作為最典型的航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件比端，其高效加工的實(shí)現(xiàn)一直以來都倍受關(guān)注。上海航天精密機(jī)械研究所（以下簡稱800所）在對一種典型折疊式翼板進(jìn)行高效加工工藝改進(jìn)過程中伍玖，應(yīng)用來自山高刀具的解決方案婿失，令該零件加工效率提升3倍以上钞艇，產(chǎn)品尺寸精度及表面質(zhì)量得到了有效保證。

隨著科技的不斷發(fā)展豪硅、國際形勢的瞬息萬變哩照，來自于新領(lǐng)域探索及國土安全的多方需求，目前我國航天產(chǎn)品已經(jīng)逐漸步入高密度發(fā)射時(shí)期懒浮，各類航天產(chǎn)品的制造需求量逐年遞增飘弧，迫使航天制造企業(yè)必須大幅提升產(chǎn)能，這其中最重要的途徑就是提升加工效率删广。

航天典型零件目前最常采用的是高強(qiáng)度鋁合金材料（例如2A12）要尚，屬于易切削塑性材料，具有強(qiáng)度和硬度較低剩知，同時(shí)熔點(diǎn)低朽擒、導(dǎo)熱性好、抗拉強(qiáng)度低的特點(diǎn)瞭剧。但航天產(chǎn)品結(jié)構(gòu)件往往因?yàn)閺?fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)今搂，材料去除量大、薄壁易變形等特點(diǎn)恕且，對零件加工精度牡违、質(zhì)量及加工效率等各方面具有更高的要求阎揪。

例如某航天典型薄型多面體零件由多個(gè)角度斜面組成吩欣，整體壁厚薄且漸變蛛最。該類零件毛坯一般采用預(yù)拉伸鋁板，加工后最薄處僅為2mm恋瞳，零件材料去除率大于50%磨镶。在機(jī)械加工工藝安排上最常采用厚度方向正反面對稱銑削的方法，均勻去除材料釋放材料內(nèi)部應(yīng)力健提，以控制零件變形琳猫。正是由于該零件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，圓角和斜面很多私痹，導(dǎo)致加工工藝復(fù)雜脐嫂，刀具軌跡繁瑣，加工效率較低紊遵。

圖1 航天典型薄型多面體零件二維示意圖及三維模型

高效加工需進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化

高效加工技術(shù)的特征是加工過程中的高材料去除率和更短的單件加工時(shí)間账千，并通過切削參數(shù)優(yōu)化以保證加工精度和表面質(zhì)量，相對于普通加工暗膜，它對整個(gè)加工系統(tǒng)有著更高的要求匀奏。在航天整體結(jié)構(gòu)件數(shù)控銑削加工過程中，要保證零件加工質(zhì)量和加工精度学搜，提高加工過程的材料去除率娃善，首先必須針對由機(jī)床-刀具-工件及其相互間接口（刀柄和夾具）組成的切削加工系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，保證高速切削過程中整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠瑞佩。

粗加工的主要目的是去除材料聚磺，為精加工留合適的余量，因此粗加工一般不需要考慮工件的尺寸精度問題智谓、表面質(zhì)量問題以及變形匈惑。而在精加工中需要充分考慮裝夾、走刀裂膛、工藝參數(shù)對零件內(nèi)部應(yīng)力的影響庇鸭，切削時(shí)切削力、切削熱對零件結(jié)構(gòu)的影響紧贪，控制變形狂嘉，避免由于效率提升引起的變形造成零件精度及表面質(zhì)量破壞。

切削刀具的選擇

選擇更加合理的刀具可以直接提高生產(chǎn)效率藤该。鋁合金材料的切削加工對刀具材料要求并不高询蚊，一般采用硬質(zhì)合金銑刀即可，涂層可使用無涂層或金剛石涂層里状。在粗加工中由于不必考慮精度及質(zhì)量問題因震，最大限度高效切除金屬材料吩捞，因此可以選擇大直徑刀具，減少走刀次數(shù)汁蝶，縮短走刀時(shí)間渐扮。另外，在粗加工中盡量選擇密齒刀具替代疏齒刀具掖棉，可以增加每轉(zhuǎn)進(jìn)給量墓律，在相同的轉(zhuǎn)速下切削速度可以得到增加。在精加工中幔亥，除了考慮材料高效去除的問題耻讽，還應(yīng)充分考慮薄壁構(gòu)建在切削中受力變形控制問題。航天鋁合金薄壁件精加工宜選用K系列硬質(zhì)合金刀具（相當(dāng)于我國原鎢鈷類帕棉，主要成分為WC+Co针肥，代號為YG）。刀具前角不能太小香伴，否則增大了切削變形和摩擦力慰枕，前刀面磨損加大，降低刀具使用壽命瞒窒。

