高速高效切削加工技术的现状及发展趋势
一、前言
目前，我国已成为世界飞机零部件的重要转包生产国，波音、麦道、空客等世界著名飞机制造公司都在我国转包生产从尾翼、机身、舱门到发动机等各种零部件，这些飞机零部件的加工生产必须采用先进的加工装备和加工工艺。为此，国内各飞机制造公司均进行了大规模的技术改造，引进了大量国外先进的加工装备，使我国的飞机制造业设备的数控化率越来越高。与此同时，大量高速、高效、柔性、复合、环保的国外切削加工新技术不断涌现，使切削加工技术发生了根本的变化。刀具在航空航天加工领域的应用技术进入了以发展高速切削、开发新的切削工艺和加工方法、提供成套技术为特征的新阶段。与此形成鲜明对比的是，我国的装备制造业和以制造业为主要服务对象的传统的工具工业却无法满足航空航天工业对现代制造装备和先进加工工艺的要求。
下面结合我国航空航天工业加工技术的现状及发展趋势，着重介绍我国高效、高速切削刀具的生产应用情况，对我国工具工业的发展现状和存在的问题提出自己的看法。
二、航空航天工业加工技术的现状及发展趋势
1.航空结构件材料的发展趋势及其特点
①以整体件为代表的铝合金结构件
为了提高零件的可靠性、降低成本和减轻重量，传统的铆接结构逐步被整体薄壁的机加工结构件所代替。这类零件由于大部分是用整体实心铝合金材料制成的薄壁、细筋结构件，70%～95%的材料要在加工中去除掉，而高速切削产生的热量少、切削力小、零件变形小，因此提高生产效率的唯一途径是采用四轴或五轴联动机床进行高速铣削加工。
②以钛基和镍基合金零件为代表的难切削材料零件
由于钛（镍）合金具有比强度高、热强度好、化学活性大等特点，目前飞机发动机重要部件采用钛基和镍基合金材料的逐渐增多。采用高速切削后，其切削速度可提高到100m/min以上，为常规切削速度的10倍。这类材料的加工特点是：切削力大、切削温度高、加工硬化和粘刀现象严重、刀具易磨损。
③以碳纤维复合材料零件为代表的复合材料结构件
复合材料现已成为新一代飞机机体结构主要材料之一，如飞机上的大型整体成形的翼面壁板、带纵墙的整体下翼面等。主要切削工艺有钻孔和切边。
2.航空结构件的切削加工技术
从航空结构件材料的发展趋势和特点可以看出，航空结构件的切削加工技术主要包括针对铝合金结构件的高速切削加工技术和针对钛（镍）基合金等难加工材料的切削加工技术两个方
面。
①铝合金高速切削加工技术
目前，适用于进行铝合金高速切削的加工中心主轴转速一般都在10000r/min以上，有的可高达60000～100000r/min，切削速度可达2000～5000m/min，加工进给速度达2～20m/min，材料的去除率30～40kg/h，工作台的加（减）速度达到1～10g。
近年来，国内两大航空集团的飞机制造骨干企业均进行了大规模的技术改造，引进的数控金切机床总数就已超过500台，绝大多数是从欧洲、美国、日本进口的高速加工机床，但由于高速加工的相关配套技术（如刀具技术、高速加工工艺技术）未能及时跟上，大多数设备在生产中的实际使用主轴转速在10000r/min左右，未能充分发挥设备的效能。有的企业采用国产刀具仅能在6000r/min以下使用，15000r/min以上必须采用进口刀具。
②难加工材料的切削加工技术
航空动力部门大量采用镍基合金（如Inconel718）和钛合金（如TiAl6V4）制造飞机发动机零件。对于这些难加工材料，目前国内的切削加工技术水平还比较低，仅少数企业开展了部分研究应用，切削速度仅能达到80～100m/min，还没有在生产中大规模应用。
3.高速切削刀具材料
高速切削技术的发展过程中，刀具技术起到了非常关键的作用。高速切削刀具材料和刀具制造技术都发生了巨大的变化，大体上说，目前适合进行高速切削的刀具材料主要有三类：
——各种涂层硬质合金刀具；
——陶瓷刀具；
——超硬材料刀具。
4.高速工具系统
高速切削用的刀具，尤其是高速旋转刀具，由于旋转速度很高，无论从保证加工精度方面考虑，还是从操作安全方面考虑，对它的装夹技术都有很高的要求。7:24锥柄、弹簧夹头、螺钉等传统的刀柄形式和刀具的装夹方式已不能满足高速加工的需要。开发新型的高速工具系统已成为高速切削系统的重要组成部分。
在刀柄方面：ISO标准的HSK刀柄已成为高速切削刀柄的主流。
在夹紧部位方面：国外各刀具公司研制开发了液压夹头、热装夹头、压入式夹头等各种刀具夹紧系统。
在刀具安全性技术方面：按ISO1940/1的规定，旋转刀具的动平衡已达G40等级以上，某些精加工高速铣刀的不平衡质量已达到G2.5级，而美国平衡技术公司推出的刀具动平衡机甚至可平衡到G1.0级。
三、我国高速切削刀具的现状及存在的问题
1.我国工具行业开发高速切削刀具的现状
近年来，随着我国航空制造业高速加工刀具需求的日益增加，国内工具制造企业加大了自身技术改造的投入力度，针对高速切削加工技术和高速加工刀具开展了一系列的研究开发工作，取得了一定的成效。
下面简要介绍国内几家主要高速加工刀具生产厂的高速刀具开发生产情况：
①株洲钻石切削刀具股份有限公司
该公司研制开发的超微细PVD涂层牌号YBG102、YBG202和CVD涂层牌号YBM351的整体硬质合金铣刀，其转速可达30000r/min，进给速度可达2m/min，已在航空制造企业得到了应用，该公司为飞机舱体结构薄壁件加工开发的三刃整体硬质合金高速铣刀，转速可达15000r/min，已替代进口，形成了国产化。现正在开发25000～30000r/min的高速铣刀。
②陕西航空硬质合金工具公司
该公司是航空航天行业所属企业。目前主要为航空制造业开发生产焊接式螺旋刃立铣刀和整体硬质合金铣刀，产品主要供应航空制造企业。由于目前国内硬质合金材料性能达不到航空企业高速加工的要求，因此，整体硬质合金铣刀的棒料主要依靠进口。
③四平兴工刃具有限公司
该公司在上世纪90年代初在全国首家引进了德国GUHRING公司整体刀具加工生产线，专业从事整体硬质合金棒状刀具的开发和生产。该厂生产的整体硬质合金刀具产品，已供多家航空制造企业。该公司的整体硬质合金铣刀的棒料也主要依靠进口。
④自贡硬质合金有限公司成都分公司
该公司为航空制造业提供的刀具主要是整体硬质合金棒状刀具，以整体硬质合金立铣刀为主，其生产的单齿高速整体硬质合金立铣刀，转速可达8000～12000r/min，加工钛合金的立铣刀，切削速度可达40m / min，该公司用于高速切削的整体硬质合金铣刀的棒料也主要依靠进口。
⑤森泰英格（成都）数控刀具有限公司
该公司开发生产的高速加工用HSK热装柄工具系统已达到国外同类产品的水平。
⑥哈尔滨量具刃具集团有限公司
该公司下属的子公司凯狮－林克斯（KELCH LINKS）公司主要生产销售高效高精度卡具和刀具热套装设备等产品。其中，HSK刀柄可接受批量订货。
