加工难点及机床结构简介

孟祥宇

摘要钛合金在飞机制造中应用比例不断提高，但因为钛合金的金属材料特性，这种材料的加工效率一直得不到提升，对飞机制造业产生严重的制约。本文通过对钛合金材料加工难点的分析，提出可用于钛合金加工的机床结构，以期改善钛合金材料的加工效率。

关键词钛合金数控机床加工

一、前言

钛合金零件以其高刚性，高强度、质量轻、耐腐蚀等特性在飞机制造中得到越来越多的应用。美国F22战斗机中钛合金零件所占比例已经达到30%份额。民航客机中钛合金零件的含量也在逐年递增。随着刀具技术，机床技术和加工工艺水平的不断突破，钛合金的价格也将会大大降低，应用领域将越来越广泛。

二、钛合金零件加工难点

钛合金零件加工有以下难点问题：

1.钛的热传导率极低，切削区域有大量的切削热聚集，使刀具快速磨损，磨损的刀具又加剧了热量的产生形成恶性的循环。

2.钛具有极强的韧性，在切削过程中，刀具与工件的摩擦作用大于切削作用，极其产生振动，影响工件的加工精度。

3.钛的化学活性高，切削过程中，在高温的作用下，切削面可与空气中的氢、氧、氮、碳等多种物质产生化学反应，产生脆化和硬化现象，使切削性能下降。

4.飞机上钛合金零件多为薄壁框、梁类零件，在切削力的作用下极易产生塑性变形，影响零件最终质量。

三、钛合金加工机床要求

针对钛合金零件热传导率低和韧性大的加工难点，国内外厂家为了提高钛合金的切削效率采取各种不同措施，推出多种机床结构。其根本目的在于提高机床的刚性和阻尼，以期得到更大范围的加工稳定区域。

在结构方面，加工钛合金机床多采用卧式结构，包括卧式五轴铣削中心和卧式五轴翻板铣床等。此类机床多采用吸振性较强的矩形导轨和滚珠丝杠传动，具有高刚性、高动态特性的优点。机床导轨采用主动减振技术，各轴导轨摩擦力恒定，减轻机床振动。

在主轴方面，钛合金加工机床多采用大功率，大扭矩电主轴切削。主轴具有智能监测功能。在切削过程中主轴内置振动传感器和温度传感器实时检测主轴振动和发热情况，根据传感器反馈信息，自适应调整机床切削参数。

针对钛合金零件热传导率低的特点，钛合金加工机床需要大流量冷却系统来迅速带走切削区域产生的热量。一般有机床顶部喷淋，机床主轴前端环喷和主轴中心高压冷却等三种方式，也可三种齐配增强冷却效果。钛合金加工机床通常采用全封闭式防护来防止冷却液的飞溅和冷却液气化对操作者和环境产生污染。

四、展望

钛合金材料的出现大大推进了航空工业的发展进程。未来，航空工业中钛合金零件，铝合金零件和复合材料零件将呈现三足鼎立的趋势，钛合金零件在航空发动机中占比甚至达到50%以上。随着材料技术的发展，新的钛合金材料也在不断涌现，切削难度不断提高。我们必须开发出动态刚性更高的结构和更加智能化的系统以适应这种趋势，使加工钛合金零件的难题迎刃而解。

参考文献

[1]张曙钛合金加工机床制造技术与机床2012年，第10期

[2]陈五一，袁跃峰.航空制造技术.2010（15）：26-30