優(yōu)化走刀軌跡

提速增效中一個(gè)較為有效的方法就是優(yōu)化走刀軌跡捺僻，在高速切削時(shí)要保證刀位路徑的方向性,即刀具軌跡盡可能簡化,少轉(zhuǎn)折點(diǎn),路徑盡量平滑,減少急速轉(zhuǎn)向；應(yīng)減少空走刀時(shí)間,盡可能增加切削時(shí)間在整個(gè)工件中的比例崇裁；應(yīng)盡量采用回路切削,通過不中斷切削過程和刀具路徑,減少刀具的切入和切出次數(shù)嚼讹，獲得穩(wěn)定、高效波耗、高精度的切削過程脊腺。

在航天整體結(jié)構(gòu)件的大型復(fù)雜曲面高速切削加工中,曲面曲率變化大時(shí),應(yīng)以最大曲率半徑方向作為最優(yōu)走刀方向,如圖2.1所示；曲面曲率變化小時(shí),曲率半徑對走刀方向的影響減弱,宜選擇單條刀軌平均長度最長的走刀方向,如圖2.2所示休敛。

圖2.1 小曲率半徑曲面的走刀路徑    圖2.2 大曲率半徑的曲面走刀路徑

在斜面加工時(shí)茉园，若采用圖3.1所示的橫向水平走刀，每一段走刀距離都很短史糕，在切削過程中主軸需要頻繁換向汁讹，切削穩(wěn)定性差。且由于切削的是斜面锤知，水平走刀需要X或Y軸與Z軸的聯(lián)動棋裳，不利于切削速度的提升。因此贩纵，針對此類斜面加工凭协，走刀軌跡盡量安排為平行于最長斜邊（如圖3.2），不但走刀軌跡最長懒叛、換向次數(shù)最少丸冕，而且單道走刀都只是在XY平面運(yùn)動切削耽梅，Z軸方向運(yùn)動都是安排在工件輪廓之外的位置，即使在高速切削下亦可減小刀具損胖烛。

圖3.1 橫向水平走刀軌跡            圖3.2 斜向平行走刀軌跡

切削參數(shù)的確定

在粗加工時(shí)眼姐，一般可選擇大進(jìn)給量與適當(dāng)大的切削深度并配以中等切削速度的“大功率”高效切削，更能達(dá)到高材料切除率洪己，從而極大提高生產(chǎn)效率妥凳。而對于精加工來說只有提高轉(zhuǎn)速和增大齒數(shù)是可行的竟贯，而增大每齒進(jìn)給量可能會降低表面精度答捕，產(chǎn)生殘余應(yīng)力導(dǎo)致變形。所以往往通過高切削速度屑那、低每齒進(jìn)給量的“輕切快切”來保證生產(chǎn)效率的提高和產(chǎn)品的精度及表面質(zhì)量拱镐。

切削參數(shù)可通過切削加工有限元分析和切削加工實(shí)驗(yàn)最終確定。例如持际，加工現(xiàn)場通過有限元分析沃琅，獲得了最高轉(zhuǎn)速達(dá)24000r/min的機(jī)床主軸若要能夠很好的滿足航天典型鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)件的高速加工工藝需求，主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍為15000r/min～20000r/min搂物，同時(shí)每齒進(jìn)給量和切削深度不應(yīng)過大蝠笔，可選擇范圍為0.15～0.25mm/z和3～5mm。

在有限元分析所得參數(shù)可選范圍內(nèi)設(shè)計(jì)切削實(shí)驗(yàn)囱蕴，以切削效率床少、表面粗糙度、加工表面形貌為評判標(biāo)準(zhǔn)最終選取最優(yōu)切削參數(shù)朋堪。

典型折疊式翼板的工藝改進(jìn)

800所需要對一種典型折疊式翼板進(jìn)行高效加工工藝改進(jìn)橘疚。翼板零件的各個(gè)型面材料去除量占到了整個(gè)零件材料去除量的70%，在加工中時(shí)間占比也非常高盹扮，根據(jù)以上改進(jìn)思路胶僵，通過改進(jìn)刀具、優(yōu)化切削參數(shù)字拒，要求實(shí)現(xiàn)提升型面加工效率隘勾，同時(shí)大幅縮短翼板類零件制造時(shí)間。

