飞机结构件的高速铣削工艺

    飞机结构件是构成飞机机体骨架和气动外形的主要部件，功能重要。高速铣削是该类零件机械加工的最主要方法。高速数控加工中心和高速铣床已在航空制造企业中广泛应用。有关飞机结构件及航空铝合金的高速数控加工工艺，工艺人员及研究者已多有论述。本文总结归纳其中的若干关键问题，并评述其发展动态。

高速铣削优越性

    飞机结构件的材料主要有3类：航空铝合金、钛合金和复合材料，其中航空铝合金所占比重最大。铝合金切削性能好，但切削时容易粘刀、产生积屑瘤。随着铝合金硅含量的增加，加工难度在增大。钛合金切削性能差、切削温度很高、单位面积上切削力大、加工冷硬现象严重、刀具易磨损。

    从结构上看，飞机结构件壁薄、尺寸大、加工余量大、相对刚度较低。图1所示零件为壁板。为了减轻重量，进行等强度设计，往往在结构件上形成各种复杂槽腔、筋、凸台和减轻孔等要素。整体结构件尺寸更大，结构更复杂壁薄、易变形，零件槽间距离可能仅为2～5mm，腹板厚度也仅有2～4mm， 筋顶形状复杂，切削时很容易产生变形。

图1 飞机壁板结构件

    飞机结构件（尤其是整体结构件）的复杂型腔是用数控铣削方法由整块毛坯件逐步挖制而成。图1所示零件的加工工艺过程为：下料→铣平面→粗铣槽→精铣槽→加工孔→铣外轮廓→去毛刺。切削加工时间占飞机结构件的总加工时间的比例最大。常规速度切削时，加工效率非常低下。大型整体结构件（如整体壁板）的切削加工需要几天时间。切削加工时的材料利用率也非常低，整体结构件平均只有2%~10%。

    切削效率低和切削易变形是制约铝合金结构件加工的主要问题。钛合金结构件的主要问题是切削温度高，刀具磨损严重。高速铣削可以较好地解决这些问题。

    首先，由于高的切削速度，单位时间内的材料切除率（切削速度、进给量和背吃刀量的乘积，v×f×ap）增加，切削加工时间减少，切削效率大幅度提高，从而加工成本也降低。

    同时，在高切削速度范围内，切削力降低，减少了切削变形引起的加工误差，从而有利于薄壁件或刚性差零件的切削加工。

    此外，高速切削时，切屑以很高的速度排出，带走大量的切削热。切削速度提高愈大，带走的热量愈多（大约在90%以上），传给工件的热量大幅度减少，有利于减少加工零件的内力和热变形，提高加工精度。