钛合金以其强度高、机械功能好和耐腐蚀功能强等特色在航空制作业中的使用越来越广泛， 随着钛合金在飞机上所占比重的不断添加，钛合金航空结构件的数控加工功率对航空制作企业的影响也越来越大。钛合金属于难加工材料，其相对切削性为0.15～0.25，加工功率仅为铝合金的10%，因此钛合金航空结构件的低加工功率严峻限制了现代飞机的批量生产。完成钛合金航空结构件的高效加工成为了航空制作企业、数控设备制作商和刀具制作商共同重视的话题。

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钛合金切削加工功能

钛合金具有机械功能好、抗腐蚀功能强以及比重小等特色。但是在加工中，钛合金的切削加工功能很差，主要表现在以下几个方面：

(1) 大切削力。钛合金材料强度高，在切削时发生的切削阻力大，导致切削刃口发生很多的切削热;

(2) 导热率低。钛合金热扩散率低，很多的切削热会集在切削区域;

(3) 刀尖应力大。钛合金的塑性低，加工发生的切屑极易弯曲，导致切屑与前刀面的接触长度短，因此切削刃上单位面积存力增大，形成刀尖部位应力会集;

(4) 摩擦力大。钛合金的弹性模量小，形成前、后刀面的摩擦加剧;

(5) 化学活泼性高。钛元素在高的切削温度下，很容易与空气中的氢、氧、氮等气体发生化学反应，形成外表硬层，加快刀具磨损。

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钛合金高效加工设备

为了满意钛合金结构件的高效加工，新型的钛合金加工设备呈现出如下发展趋势：

(1) 大扭矩。钛合金强度高，加工中切削力非常大，钛合金加工机床的一个明显特色就是主轴扭矩和摆角扭矩大。

(2) 电主轴的使用。大功率、大扭矩的电主轴已使用于钛合金加工。　　

(3) 卧式加工中心使用于钛合金加工。卧式加工中心排屑便利，有利于进步加工功率和加工质量，可交换作业台易于完成多工位加工并组建柔性生产线，进步设备利用率。

(4) 高压内冷。钛合金加工中切削热会集在刀尖，易形成刀具磨损或损坏，高压内冷可准确喷到切削区域带走切削热。

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钛合金高效加工刀具

钛合金的切削加工性较差，传统加工方式切削速度一般不超过60m/min。钛合金的粗加工主要是以大切深、低转速、低进给的方式来取得最大的金属去除率；精加工选用PVD涂层硬质合金刀具进行小切宽、大切深的高速铣削取得高效切削。因此钛合金加工刀具主要围绕如何在强力切削时防止振颤、减小切削力和降低切削温度等方面进行改进：

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钛合金高效加工刀具

（1）钛合金面铣加工：对钛合金零件进行面铣加工时，选用小切深、大进给的铣削方式取得高效加工。大进给铣削的原理是经过减小刀具主偏角，使刀具在很高的进给下仍然能保持很小的切屑厚度，以减小高进给时的切削力，完成在低切削速度下取得很大的进给量，添加单位切深下的金属切除率。同时切削力部分垂直向上，切向力较小，消耗的功率也较小，该加工方法对机床的功率和刚性要求不高，使用非常广泛。

（2）钛合金槽腔加工：槽腔是钛合金航空结构件的一个主要特征，材料去除率高，作业量大，因此槽腔加工是完成钛合金零件高效加工的关键(见图1)。大切深、低转速、低进给的强力切削以取得最大金属去除率是钛合金粗加工的有用方法。现在粗加工钛合金的强力铣削刀具以玉米铣刀的功率最高而得到广泛选用。

图（1） 槽腔粗加工示意图

（3）圆角加工技能：为减轻飞机重量，飞机结构件的槽腔转角处圆角一般较小，需要用直径较小的铣刀进行加工。因为在圆角处切削量突变，导致切削力改变非常大。在切削力突变的情况下，刀具容易发生振荡，乃至出现崩刃现象，导致刀具磨损严峻，加工功率低下。插铣是解决转角加工功率的最佳途径。插铣加工比惯例铣削振荡小，走刀方式去除转角余量的功率高。经过不同直径的插铣刀具对转角处进行插铣，可切除大部分转角余量，再用立铣刀对插铣发生的残留进行清除，能够大幅度进步加工功率。

（4） 精密侧铣技能：在精加工侧壁时，利用铣削的断续性来到达高速切削的目的，以进步零件外表质量及加工功率。精加工侧面时，因为切宽小，刀齿每转过一周的切削时刻很短，即冷却时刻很长。在冷却充分的情况下，其切削温度能得到有用地控制，因此能够大幅进步切削速度来进步加工功率，如图2、图3所示。用PVD涂层的全体硬质合金铣刀或超密齿硬质合金铣刀进

行钛合金的高速切削精加工，能够大幅进步加工功率和加工精度。

（5）仿真优化技能：钛合金结构零件在粗加工时切削余量会不断改变。现在的CAM软件所编制的NC程序往往只能设置固定的切削参数，为了防止局部程序因为切削量过大形成对刀具、机床的冲击，一般方法是经过降低全体切削参数来确保刀具寿数和零件质量，从而加工功率极为低下。Vericut的仿真优化技能则可很好地解决该问题。经过Vericut软件设置切削参数优化库，并用软件进行仿真，经过仿真对实践加工余量和切削条件进行猜测，根据加工余量和切削条件对程序中的切削参数进行优化。既延长了刀具寿数，确保了零件质量，也进步了加工功率。