細長軸加工技術在復雜零件加工中的應用

顏曉吉

（中國航發湖南動力機械研究所，株洲 412000）

隨著現代制造業的不斷發展，高效加工復雜零件逐步成為制造業發展的瓶頸之一。復雜零件通常具有獨特的結構和材料特性，其加工難度主要表現在形狀復雜、尺寸較大、結構細致等方面。因此，在加工復雜的零件時，傳統的加工方法往往難以滿足高精度、高效率和低成本要求，而引入細長軸加工技術，為制造加工提供了一條全新的解決之道。細長軸加工技術在不同領域的廣泛應用，證明其在提高加工效率和復雜零件質量、降低成本等方面具有顯著優勢。它的獨特之處在于從復雜零件的各個維度進行精密加工，通過控制細長軸創新切削策略，為復雜零件的制造帶來全新可能。

1 細長軸加工技術概述

1.1 技術原理

獨特而精密的切削原理是細長軸加工技術的核心。該技術有效提高了工件加工的多方面性能，通過引入高速旋轉的細長軸，使主軸切削過程由傳統的橫或豎向著更靈活的軸向擴展。通過精確控制刀具，細長軸加工技術能夠高效切削材料。具體地說，當細長軸轉動時，刀具與工件的交互作用產生切削力，而細長軸的轉動軌跡和角度決定著切削的精確度。

1.2 主要特點

細長軸加工技術相較于傳統的橫向或縱向切削方式，能夠對工件進行軸向切削，并滿足復雜零件的加工需求。這種軸向切削的靈活性，使細長軸技術可以為制造業提供不同形狀、不同結構的部件，從而具有更廣泛的應用空間。細長軸加工技術具有高速旋轉的特點，有效提高了加工效率和精度。降低加工過程中的切削力，縮小工件表面受熱影響的面積，通過將刀具與高速旋轉的細長軸相結合，可達到高效細切削復雜零件的目的[1]。先進數值模擬技術的引入為細長軸加工技術的優化提供了新的契機。研究人員通過模擬分析刀軸運動、切削力的變化等關鍵因素，進一步提高了細長軸的加工精度和效率。同時，刀具材料、潤滑系統、刀具幾何結構等方面的創新為細長軸加工技術的全面發展提供了強有力的支持。

2 細長軸加工技術應用分析

2.1 在不同材料中的應用

對于金屬材料的加工，細長軸加工技術的應用成功處理了高硬度金屬的加工難題。在不同金屬合金的加工過程中，該技術的應用可在提高加工速度的同時保證復雜零件的表面質量，通過優化切削參數實現高效切削。另外，細長軸加工技術在塑料加工領域的應用取得了顯著進展。對于高分子材料的細切削，采用細長軸加工技術，通過精確控制刀具形狀和切削參數，實現了對塑料零件的高效、精密加工。在電子產品、醫療器械等領域，該技術成功應用于塑料零件的微觀加工，保證了零件尺寸和形狀的精度要求[2]。

2.2 結構復雜零件的加工實踐

細長軸加工技術在處理結構復雜的零件時，通過其獨特的軸向切削和高速旋轉的組合，有效解決了復雜結構的加工難題，如細小的凹凸、曲面等。在航空航天領域，通過精密的軸向切削，實現了對發動機葉片等復雜結構的高精度加工，在飛機發動機零部件等結構復雜的零部件制造中成功應用細長軸加工技術，保障了飛機的性能和安全性。采用細長軸加工技術生產特殊結構的多孔及空腔零件具有獨特優勢，可以精確控制復雜零件內部的各種幾何結構，達到精密切削的目的[3]，在醫療器械制造領域得到了廣泛應用。特別是在骨科植入物的制造過程中，對具有復雜內部結構的零件，采用細長軸加工技術能夠進行高效的軸向切削和精密的刀具設計，實現對這類零件的高精度加工，提高植入物的適配性和生物相容性。細長軸加工技術應用于航空航天和醫療器械等領域的成功實踐，能夠為制造復雜結構的零件提供高效精密的解決方案[4]。

