螺旋铣孔技术在航空制造装配业中的发展应用

赵鹏

摘要：在航空制造装配业中，通常需要对飞机机翼和一些主承力結构件加工成千上万个孔，以便进行装配，并且要求航空装配孔实现高效、高精度和高质量的加工。但是，由于传统钻削加工的一些特点，如半封闭式加工、切削力大和工件表面质量难以控制等，限制了钻削加工在高硬度材料和航空材料上的作为。螺旋铣孔工艺的“以铣代钻”完全弥补了传统钻孔加工的不足，不仅在高硬度材料的孔加工中体现了其优势，而且在航空难加工材料钛合金和碳纤维增强复合材料的孔加工中也体现了其优势。本文就螺旋铣孔技术在航空制造装配业中的发展应用进行了讨论。

关键词：螺旋铣孔技术；航空制造装配业；应用

一、螺旋铣孔工艺

螺旋铣孔过程由主轴的“自转”和主轴绕孔中心的“公转”2个运动复合而成，这种特殊的运动方式决定了螺旋铣孔的优势。首先，刀具中心的轨迹是螺旋线而非直线，即刀具中心不再与所加工孔的中心重合，属偏心加工过程。刀具的直径与孔的直径不一样，这突破了传统钻孔技术中一把刀具加工同一直径孔的限制，实现了单一直径刀具加工一系列直径孔。这不仅提高了加工效率，同时也大大减少了存刀数量和种类，降低了加工成本。其次，螺旋铣孔过程是断续铣削过程，有利于刀具的散热，从而降低了因温度累积而造成刀具磨损失效的风险。更重要的是，与传统钻孔相比，螺旋铣孔过程在冷却液的使用上有了很大的改进，整个铣孔过程可以采用微量润滑甚至空冷方式来实现冷却，是一个绿色环保的过程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足够的空间从孔槽排出，排屑方式不再是影响孔质量的主要因素。由此可见，该项技术有着广阔的发展空间和良好的市场前景，但作为新的加工方式，其加工机理有待进一步研究探讨。

二、螺旋铣孔的原理

螺旋铣孔工艺的显著特点是切削运动由2种进给运动复合而成，分别是刀具主轴的轴向进给运动和刀具的切向进给运动，这2种运动存在着一定的几何关系。刀具中心与孔径中心并不重合，而是沿一定的轨迹运动。相关公式如下：

刀具轴向进给速度Vfha=fzazn；刀具切向进给速度Vft=fztzn

式中fza为刀具每齿轴向进给量；fzt为刀具每齿切向进给量；z为铣刀齿数；n为转速。

螺旋铣孔由2个过程构成，一个是侧刃在切向的断续铣削，另一个是底刃在轴向的连续钻削。侧刃的轴向切深随着刀轨的旋转角度的增大而逐渐增大，在180°时达到最大值（每螺旋进给深度），径向的切削厚度随刀轨的旋转角度的增大而呈正弦曲线变化，最大值为刀具每齿切向进给量fzt。底刃切削近似为钻削，切削厚度等于刀具每齿轴向进给量fza，切削宽度等于刀具半径。

三螺旋铣孔技术在航空制造装配业中的发展应用

（一）提高加工孔的质量和刀具寿命

螺旋铣孔技术在航空制造装配业中进行应用，比传统的钻孔技术更加具有应用优势，不仅能够提高钻孔的质量，而且还能有效的保护刀具，使得刀具不致于出现严重磨损的现象，从而延长刀具的应用寿命。螺旋铣孔在进行切削的时候，是采用的断续切削方式，铣削力相对来说较小，在这种较小力下，并不会使加工的钻孔周边出现毛刺现象。螺旋铣孔技术所选用的刀具相对来说直径要小于孔洞直径，在切削的过程中，能够使得屑末更快排出，使得孔洞保持较高的平滑水平。另外，在针对复合型的材料进行加工处理的过程中，应用螺旋铣孔技术有效的改善了传统的钻孔技术中存在的各种不足问题。从刀具的磨损角度来进行分析，传统钻孔技术在应用的过程中，往往会因为切削能力低而使得刀具出现聚热的情况，这样就很容易使得刀具出现磨损的情况，从而缩短刀具的应用寿命。而螺旋铣孔技术所应用的刀具均具有较高的质量，螺旋铣孔的铣削力相对来说的较低，不会产生过大的热量，从而使得刀具的应用寿命得以延长。

（二）缩短研制周期，节约加工成本

在制造飞机或其他重型机器时，使用螺旋铣孔技术将会大大缩短研发周期，降低成本。应用螺旋铣孔技术，可用同一把刀加工不同直径的孔和复杂形状的孔。由于其加工方法的优越性，可以节省传统的锪锥孔、铰孔等工作。这意味着，今后加工孔的刀具种类型号会不断减少。从整个研制周期来看，使用螺旋技术可减少很多工序（如分解拆卸后对不同的孔分别进行毛刺去除处理、铰孔、清除冷却液，再进行组装），大大缩短加工周期。

（三）高度自动化

要想能够使得加工成本可以得到有效的降低，就需要能够不断的提升螺旋铣孔技术的自动化水平。螺旋铣孔技术所具有的铣削能力相对来说较弱，在航空制造装配业中应用这一项技术的时候，可以有效的应用这一技术实现对工业机器人的控制，将螺旋铣孔安置到机械设备上，从而就可以实现加工运作的自动化，而工业机械设备相对来说较为脆弱，无法承受较大的钻孔力，而传统的钻孔方法恰恰轴向力过大，所以不适宜应用在工业机械设备上，所以在工业机械设备上只能够应用螺旋铣孔技术。

（四）促进新材料的使用

在航空制造装配业发展中，为了使得各种飞机的零部件可以得到有效的发展，就需要应用相应的新型材料，这是目前飞机零部件发展的必然趋势。而现今的应用较为广泛的新型材料主要包括钛合金以及复合材料等。还有很多的新型材料尚在研制的阶段。然而值得注意的是，在对新型材料进行研制的过程中，需要合理的采用相应的加工工艺，获取相应加工工艺的支持，在进行钻孔加工的过程中，合理的应用新型材料制成的螺旋铣孔刀具，可以使得螺旋铣孔技术的应用优势得到更为有效的体现。

4、结束语

螺旋铣孔工艺只需1把刀具就可以加工出不同直径、高质量的孔，既减少了换刀时间，又节省了加工工序，大大提高了制孔工艺效率。鉴于螺旋铣孔技术的优势，特别是航空制造装配业中的许多企业已开始将它应用到生产实际中。随着这种技术的推广和应用，传统的钻孔刀具将会慢慢失去其主导地位，而新型铣孔装置将会越来越多地出现在孔加工过程中。

参考文献

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