超高速加工在航空制造中的应用研究

冯扬

摘 要 文章主要针对超高速加工在航空制造中的应用进行深入研究，首先简单介绍超高速加工技术，其次阐述超高速加工在航空制造中的应用要求，并以此为依据，分析超高速加工在航空制造中的应用，其目的在于有效提高航空制造的加工效率和质量。

关键词 超高速加工;航空;制造;应用

新时代发展背景下，机械制造业为能提高生产率和获取较多利润，先进制造技术的应用范围越来越大，而超高速加工技术作为先进制造技术的重要组成部分，主要运用超硬材料的刃具，通过提高切削速度和进给速度，来提高材料的切除率和加工精度，该项技术已经得到了广泛应用。常见的超高速切削各种材料的切速范围为：铝合金已超过1600m/min、铸铁为1500m/min、超耐热镍合金达300m/min、磨削250m/s以上等等。基于此，将以超高速加工技术为依据，对超高速加工在航空制造中的应用，展开以下分析。

1 背景介绍

超高速加工理论最初由德国提出，然后在20世纪60年代后，由美国科技界与工业界，对其机理和应用展开了深入分析工作。伴随社会经济的不断发展，因高强度与高熔点刀具材料与超高速电主轴的成功应用，用于高速进给的直线电动机伺服驱动系统的应用和相关配套技术也日益完善，而后在德国、日本、美国、意大利等国家中应用，并且在此背景下迅速开创了高速加工时代，使得越来越多的高速机床和高速加工技术，被运用在制造部门中[1]。而且相比较一般磨削而言，超高速加工技术的特点，主要体现在以下几个方面：首先，在航空制造中运用超高速加工技术，能把硬脆的材料实现延性域磨削，而对高塑性和难磨材料而言，则是能获取到较好的磨削效果，主要适用于易热变形的工件中;其次，能够有效提高生产效率，但是高速切削主要运用高压大流量冷却的方式，该方式会对环境造成污染，同时，还存有提高生产成本和减少刀具耐用度等问题;最后，超高速加工技术具备的特点，还体现在砂轮耐用度高，延长使用寿命等多个方面。

此外，高速加工属于制造业发展中的新技术，特别是在工业发达国家，高速切削属于全新的切削加工理念，其优势主要体现在：加工时间能缩短约70%，进给速度会提升约7倍，材料去除率约提升4倍，且刀具耐用度也会提升约70%，切削力度减少约30%等多个方面。

2 超高速加工在航空制造中的应用要求

在航空制造中应用超高速加工技术，提出的要求主要体现在机床、主轴、刀具三个方面。

首先，针对机床提出的要求分析。高速加工的机床需要满足以下几点要求：第一，机床应当具有较大的功率要求，并且机床主轴加速度大;第二，应在航空制造中，为机床配备高速主轴、高速进给滚珠丝杠及快速响应数控等系统;第三，所选择的材料需要以聚合混凝土为主，从而运用在航空制造中。在航空制造中需要满足超高速加工，并且该结构针对机床的结构振动衰减作用，是铸铁或纯焊接钢结构的八倍，因振动的减少，促使马达的热稳定性逐渐提升[2]。但是，在高速加工的过程中运用线性马达，会有效推动高速加工技术的发展，而且若是直接驱动线性马达的话，还能在提高加工质量的基础上简化结构，从而达到较高的加工速度，使其变化不会超出0.01%。

其次，针对主轴提出的要求分析。常见的主轴转速约为40000～50000r/min，整体制造法能够有效减少轴向推力约50%，同时还能有效减小工件变形等问题，但是主轴的速度是否能提高，主要受轴承零件的限制。

最后，针对刀具提出的要求分析。刀具应具有一定的平衡稳定性能，所以，需要使用对称夹钳、热夹钳与收缩夹钳固定刀片，同時，刀具还要具有一定的直径，只有通过试验且确定的经验，才能设置最大切削速度，进而确保生产过程中的安全性。

3 超高速加工在航空制造中的有效应用

据目前发展现状可看出，飞机内使用的零件都是以“整体制造法”为主，所谓“整体制造法”是指在整体上以“掏空”加工的形式，形成多筋薄壁构件，其金属切除量比较大，因具备这一特点，所以需要运用超高速加工技术。在航空制造中运用超高速加工技术，是近几年航空制造业发展的趋势之一，因此，在20世纪90年代中后期的时候，很多制造商都在航空加工制造的过程中，增添了先进的多坐标高速数控铣与加工中心使用的铝、钛、钢等材料。

基于新时期发展背景下，国内很多航空工业的几大主机厂，都在加工制造的过程中引入了全新的高速数控加工设备，并且还在机床应用、刀具选择等方面取得了成就与进步。基于此，为有效减轻重量和满足现代化发展需求，部分航空制造企业都在飞机结构零件中运用薄壁细筋结构。针对此类问题的解决途径就是提高切削速度和进给速度[3]。基于此，可以在航空制造中运用超高速加工，实现“整体制造法”。此外，为了能有效提高可靠性与降低成本，还可以通过把原有零件连接而成的组件，整改成为运用整体实心材料高速加工而后才能，从而提高生产效率与生产质量，发挥出制造成本降低的作用。

4 结束语

综上所述，超高速加工给机械制造业带来了全新挑战，其吸引力就在于实现高速加工的同时，把原有普通数控难以达到的加工精度和表面质量，合理运用在航空领域中。在航空制造中应用超高速加工，不仅能提高零件加工质量、缩短周期，同时还能缩短新机种的开发周期，是航空制造业提高加工效率和质量的主要途径。

参考文献

[1] 郑小燕，王程，文瑞虎.应用于超高速制导炮弹的介质波导天线[J].探测与控制学报，2018，40（3）：40-44.

[2] 徐伟，王永鹏，李昆.航空制造企业工艺数据管理研究[J].新技术新工艺，2019，（5）：19-25.

[3] 杜江，刘航，白瑀.基于关联规则的航空制造业知识管理研究[J].知识管理论坛，2019，（3）：52-53.