大型鋁合金壁板零件高速高效加工工藝研究

劉丹

摘 要：近年來，高速高效加工迅速發展，使其成為航空航天廣泛應用研究的先進制造技術。本文對大型鋁合金壁板零件的高速高效加工工藝進行了分析，介紹了零件的特點及高速高效加工工藝流程，簡述了如何利用機床特點來提高零件加工效率，為單面壁板零件的高速高效加工總結經驗。

關鍵詞：單面壁板零件，高效高效加工工藝。

引言

高速加工（High Speed Machining，HSM），發展興于20世紀，以提高切削速度和進給速度為特點，被認為是2l世紀最有發展前途的先進制造技術之一。與高速加工比較而言，高效加工并不只是限于提高切削速度和進給速度，而是把優化金屬切除率放在首位，旨在通過提高單位時間的金屬切削率和降低加工時間（基本時間和輔助時間）來進一步降低加工費用，提高生產效率。高效加工在某種程度上可以涵蓋高速加工，從不同的視角去看，關注重點也有所不同。而高速高效加工，主要目的就是提高效率、提高質量和降低成本。高速加工用于粗加工有高的切除率，用于精加工可達到完善的表面質量及尺寸精度，在航空飛機零件鋁合金占多數，結構復雜，去除量大，并且在減輕重量方面、薄壁方面要求嚴格，此類零件特別適合高速加工，因此高速加工在航空制造領域將有更廣闊的發展空間。

一、零件結構分析

1、零件結構規整，內外形無角度，無難加工曲面。

2、零件為單面結構，無薄腹板、筋條及緣條。

3、零件示意圖見圖1。

二、機床的選擇及加工方案的制定

1、機床的選擇

通常把比常規切削速度高5～10倍的切削稱為高速切削，如果要充分發揮高速切削加工優勢，必須要有合適的高速加工的加工策略用于指導高速加工，而影響高速加工的主要因素有以下方面：

（1）刀具規格及刀具切深

（2）每齒進給量

（3）切削方式

（4）切削線速度及進給速度

（5）轉角處的切削

（6）冷卻方式

結合以上限制高速加工的因素及零件的結構特點、刀具特點和機床設備利用率等各方面因素，初步決定在具有高速電主軸的臥式數控銑床上加工此零件。此機床可以利用高壓氣體迅速吹走切削區產生的切屑，同時經霧化的潤滑油可以在刀具刃部和零件表面形成一層極薄的微觀保護膜，可有效地延長刀具壽命并提高零件的表面質量。

2、加工方案的制定

根據零件的結構特點制定了適于此機床高速加工的加工方案：

（1）形成了統一的編程方法和切削參數，縮短了工藝準備周期，降低了技術人員的勞動強度。

（2）自動換刀的加工模式。操作者人為換刀或調用程序換刀的方案，對機床的自身刀具庫功能應用不夠全面，并且人為干預占加工工時比重較大，這就嚴重影響了產品的穩定狀態和質量問題。自動換刀不僅實現了僅使用一個NC程序將零件加工到位，而且達到一次交檢合格的目的。

（3）等體積切削方案。根據零件的結構特點，采用等體積切削的方案，通過該種加工方法可以大大提高零件的加工效率和加工質量、縮短零件加工周期、減少工人勞動強度、增強機床使用效率。

三、切削參數及金屬去除率

高速加工對刀具的要求很高，每把刀具都具有三個重要特性：精度、剛度和使用壽命，嚴格的動平衡要求刀具的精度要高，刀具必須具有一定的使用壽命。所以在加工方案已經確定的前提下，選擇了整體硬質合金高速立銑刀用于零件的高速加工。由于受到主軸功率的限制，切削過程使用的刀具直徑不能無限加大，在一定條件下，隨著刀具直徑的增大，則主軸切削消耗的功率隨之增大，所以切削性能則會降低，因此不宜選擇過大直徑的刀具加工。另外，對于不同的加工目的，選取的切削參數也不同，粗加工是為了去除大部分余量，因此，切削參數要盡可能的選取上限值，精加工為了保證零件的尺寸，則需要選取合適的加工參數。側刃加工可以按照等截面積方式換算切削深度與切削寬度。粗加工選擇較大的參數，精加工選取較小的參數。粗加工每齒進給量一般選擇Fz=0.13～0.18，精加工每齒進給量一般選擇Fz=0.1～0.15。在精加工中主要通過切削速度的提高來彌補每齒進給量的不足，最終達到表面的光整加工。

四、結論

高速高效的數控加工對提高飛機零件質量、縮短飛機制造周期發揮著至關重要的作用。高速加工工藝是一個系統工程，需要在數控機床、加工工藝、編程技術、刀具、切削參數等各個環節緊密配合，才能達到切削速度和進給速度的成倍提高。由此，我得出以下幾點結論：

1、針對航空鋁合金結構件的結構特點，選擇合適的數控機床，使用切削力均衡優化技術，增強切削過程穩定性，為實現鋁合金高速高效加工奠定基礎;

2、針對人工編程質量差異的問題，通過使用編程技術，實現了加工參數及方案的規范化及工藝人員編制程序的高速高效加工;

3、針對加工過程中的人工干預，通過自動換刀的方式，避免了人工換刀及調用程序過程中的時間浪費，實現了高效率加工;

4、針對不同刀具，選擇相應的切削參數，最大限度提高單位時間金屬去除率，實現零件的高速高效加工。

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