航空殼體類零件主要應用于航空產(chǎn)品的液壓傳動及機械傳動裝置，是產(chǎn)品的核心零部件。其不僅是產(chǎn)品裝配 母 體贵郎，更是產(chǎn)品功能實現(xiàn)的樞紐部位。該零件的復 合 程 度 高眶昵，殼體材料多以鋁合金為主蒂轨。其按結(jié)構(gòu)特點可劃分為作動類殼體、薄壁類殼體拔衙、液壓類殼體及其他類殼體檩榕。由于大多數(shù)航空殼體具有料去除率高、單道工序加工時間長和所采用的刀具種類多等特點栓稻，因而殼體類零件適合采用高速切削关揣，以提高加工效率。

刀具以及相關系統(tǒng)對于高速切削有著重要的影響土辩。本文對刀具幾何參數(shù)支救、刀具夾持系統(tǒng)以及加工工藝等影響因素進行研究分析。

1拷淘、 高速切削

高速切削（ＨＳＭ 或 ＨＳＣ）是20世紀90年代迅速走向?qū)嶋H應用的先進加工技術各墨，通常指在高主軸轉(zhuǎn)速和高進給情況下進行切削。國際生產(chǎn)工程學會提出辕棚，高 速 切 削 的 切 削 線 速 度 為 500——7000 ｍ／ｍｉｎ［1］欲主。在模具 加 工 中，高 速 切 削 可 加 工 淬 火 硬 度＞50ＨＲＣ的鋼件逝嚎。高速切削是一項系統(tǒng)技術扁瓢，從刀具材 料、刀

圖1 不同加工材料大致的切削速度范圍

2 补君、刀具對高速切削的影響分析

2．1 刀具幾何參數(shù)

目前引几，高速切削鋁合金刀具多采用硬質(zhì)合金刀具，粗加工刀具具有良好的強度及排屑性能挽铁，適用于大余量去除材料伟桅；精加工刀具具有良好的刃口鋒利性和較小的徑向力，適用于減少加工變形迟伤，降低表面粗糙度窖升。刀具主要參數(shù)為前、后角和螺旋角娘型，高速切削刀具與普通刀具幾何參數(shù)的區(qū)別主要為柄部公差呕瞎、螺旋角和刀具跳動（見表1）。

表1 不同加工材料的刀具幾何參數(shù)

2．2 刀具材料

按照刀具材料硬度大小排列如下：金剛石 ＰＣＤ＞立方氮 化 硼 ＰＣＢＮ＞ 陶瓷 ＞ 硬 質(zhì) 合 金 ＞ 高 速 鋼ＨＳＳ铝矢；按照抗彎強度大小排列如下：高速鋼 ＨＳＳ＞硬質(zhì)合金＞陶瓷＞金剛石ＰＣＤ＞立方氮化硼 ＰＣＢＮ婉肆；按照斷裂韌性大小排列如下：高速鋼 ＨＳＳ＞硬質(zhì)合金＞立方氮化硼 ＰＣＢＮ＞金剛石 ＰＣＤ＞陶瓷。根據(jù)切削

材料以及刀具成本等方面綜合考慮，現(xiàn)階段航空企業(yè)高速切削鋁合金多以硬質(zhì)合金材料為主衰惜。

硬質(zhì)合金刀具種類按照化學成分不同差讼，可分為碳化鎢基硬質(zhì)合金和碳化鈦基硬質(zhì)合金；按照晶粒大小區(qū)分挤夕，可分為普通硬質(zhì)合金赫斥、細晶粒硬質(zhì)合金和超細晶粒硬質(zhì)合金。硬質(zhì)合金顆粒的大小影響到合金材料的強度椿访，普通硬質(zhì)合金晶粒度為3——5μｍ乌企；一般細晶粒硬質(zhì)合金的晶粒度約為1．5μｍ；亞微細晶粒硬質(zhì)合金的晶粒度為0．5——1μｍ成玫；超細晶粒硬質(zhì)合金 ＷＣ 的晶粒度＜0．5μｍ。晶粒細化后 可 以 提高合金的硬度拳喻、耐磨性哭当、抗彎強度和抗崩刃性。Ｋ 類和 Ｍ 類硬質(zhì)合金具有較高的硬度冗澈、耐 用 度钦勘、抗 彎 強度和韌度，細晶粒和超細晶粒硬質(zhì)合金中由于硬質(zhì)相和粘結(jié)相高度分散亚亲，可減少切削時產(chǎn)生的崩刃情況彻采，適合于高速切削鋁合金［7］。適合高速切 削 的 硬質(zhì)合金材料見表2捌归。

表2 適合高速切削的硬質(zhì)合金材料

2．3 刀柄結(jié)構(gòu)