圖4  零部件局部投嫂，各個(gè)型面材料去除量非常之大

根據(jù)該零件多角度斜面捏章、圓弧面過渡、高精度孔槽特點(diǎn)座泳，選用DMG高精五軸加工中心作為加工設(shè)備惠昔。同時(shí)，設(shè)計(jì)制造了專用液壓可調(diào)工裝挑势，以一臺液壓動力單元為專用液壓工裝提供動力源镇防，油液通過管道進(jìn)入工裝主體內(nèi)部液壓缸啦鸣，以控制夾持原件的夾緊和松弛運(yùn)動。

改進(jìn)后采用山高刀具 (Seco Tools) 的R220.69-0050-10-5Aφ50鑲片式立銑刀頭搭配XOEX10T304FR-E05,H15刀片完成各型面的粗加工来氧。鑲片式銑刀較之前所用的整體式銑刀擁有剛性好诫给、經(jīng)濟(jì)性高的特點(diǎn)，此次選用的φ50鑲片式立銑刀啦扬，尤其適用于方肩銑中狂，鑲嵌刀片長度為10mm，最大切深可達(dá)9mm扑毡，一把刀可同時(shí)完成翼板零件各個(gè)端面以及側(cè)面的加工胃榕。為了提升加工效率，走刀時(shí)幾乎采用滿切寬進(jìn)行切削瞄摊，每齒進(jìn)給fz約為0.05mm/tooth勋又，進(jìn)給速度約為900m/min。

圖5  山高刀具 φ50鑲片銑刀刀盤及刀片

在翼板零件型面精加工過程中颈缆，由于零件側(cè)壁較高葡料，必須選擇懸伸較長的刀具進(jìn)行切削，因此對刀具的剛性提出了更高的要求梧货。800所選用了山高刀具 (Seco Tools)  φ20 整體硬質(zhì)合金立銑刀佃贞，搭配熱縮夾持刀柄，進(jìn)一步提升了切削剛性镐催，如圖6所示隶俄。

圖6 熱縮刀柄夾持的山高刀具 φ20整體硬質(zhì)合金立銑刀

經(jīng)過對翼板零件型面的粗精加工高效改進(jìn)，該零件加工效率提升3倍以上娇仙，產(chǎn)品尺寸精度及表面質(zhì)量得到有效保證丹叨，改進(jìn)前后加工出的型面表面形貌如圖7所示。另外尾贮，在精加工高速切削時(shí)洁乏，金屬材料被迅速切斷并脫離工件表面，因此加工出零件周邊毛刺明顯減少怔巷，后續(xù)鉗工挫修工作量大幅減少倍试，進(jìn)一步縮短零件整體加工時(shí)間。

a）改進(jìn)前                       b）改進(jìn)后

圖7 改進(jìn)前后加工出的型面表面形貌

上海航天精密機(jī)械研究所

中國航天科技集團(tuán)公司第八研究院第800 研究所蛋哭，又名上海航天精密機(jī)械研究所县习，是上海航天局的導(dǎo)彈總裝單位。 

第800 研究所系以工藝制造為主的研究所谆趾，涉及專業(yè)30 余個(gè)躁愿，擁有各類先進(jìn)的制造和檢測技術(shù)，設(shè)備及儀器儀表沪蓬。研制和批產(chǎn)的型號產(chǎn)品有長征系列運(yùn)載火箭彤钟、航天器等来候。主要承擔(dān)防空導(dǎo)彈總裝總測、結(jié)構(gòu)件加工逸雹、強(qiáng)度和環(huán)境試驗(yàn)以及運(yùn)載火箭箭體結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)任務(wù)营搅。在導(dǎo)彈總裝綜測、強(qiáng)度和環(huán)境試驗(yàn)梆砸、精密機(jī)械加工转质、鎂合金鑄造、鋁合金和不銹鋼薄板焊接版药、無損檢測等方面具有較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢埠限。

山高刀具

山高總部設(shè)在瑞典法格斯塔市，致力于開發(fā)創(chuàng)新的金屬切削解決方案寻僧，并與客戶密切合作以全面理解和專注于滿足他們的需求皿遏，因此譽(yù)滿全球噪境。我們在 50 個(gè)國家/地區(qū)雇用了 5000 多名員工堪渠，并通過培訓(xùn)、發(fā)展和員工認(rèn)同計(jì)劃以及開放的溝通環(huán)境來提升我們團(tuán)隊(duì)成員的能力半泪。我們的員工展現(xiàn)了三個(gè)核心價(jià)值觀 – 熱忱待客陶握、家庭歸屬感和個(gè)人承諾，它定義了我們的經(jīng)營之道以及我們與客戶效勺、供應(yīng)商和其他合作伙伴之間的交往方式禁歧。如需了解更多信息，請?jiān)L問 www.secotools.com嘉容。

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