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(lái)，高速高效加工迅速發(fā)展，使其成為航空航天廣泛應(yīng)用研究的先進(jìn)制造技術(shù)。本文對(duì)大型鋁合金壁板零件的高速高效加工工藝進(jìn)行了分析，介紹了零件的特點(diǎn)及高速高效加工工藝流程，簡(jiǎn)述了如何利用機(jī)床特點(diǎn)來(lái)提高零件加工效率，為單面壁板零件的高速高效加工總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)蚊姹诎辶慵?，高效高效加工工藝?/p>

引言

高速加工（High Speed Machining，HSM），發(fā)展興于20世紀(jì)，以提高切削速度和進(jìn)給速度為特點(diǎn)，被認(rèn)為是2l世紀(jì)最有發(fā)展前途的先進(jìn)制造技術(shù)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(jìn)給速度，而是把優(yōu)化金屬切除率放在首位，旨在通過(guò)提高單位時(shí)間的金屬切削率和降低加工時(shí)間（基本時(shí)間和輔助時(shí)間）來(lái)進(jìn)一步降低加工費(fèi)用，提高生產(chǎn)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(guān)注重點(diǎn)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(zhì)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(dá)到完善的表面質(zhì)量及尺寸精度，在航空飛機(jī)零件鋁合金占多數(shù)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，去除量大，并且在減輕重量方面、薄壁方面要求嚴(yán)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(lǐng)域?qū)⒂懈鼜V闊的發(fā)展空間。

一、零件結(jié)構(gòu)分析

1、零件結(jié)構(gòu)規(guī)整，內(nèi)外形無(wú)角度，無(wú)難加工曲面。

2、零件為單面結(jié)構(gòu)，無(wú)薄腹板、筋條及緣條。

3、零件示意圖見(jiàn)圖1。

二、機(jī)床的選擇及加工方案的制定

1、機(jī)床的選擇

通常把比常規(guī)切削速度高5～10倍的切削稱為高速切削，如果要充分發(fā)揮高速切削加工優(yōu)勢(shì)，必須要有合適的高速加工的加工策略用于指導(dǎo)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(guī)格及刀具切深

（2）每齒進(jìn)給量

（3）切削方式

（4）切削線速度及進(jìn)給速度

（5）轉(zhuǎn)角處的切削

（6）冷卻方式

結(jié)合以上限制高速加工的因素及零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、刀具特點(diǎn)和機(jī)床設(shè)備利用率等各方面因素，初步?jīng)Q定在具有高速電主軸的臥式數(shù)控銑床上加工此零件。此機(jī)床可以利用高壓氣體迅速吹走切削區(qū)產(chǎn)生的切屑，同時(shí)經(jīng)霧化的潤(rùn)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(hù)膜，可有效地延長(zhǎng)刀具壽命并提高零件的表面質(zhì)量。

2、加工方案的制定

根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制定了適于此機(jī)床高速加工的加工方案：

（1）形成了統(tǒng)一的編程方法和切削參數(shù)，縮短了工藝準(zhǔn)備周期，降低了技術(shù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（2）自動(dòng)換刀的加工模式。操作者人為換刀或調(diào)用程序換刀的方案，對(duì)機(jī)床的自身刀具庫(kù)功能應(yīng)用不夠全面，并且人為干預(yù)占加工工時(shí)比重較大，這就嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的穩(wěn)定狀態(tài)和質(zhì)量問(wèn)題。自動(dòng)換刀不僅實(shí)現(xiàn)了僅使用一個(gè)NC程序?qū)⒘慵庸さ轿?，而且達(dá)到一次交檢合格的目的。

（3）等體積切削方案。根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用等體積切削的方案，通過(guò)該種加工方法可以大大提高零件的加工效率和加工質(zhì)量、縮短零件加工周期、減少工人勞動(dòng)強(qiáng)度、增強(qiáng)機(jī)床使用效率。

三、切削參數(shù)及金屬去除率

高速加工對(duì)刀具的要求很高，每把刀具都具有三個(gè)重要特性：精度、剛度和使用壽命，嚴(yán)格的動(dòng)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(jīng)確定的前提下，選擇了整體硬質(zhì)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(guò)程使用的刀具直徑不能無(wú)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(huì)降低，因此不宜選擇過(guò)大直徑的刀具加工。另外，對(duì)于不同的加工目的，選取的切削參數(shù)也不同，粗加工是為了去除大部分余量，因此，切削參數(shù)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(shù)。側(cè)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(shù)，精加工選取較小的參數(shù)。粗加工每齒進(jìn)給量一般選擇Fz=0.13～0.18，精加工每齒進(jìn)給量一般選擇Fz=0.1～0.15。在精加工中主要通過(guò)切削速度的提高來(lái)彌補(bǔ)每齒進(jìn)給量的不足，最終達(dá)到表面的光整加工。

四、結(jié)論

高速高效的數(shù)控加工對(duì)提高飛機(jī)零件質(zhì)量、縮短飛機(jī)制造周期發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。高速加工工藝是一個(gè)系統(tǒng)工程，需要在數(shù)控機(jī)床、加工工藝、編程技術(shù)、刀具、切削參數(shù)等各個(gè)環(huán)節(jié)緊密配合，才能達(dá)到切削速度和進(jìn)給速度的成倍提高。由此，我得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

1、針對(duì)航空鋁合金結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇合適的數(shù)控機(jī)床，使用切削力均衡優(yōu)化技術(shù)，增強(qiáng)切削過(guò)程穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)鋁合金高速高效加工奠定基礎(chǔ);

2、針對(duì)人工編程質(zhì)量差異的問(wèn)題，通過(guò)使用編程技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了加工參數(shù)及方案的規(guī)范化及工藝人員編制程序的高速高效加工;

3、針對(duì)加工過(guò)程中的人工干預(yù)，通過(guò)自動(dòng)換刀的方式，避免了人工換刀及調(diào)用程序過(guò)程中的時(shí)間浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了高效率加工;

4、針對(duì)不同刀具，選擇相應(yīng)的切削參數(shù)，最大限度提高單位時(shí)間金屬去除率，實(shí)現(xiàn)零件的高速高效加工。

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