刀具的夾持系統(tǒng)為刀柄肛响，按照與機床連接方式，刀柄分為7∶24和1∶10等2種惜索。在傳 統(tǒng) 的 加 工中特笋，通常使用的是7∶24的刀柄。這種刀柄端面與主軸端面之間存在間隙铡碧，在主軸高速旋轉(zhuǎn)和切削力的作用下嗦休，主軸的大端孔徑膨脹，造成刀具軸向和徑向定位精 度 下 降愧蔬。高速切削通常推薦 ＨＳＫ 刀柄首捶。ＨＳＫ 是一種小錐度（1∶10）的空心短錐柄，使用時端面和錐面同時接觸茴夯，從而形成高的接觸剛度按冷，高轉(zhuǎn)速對接口的連接剛度影響不大。在高速切削中糯湃，刀柄對刀具的夾持力的大小和夾持精度的高低具有十分重要的作用些援。當機床轉(zhuǎn)速達到10000ｒ／ｍｉｎ時，應采用夾持可靠的刀柄。目前准徘，加工中常用的刀柄為側(cè)固刀柄赁至、卡簧刀柄、液壓刀柄和熱脹刀柄等洛退，側(cè)固式刀柄難以保證刀具的動平衡瓣俯，不適用于高速切削；卡簧刀柄采用彈性夾緊方式兵怯，刀柄與刀具中間存在彈性夾頭的過渡彩匕，會影響刀具的跳動和動平衡，不適用于高速切削媒区；液壓刀柄采用兩點夾持的一體型構(gòu)造驼仪，具有很高的夾持力和夾持精度，且減小了夾頭質(zhì)量袜漩；熱脹刀柄利用刀柄裝刀孔熱脹冷縮使刀具夾緊可靠绪爸，其結(jié)構(gòu)簡單對稱、夾緊力大宙攻〉旎酰可見，液壓刀柄和熱脹刀柄適用于高速切削座掘。

2．4 刀具的動平衡及安全性

高速切削設備的主軸轉(zhuǎn)速一般可達到15000——24000ｒ／ｍｉｎ递惋。刀具在高速旋轉(zhuǎn)時存在的殘余不平衡量會產(chǎn)生與轉(zhuǎn)速成平方關系的離心力，這種動態(tài)負載會激起刀具和機床的振動驳疚，從而導致加工表面質(zhì)量炬伶、刀具壽命和主軸軸承壽命下降。刀具系統(tǒng)不平衡的主要因素如下：1）刀具制造尺寸精度偏差導致不平衡费罚；2）非對稱式刀具嫂衅、刀柄以及連接件導致不平衡；3）刀具使用時產(chǎn)生偏移導致不平衡滋池；4）非整體式刀具系統(tǒng)裝配時的累積誤差導致不平衡灌龄；5）刀具裝夾誤差導致不平衡。

為減小或限制這種由殘余不平衡量產(chǎn)生的動態(tài)負載的影響茸暖，應對主軸及刀具系統(tǒng)進行必要的動平衡調(diào)整文鸽。刀具動平衡分為機外平衡和機上平衡，機上動平衡利用機床主軸提供旋轉(zhuǎn)運動畦瞒，其余與機外動平衡機相同∥拼剩現(xiàn)階段動平衡檢查主要以機外平衡為主。機外動平衡需通過專用機外動平衡機測量出不平衡的質(zhì)量和相位冠秉，再通過技術手段進行調(diào)整残匈，使刀具系統(tǒng)達到平衡標準要求菲藏。動平衡調(diào)整過程通常須經(jīng)過多次反復，調(diào)整到最佳平衡量胆萧，以減小振動負載庆揩，并盡可能將較高的精度傳遞到刀具的切削刃。

2．5 切削路徑

采取不同的切削路徑能得到不同的切削效果跌穗。優(yōu)化切削路徑可提高刀具耐用度和切削效率订晌，獲得最小的加工變形，充分發(fā)揮高速切削的優(yōu)勢蚌吸。本文從進锈拨、退刀加工和刀具軌跡2個方面進行分析。

1）進羹唠、退刀加工奕枢。在加工進刀時，應避免刀具垂直插入工件佩微，采用傾斜下刀方式或者螺旋式下刀验辞，以降低刀具載荷。在加工平面或輪廓時喊衫，應盡量從工件外部下刀，然后水平切入工件睡谒。在水平退刀時湘搀，應盡量保持加工進給速度，當?shù)毒叽怪蓖顺鰰r可采用最大位移速度榆墅。

2）刀具軌跡渐仓。在高速切削時應保證刀具軌跡盡可能簡化，減少轉(zhuǎn)折點和急速轉(zhuǎn)向榨未，保證刀具軌跡的平滑過渡悄慨。螺旋曲線走刀是高速切削加工中一種較為有效的走刀方式。另外收谭，應通過不中斷切削過程和刀具路徑车管，減少刀具的切入和切出次數(shù)，以獲得穩(wěn)定旧败、高效和高精度的切削過程［8］还桶。

2．6 切削參數(shù)

