螺旋銑孔技術(shù)在航空制造裝配業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用

趙鵬

摘要：在航空制造裝配業(yè)中，通常需要對飛機(jī)機(jī)翼和一些主承力結(jié)構(gòu)件加工成千上萬個孔，以便進(jìn)行裝配，并且要求航空裝配孔實(shí)現(xiàn)高效、高精度和高質(zhì)量的加工。但是，由于傳統(tǒng)鉆削加工的一些特點(diǎn)，如半封閉式加工、切削力大和工件表面質(zhì)量難以控制等，限制了鉆削加工在高硬度材料和航空材料上的作為。螺旋銑孔工藝的“以銑代鉆”完全彌補(bǔ)了傳統(tǒng)鉆孔加工的不足，不僅在高硬度材料的孔加工中體現(xiàn)了其優(yōu)勢，而且在航空難加工材料鈦合金和碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的孔加工中也體現(xiàn)了其優(yōu)勢。本文就螺旋銑孔技術(shù)在航空制造裝配業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：螺旋銑孔技術(shù)；航空制造裝配業(yè)；應(yīng)用

一、螺旋銑孔工藝

螺旋銑孔過程由主軸的“自轉(zhuǎn)”和主軸繞孔中心的“公轉(zhuǎn)”2個運(yùn)動復(fù)合而成，這種特殊的運(yùn)動方式?jīng)Q定了螺旋銑孔的優(yōu)勢。首先，刀具中心的軌跡是螺旋線而非直線，即刀具中心不再與所加工孔的中心重合，屬偏心加工過程。刀具的直徑與孔的直徑不一樣，這突破了傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)中一把刀具加工同一直徑孔的限制，實(shí)現(xiàn)了單一直徑刀具加工一系列直徑孔。這不僅提高了加工效率，同時也大大減少了存刀數(shù)量和種類，降低了加工成本。其次，螺旋銑孔過程是斷續(xù)銑削過程，有利于刀具的散熱，從而降低了因溫度累積而造成刀具磨損失效的風(fēng)險。更重要的是，與傳統(tǒng)鉆孔相比，螺旋銑孔過程在冷卻液的使用上有了很大的改進(jìn)，整個銑孔過程可以采用微量潤滑甚至空冷方式來實(shí)現(xiàn)冷卻，是一個綠色環(huán)保的過程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足夠的空間從孔槽排出，排屑方式不再是影響孔質(zhì)量的主要因素。由此可見，該項(xiàng)技術(shù)有著廣闊的發(fā)展空間和良好的市場前景，但作為新的加工方式，其加工機(jī)理有待進(jìn)一步研究探討。

二、螺旋銑孔的原理

螺旋銑孔工藝的顯著特點(diǎn)是切削運(yùn)動由2種進(jìn)給運(yùn)動復(fù)合而成，分別是刀具主軸的軸向進(jìn)給運(yùn)動和刀具的切向進(jìn)給運(yùn)動，這2種運(yùn)動存在著一定的幾何關(guān)系。刀具中心與孔徑中心并不重合，而是沿一定的軌跡運(yùn)動。相關(guān)公式如下：

刀具軸向進(jìn)給速度Vfha=fzazn；刀具切向進(jìn)給速度Vft=fztzn

式中fza為刀具每齒軸向進(jìn)給量；fzt為刀具每齒切向進(jìn)給量；z為銑刀齒數(shù)；n為轉(zhuǎn)速。

螺旋銑孔由2個過程構(gòu)成，一個是側(cè)刃在切向的斷續(xù)銑削，另一個是底刃在軸向的連續(xù)鉆削。側(cè)刃的軸向切深隨著刀軌的旋轉(zhuǎn)角度的增大而逐漸增大，在180°時達(dá)到最大值（每螺旋進(jìn)給深度），徑向的切削厚度隨刀軌的旋轉(zhuǎn)角度的增大而呈正弦曲線變化，最大值為刀具每齒切向進(jìn)給量fzt。底刃切削近似為鉆削，切削厚度等于刀具每齒軸向進(jìn)給量fza，切削寬度等于刀具半徑。

