分筋條在同一高度武帚，擬以筋條面定位。由于在零件較大幌瓦，裝夾拆卸不方便称海，采用墊板工裝，零件周邊設(shè)工藝凸臺(tái)苫担，并在工藝凸臺(tái)上制沉頭壓緊孔萨羽，墊板上制螺紋孔，用沉頭螺栓壓緊固定在墊板工裝上旬城。

　　工藝路線：采用高速切削加工技術(shù)钙径，將粗加工、半粗加工和精加工合并為一道工序卒赖，以實(shí)現(xiàn)從毛坯到零件的一次性加工踊嘲。

　　壁板類零件工藝方案

　　結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：零件為雙面槽腔結(jié)構(gòu)，無(wú)飛機(jī)外形，數(shù)控加工后還需噴丸成形疏菩。內(nèi)形包括有槽喊解、下陷、凸臺(tái)等幾何特征郑诺。零件厚度較薄夹姥，槽腔較淺，大部分槽深小于3mm辙诞， 零件腹板厚度不均勻辙售，一般為1.5～3mm左右。尺寸公差為±0.2mm飞涂。材料切除率約90%旦部。

　　工藝方案：裝夾，由于該類零件在立式機(jī)床上完成加工较店，因此零件都為臥式放置士八。由于零件薄，加工過(guò)程中極易因余量去除不均而產(chǎn)生加工變形梁呈；且總體結(jié)構(gòu)上缺少定位夾緊部位婚度，同時(shí)為了減少加工時(shí)的零件變形而引起的腹板厚度超小，采用真空吸附加工官卡。

　　工藝路線：采用高速切削加工技術(shù)蝗茁，將粗加工、精加工合并為一道工序募型，加工順序的選擇是先加工槽少的一面指晾，加工完此面后在槽腔內(nèi)填充石膏，作翻面加工的定位基準(zhǔn)哀揽，均采用真空吸附加工理斜。

高速切削薄壁結(jié)構(gòu)的程編策略

　　高速切削對(duì)CAM的要求

　　高速加工的編程方式及方法必須與高速加工的工藝方法有機(jī)結(jié)合，這就對(duì)高速加工的CAM提出了更高的要求睬肮。高速加工的CAM必須滿足以下條件：

　　　◆ 恒定的切削條件伐薯；
　　　◆ 保證最大和穩(wěn)定的切削速度；
　　　◆ 避免任何刀軸移動(dòng)加速度的不連續(xù)和突變匣诉；
　　　◆ 刀具運(yùn)動(dòng)時(shí)保持恒定的主軸進(jìn)給诡岂，產(chǎn)生相同體積的切削；
　　　◆ 刀具長(zhǎng)度與直徑比最好小于10曾瞪；
　　　◆ 減少無(wú)切削移動(dòng)登鄙；
　　　◆ 無(wú)垂直方向的跳動(dòng)；
　　　◆ 無(wú)切削方向的劇變掰儿；
　　　◆ 在保證插值公差的前提下骤公，盡可能減少段數(shù)抚官；
　　　◆ 提供高度連續(xù)的光順刀位數(shù)據(jù)。
　　　◆ 自動(dòng)過(guò)切（殘余）保護(hù)功能阶捆。
　　　◆ 系統(tǒng)能提供仿真驗(yàn)證的功能凌节。

　　高速切削對(duì)切削軌跡的要求

　　高速加工工藝的核心是盡可能保證加工過(guò)程的連續(xù)性，使刀具在一次銑削加工過(guò)程中時(shí)時(shí)處于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)狀態(tài)洒试，采用光滑的進(jìn)倍奢、退刀方式、采用光滑的移刀方式與采用光滑的轉(zhuǎn)彎走刀垒棋。CAM通過(guò)特殊的編程方式和方法來(lái)滿足高速切削的要求卒煞，具體通過(guò)切削軌跡來(lái)實(shí)現(xiàn)。以下分別闡述針對(duì)不同的高速加工要求的切削刀軌和驅(qū)動(dòng)方法捕犬。

　　采用螺旋線驅(qū)動(dòng)方法編程跷坝，刀具進(jìn)入材料盡可能采用連續(xù)的螺旋和圓弧軌跡進(jìn)行銑削酵镜，以保證恒定的切削條件碉碉；爬坡采用單向加工，而不采用“之”字加工淮韭，避免逆銑垢粮，防止徑向跳動(dòng)；減少刀具退出和重新進(jìn)入材料的次數(shù)恐氓，維持刀具穩(wěn)定的切削狀態(tài)抬奠，保持切削厚度均勻；精加工時(shí)拐角等曲率變化和切深變化較大的部分要預(yù)先處理叛剩，使之留下與其他部分相同的余量蚓绞；切削軌跡無(wú)突變，在刀軌轉(zhuǎn)折處采用無(wú)尖角刀具軌跡派料；粗加工要重視形狀的準(zhǔn)確性雌吱，而不是簡(jiǎn)單的去除材料，保證后續(xù)工序加工余量均勻腊匆。余量和切削用量要與切削參數(shù)相結(jié)合盼蝴，選用合理的切削參數(shù)；避免切削余量突變隙趣，余量增加時(shí)卖织，應(yīng)降低進(jìn)給速度，因?yàn)樨?fù)荷的變化旱万，會(huì)引起刀具的偏斜萤晴，從而降低加工精度、表面質(zhì)量和縮短刀具壽命胁后；采用分層切削店读；有凸臺(tái)的部位先清根蕴侧，避免刀具頻繁碰撞凸臺(tái)；通過(guò)NURBS曲線編程两入，既保證了插值公差净宵，又可減少程序段數(shù)（前提是機(jī)床控制系統(tǒng)支持NURBS曲線的插值計(jì)算）。

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