2.3 切削力控制策略

采用細長軸加工技術能夠實現對復雜零件的高效、穩定切削，為零件制造提供更為可靠的解決方案。細長軸加工技術能夠在切削過程中減小切削力的波動，實現對切削力的精確控制。這種精準的切削力控制策略不僅有助于降低機床振動，提高加工精度，而且能夠有效延長刀具使用壽命，降低刀具更換頻率，從而降低加工成本[5]。

細長軸加工技術在切削力控制上的創新，不僅僅局限于理論層面，而是將智能控制與先進的數值模擬技術進行深度融合，提供了一個全新的范式，以供復雜零件高效加工使用。該技術實現了高度實時監控和調整切削力，通過引入智能控制系統，利用傳感器網絡，實時獲取刀具與工件的動態交互數據，包括切削力大小、方向、變化率等關鍵參數。在細長軸加工技術的應用過程中，采用先進的數值模擬技術，可在不同條件下對切削力的變化趨勢進行復雜的模擬分析，在加工前對切削力進行預測[6]。模擬結果在先進的切削力模型和模擬算法的基礎上，能夠在比較真實的場景中還原切削過程，為制定合理的切削力控制策略奠定了基礎。

3 應用效果

3.1 優化表面質量與提升加工精度

細長軸加工技術在表面質量優化與加工精度提升方面表現突出。這既與其所采用的先進工藝技術有關，也離不開對切削過程的精密控制。以某實際航空航天部件項目為例，采用細長軸加工技術進行高精度切削，明顯提高了表面質量，優化了加工精度[7]。在該項目中，科研人員通過實驗測試與數值模擬相結合的方法，在不同的切割參數條件下，系統考核了細長軸加工技術對表面質量和加工精度的影響。評價表面質量的一個關鍵參數是表面粗糙度。在相同的工件材料和加工條件下，相較于傳統的切削技術，細長軸加工技術表面粗糙度要更低[8]。通過數值模擬，研究人員分析了不同切削參數對加工精度的影響，切削精度評價指標選擇了最大切削誤差。細長軸加工技術與傳統技術對比數據如表1 所示[9]。由表1 可知，細長軸加工技術在提高切削速度和進給速度的同時降低了切削深度，顯著減小了表面粗糙度和最大切削誤差，從而提高了加工精度[10]。

表1 細長軸加工技術與傳統切削技術對比數據

3.2 顯著提高加工效率

細長軸加工技術的應用可顯著提高加工效率。以某一金屬零件加工為例，通過實際項目數據的收集和比較分析，得到細長軸加工技術與傳統切削技術在加工效率方面的具體數據，如表2 所示[11]。

表2 細長軸加工技術與傳統切削技術加工效率對比

從表2 可以看出，細長軸加工技術相較于傳統切削技術在加工效率上表現出明顯的優勢。采用細長軸加工技術，平均加工時間明顯縮短，加工精度提高，每小時產量大幅增加，且刀具使用壽命較長，降低了刀具更換頻率[12]。

3.3 降低成本與優化資源利用

通過采用先進的切削力控制策略，細長軸加工技術的應用成功降低了能耗，減少了材料磨損，有效延長了刀具使用壽命[13]。這一創新不僅直接降低了刀具的更換頻率和生產維護成本，而且有助于減少對原材料的需求，進一步減少資源浪費。在生產過程中，采用細長軸加工技術使得廢品率明顯降低，通過切削參數的優化和加工精度的提高，在減少返工和廢料產生的同時，能夠在一次加工中達到設計要求。這樣既減少了制造過程中的浪費，又為企業節省了大量的資源和人力投入，還減少了企業處理廢品和再加工的費用[14]。

3.4 提高復雜零件質量

細長軸加工技術對復雜零件質量的提高作用十分明顯，通過優化切削過程，控制切削力，并運用先進的刀具涂層技術，有效減少了復雜零件加工過程中可能產生的形變殘余應力和切削瑕疵，從而實現了對復雜零件的高精度加工，確保其在制造過程中保持設計規格和形狀的同時，進一步提升復雜零件的表面光潔度[15]。因此，在不同行業的高要求復雜零件制造中，可以采用長軸加工技術優化復雜零件表面光潔度。

4 結語

細長軸加工技術為復雜零件加工提供了新的解決方案，特別是在切削力實時控制和智能應用、成本降低和資源利用優化、零部件質量提升等方面。隨著細長軸加工技術的不斷演進，制造業將會向更高層次發展。