三螺旋銑孔技術(shù)在航空制造裝配業(yè)中的發(fā)展應(yīng)用

（一）提高加工孔的質(zhì)量和刀具壽命

螺旋銑孔技術(shù)在航空制造裝配業(yè)中進(jìn)行應(yīng)用，比傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)更加具有應(yīng)用優(yōu)勢，不僅能夠提高鉆孔的質(zhì)量，而且還能有效的保護(hù)刀具，使得刀具不致于出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的現(xiàn)象，從而延長刀具的應(yīng)用壽命。螺旋銑孔在進(jìn)行切削的時候，是采用的斷續(xù)切削方式，銑削力相對來說較小，在這種較小力下，并不會使加工的鉆孔周邊出現(xiàn)毛刺現(xiàn)象。螺旋銑孔技術(shù)所選用的刀具相對來說直徑要小于孔洞直徑，在切削的過程中，能夠使得屑末更快排出，使得孔洞保持較高的平滑水平。另外，在針對復(fù)合型的材料進(jìn)行加工處理的過程中，應(yīng)用螺旋銑孔技術(shù)有效的改善了傳統(tǒng)的鉆孔技術(shù)中存在的各種不足問題。從刀具的磨損角度來進(jìn)行分析，傳統(tǒng)鉆孔技術(shù)在應(yīng)用的過程中，往往會因?yàn)榍邢髂芰Φ投沟玫毒叱霈F(xiàn)聚熱的情況，這樣就很容易使得刀具出現(xiàn)磨損的情況，從而縮短刀具的應(yīng)用壽命。而螺旋銑孔技術(shù)所應(yīng)用的刀具均具有較高的質(zhì)量，螺旋銑孔的銑削力相對來說的較低，不會產(chǎn)生過大的熱量，從而使得刀具的應(yīng)用壽命得以延長。

（二）縮短研制周期，節(jié)約加工成本

在制造飛機(jī)或其他重型機(jī)器時，使用螺旋銑孔技術(shù)將會大大縮短研發(fā)周期，降低成本。應(yīng)用螺旋銑孔技術(shù)，可用同一把刀加工不同直徑的孔和復(fù)雜形狀的孔。由于其加工方法的優(yōu)越性，可以節(jié)省傳統(tǒng)的锪錐孔、鉸孔等工作。這意味著，今后加工孔的刀具種類型號會不斷減少。從整個研制周期來看，使用螺旋技術(shù)可減少很多工序（如分解拆卸后對不同的孔分別進(jìn)行毛刺去除處理、鉸孔、清除冷卻液，再進(jìn)行組裝），大大縮短加工周期。

（三）高度自動化

要想能夠使得加工成本可以得到有效的降低，就需要能夠不斷的提升螺旋銑孔技術(shù)的自動化水平。螺旋銑孔技術(shù)所具有的銑削能力相對來說較弱，在航空制造裝配業(yè)中應(yīng)用這一項(xiàng)技術(shù)的時候，可以有效的應(yīng)用這一技術(shù)實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人的控制，將螺旋銑孔安置到機(jī)械設(shè)備上，從而就可以實(shí)現(xiàn)加工運(yùn)作的自動化，而工業(yè)機(jī)械設(shè)備相對來說較為脆弱，無法承受較大的鉆孔力，而傳統(tǒng)的鉆孔方法恰恰軸向力過大，所以不適宜應(yīng)用在工業(yè)機(jī)械設(shè)備上，所以在工業(yè)機(jī)械設(shè)備上只能夠應(yīng)用螺旋銑孔技術(shù)。

（四）促進(jìn)新材料的使用

在航空制造裝配業(yè)發(fā)展中，為了使得各種飛機(jī)的零部件可以得到有效的發(fā)展，就需要應(yīng)用相應(yīng)的新型材料，這是目前飛機(jī)零部件發(fā)展的必然趨勢。而現(xiàn)今的應(yīng)用較為廣泛的新型材料主要包括鈦合金以及復(fù)合材料等。還有很多的新型材料尚在研制的階段。然而值得注意的是，在對新型材料進(jìn)行研制的過程中，需要合理的采用相應(yīng)的加工工藝，獲取相應(yīng)加工工藝的支持，在進(jìn)行鉆孔加工的過程中，合理的應(yīng)用新型材料制成的螺旋銑孔刀具，可以使得螺旋銑孔技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢得到更為有效的體現(xiàn)。

4、結(jié)束語

螺旋銑孔工藝只需1把刀具就可以加工出不同直徑、高質(zhì)量的孔，既減少了換刀時間，又節(jié)省了加工工序，大大提高了制孔工藝效率。鑒于螺旋銑孔技術(shù)的優(yōu)勢，特別是航空制造裝配業(yè)中的許多企業(yè)已開始將它應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中。隨著這種技術(shù)的推廣和應(yīng)用，傳統(tǒng)的鉆孔刀具將會慢慢失去其主導(dǎo)地位，而新型銑孔裝置將會越來越多地出現(xiàn)在孔加工過程中。

參考文獻(xiàn)

[1]飛機(jī)裝配銑削制孔和鉆孔技術(shù)對比分析[J].朱春燕，蔣紅宇，張烘洲.南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2012（44）

[2]螺旋銑孔工藝參數(shù)對CFRP分層的影響研究[J].秦旭達(dá)，王斌，江躍東，張心沛.機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2015（05）

[3]飛機(jī)裝配中的先進(jìn)制孔技術(shù)與裝備[J].康仁科，楊國林，董志剛，朱祥龍，郭東明.航空制造技術(shù)，2016（10）endprint