航天铝合金薄壁零件高效加工策略

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1、论坛FORUM航天铝合金薄壁零件高效加工策略HighEfficiencyMachiningStrategiesofAerospaceAluminumAlloyThin-WallParts上海航天精密机械研究所蹇悦杨叶郭国强高效加工是以高速加工技术和切削工艺优化相结合的新工艺，是解决航天复杂整体结构件的关键技术。高效加工技术的特征是加工过程中的高材料去除率和短的单件加工时间，并通过切削参数优化，保证加工精度和表面质量。DOI:10.16080/j.issn1671-833x.2015.06.054高强度铝合金虽具有良好的可切削高速高效加工相比

2、普通加工对性，但由于航天产品结构件具有形状整个加工系统具有更高的要求。在蹇悦结构复杂、材料去除量大、薄壁易变航天整体结构件数控铣削加工过程上海航天精密机械研究所工程师，形等特点，且对零件加工精度、质量中，要保证零件加工质量和加工精主要从事机械加工工艺及数控加工相及加工效率等各方面具有更高的要度，提高加工过程的材料去除率，首关技术研究。求，因此，一直以来航天制造业也持先必须针对由机床-刀具-工件及续进行高强铝合金的高效切削加工其相互间接口（刀柄和夹具）组成的研究。高效加工是以高速加工技术切削加工系统进行系统优化，保证高和切削工艺优化相结合的新

3、工艺，是速切削过程中整个系统的稳定可靠。目前，我国航天产品已经逐渐步解决航天复杂整体结构件的关键技1.1机床入高密度发射时期，各类航天产品的术。高效加工技术的特征是加工过高速切削加工对机床的要求主制造需求量逐年递增，迫使航天制造程中的高材料去除率和短的单件加要包括以下方面：企业产能必须大幅提升。工时间，并通过切削参数优化，保证（1）机床结构要有优良的静、动航天典型零件目前最常采用的加工精度和表面质量。态特性和热态特性；是高强度铝合金材料（例如2A12），（2）主轴单元能够提供高转速、属于易切削塑性材料，强度和硬度较高效加工方案大功率、大扭矩

4、；低，熔点低，导热性好，抗拉强度低。1加工系统优化（3）进给单元能够提供大进给54航空制造技术·2015年第6期论坛FORUM速度。1800ER筒夹夹头必要时，可通过对切削加工系统1600液压夹头热缩夹头进行模态分析试验，获取铣削加工系1400强力筒夹夹头统动态性能参数，为求解铣削加工动1200强力夹头力学模型和预测加工稳定性提供相1000应的基础数据。8001.2刀柄600对于高速加工刀具与刀柄选用，400图2径向位移跳动测量现场图首先应考虑使用的安全性，否则会破夹持扭矩/（N·m）200坏机床主轴，甚至发生安全事故。高130μm速切削加

5、工对刀具和刀柄的选用要1211求主要包括以下方面。10HYDRO16HYDRO20HYDRO32SRKIN18SRKIN20SRKIN32MAXIN20MAXIN32（1）刀具的许用速度必须大于ER32SPR16ER32SPR20SC2DSPR18SC2DSPR259等于实际加工速度。夹持直径/mm径向位移跳动量/8（2）高速加工刀具和刀柄必须40008000120001600020000图4不同夹紧方式最大扭矩对比-1满足动平衡和径向跳动的要求，一般刀具转速/（r·min）所能达到的最大扭矩为784N·m，与应达到G6.3或G2.5以上要

6、求。（a）强力刀柄强力刀柄MAXIN20所能达到的最大经动平衡测试（见图1），液压刀13μm扭矩相同。12柄和刀具、强力动平衡式刀柄和刀11综上所述，强力动平衡刀柄具有具能够达到G2.5的动平衡精度要10高动平衡精度、小径向跳动，适合用求，而弹簧夹头式刀柄和刀具能达到9于高速高精加工。另外，采用热缩刀8G6.3的动平衡精度要求，但达不到柄亦能获得较高的动平衡精度，较低径向位移跳动量/7400080001200016000G2.5的动平衡精度要求。-1的刀柄重量，以及较高的刀具夹持刀具转速/（r·min）（b）弹簧夹头刀柄力。10.51.3装

7、夹系统μm10高效加工专用工装不但要保证9.5高速切削时有效夹紧定位，同时还应9考虑方便实现快速定位夹紧，其设计8.5要点主要包括以下几个方面。径向位移跳动量/840008000120001600020000（1）工装与工件的定位接触面-1刀具转速/（r·min）积尽可能大，同时在工件上选择尽可（c）液压式刀柄能大的平面(或曲面)作为定位面，图1刀柄和刀具的动平衡检测图3不同刀具、不同转速下的最大径向并提高该定位面的加工精度要求，确在分别对强力动平衡式刀柄、弹位移跳动量保工件定位面与夹具基准面自然、紧簧夹头刀柄、柄液压式刀柄进行最大高速精密

8、加工中刀具径向跳动量要密贴合，增大接触刚度。径向位移跳动测量（见图2）时发现，求。（2）对刚性较差的薄壁零件常强力动平衡式刀柄具有最小径向跳（3）在高速加工中要求刀柄具采用过定位