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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