切削參數(shù)是高速切削中重要的指標之一，切削參數(shù)選擇是否合理將直接影響最終的加工效率暮孕、加工表面質(zhì)量以及加工成本苛瞬。

切削速度取決于機床的性能，采用較高的切削速度可以減少加工過程中的積屑瘤十偶，提高表面加工質(zhì)量菩鲜；但是過高的切削速度會加劇刀具磨損园细，降低刀具壽命。所以在零件切削過程中需要根據(jù)現(xiàn)場的加工環(huán)境選擇合適的切削速度接校。

進給量是影響加工效率的主要因素猛频，在粗加工過程中，選用較高的進給量能夠獲得較大的材料去除率馅笙。進給量與刀具的直徑相關伦乔，每齒進給量隨直徑增 大 而 增 加。粗加工時每齒進給量推薦 0．1——0．3ｍｍ董习；精加工時每齒進給量推薦0．04——0．1ｍｍ烈和。軸向切深和徑向切寬在粗加工時根據(jù)刀具直徑和機床的剛度所決定。一般在選用刀尖圓弧半徑較大的刀具時皿淋，軸向切深不宜大于刀具半徑招刹；徑向切深與被加工材料相關，對于鋁合金等輕合金材料可以選擇較大的徑向切深窝趣，甚至滿刀切削疯暑。

3 、某葉輪加工應用實例

3．1 葉輪結(jié)構(gòu)

葉輪類零件屬于薄壁茫绅、易變形類零件盅格，一般壁≤4ｍｍ。本次試加工葉輪為離心壓縮機中應用的非直紋面葉輪（見圖2）咳综，其共有14片葉片鞭碳，直徑 為60ｍｍ，高度為18ｍｍ霍执。葉片厚度為1ｍｍ山滔，葉片間距最小為1ｍｍ。葉輪材料為7Ａ04删摸。

圖2 某葉輪系列模型

由于受體積限制莉紊，葉輪采用小直徑、大扭角的結(jié)構(gòu)攀誓，這給葉片的加工帶來了更高的難度：整體葉輪加工流道窄幼潮，葉片相對長，葉片間距最小處≤1．5ｍｍ型肥，一般需要采用小刀具直徑加工泛鸟，加工過程中易造成刀具斷裂。

3．2 刀具切削參數(shù)的選用

選用ＳＥＣＯ 的極 小 徑 系 列 刀 具踊东，選 用4和2ｍｍ 刀具進行粗加工北滥；1．2ｍｍ 刀具進行半精加工留余量0．1ｍｍ；1ｍｍ 刀具 進 行 精 加 工闸翅。精 加 工刀具為錐桿結(jié)構(gòu)再芋，切削刃末端為縮頸菊霜，該結(jié)構(gòu)在讓開干涉的同時最大限度地提高了刀具強度，保證了加工穩(wěn) 定 性济赎。刀 柄 采 用 ＨＳＫ——Ａ63 熱脹 刀 柄 夾 持鉴逞。切削參數(shù)見表3。

表3 切削參數(shù)

3．3 走刀過程

本次加工使用 ＣＡＴＩＡ 軟件編制加工程序司训。粗加工采用插銑加工方法构捡，刀具沿葉片各角度的切線方向?qū)θ~輪進行插銑加工。插銑粗加工的優(yōu)點如下：1）由于切削力為軸向力壳猜，可采用大懸伸避免干涉勾徽；2）可減小工件變形；3）提高加工效率忿震。粗加工插銑采用 定 軸3＋2方式 進 行 分 層 加 工（見 圖 3）斗黍。在 ＣＡＴＩＡ 軟件中 選 擇 等 高 降 層 粗 銑 策 略，以 流 道輪廓為限制線肚浴，兩側(cè)葉頂為干涉面掷佑，刀軸方向以一次策略為單位多次旋轉(zhuǎn)，以達到讓開干涉淡碟，去除大余量的目的霹壁。

圖3 粗加工示意圖

精加工中，流道底部按照3個區(qū)域分別拾取加工面一步，使用曲面等參數(shù)線加工策略分较，選擇插補軸的多軸方式，以區(qū)域邊界多個驅(qū)動軸為刀軸方向囚上，通過手動設置適應 曲 率 變 化，形 成 整 齊就考、穩(wěn)定和高效的刀路痰拢。主葉片吸力面、主葉片壓力面贯卦、分流葉片吸力面和分流葉片壓力面分別采用同樣的策略资柔，以無干涉、無跳刀和加工完整為目的撵割，以區(qū)域邊界的25個驅(qū)動軸為刀軸方向贿堰，通過手動設置來適應劇烈的曲率變化，生成整齊可靠的刀路（見圖4）啡彬。

圖4 精加工示意圖

4羹与、 結(jié)語

高速切削已經(jīng)在航空領域得到廣泛應用，本文從刀具結(jié)構(gòu)庶灿、刀具幾何參數(shù)纵搁、刀具夾持系統(tǒng)以及加工工藝等影響因素進行分析吃衅，并結(jié)合航空殼體零件在實際加工中的應用實例，進一步掌握刀具在高速切削中的影響腾誉，從而提升高速切削的應用效果徘层，降低加工成本。

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