作為一種新型孔加工方式，螺旋銑孔技術具有切削過程平穩(wěn)、刀具承受切削力小和一次加工即可滿足精度要求的優(yōu)點。該技術已成為國內(nèi)外材料加工研究的熱點和難點之一。我國制造技術正處于快速發(fā)展時期，切削加工作為制造技術的主要基礎工藝，其水平取得了很大提高，并進入了以發(fā)展高速切削、開發(fā)新的切削工藝和加工方法、提供成套技術為特征的發(fā)展新階段。切削加工技術不僅是汽車、航空航天、能源、軍事、模具、電子等制造業(yè)中重要工業(yè)部門的基礎工藝和關鍵技術，也是這些工業(yè)部門迅速發(fā)展的重要因素，而且還關系到機械加工企業(yè)的加工效率、質量、成本、產(chǎn)品性能和競爭實力，是制造技術進步的重要標志。航空制造業(yè)是制造業(yè)zui為重要的組成部分之一，是*zui為富集的產(chǎn)業(yè)，大量新材料、新技術首先在航空制造業(yè)中得到應用。為了降低飛機自重、提高結構強度，一些大型的復雜結構零件大量采用新型復合材料，機翼和一些主承力結構件也普遍采用新型、輕型材料。大量零部件需要加工成千上萬個孔以便進行裝配，而對此類航空裝配孔要實現(xiàn)、高精度、高質量的加工，則需要采用新型技術來代替?zhèn)鹘y(tǒng)鉆孔技術。
對于螺旋銑孔技術，國外研究得比較深入：eric whinnem闡述了螺旋銑孔技術的發(fā)展及其在波音飛機上的應用；wangyang ni研究了螺旋銑孔的加工機理，并在動力學方面取得了一定的進展；r.iyer等人對螺旋銑孔刀具的壽命進行了研究?？湛凸疽呀?jīng)在飛機的研制中應用螺旋銑孔技術。novator公司的研究表明，螺旋銑孔由于能在1個工序內(nèi)完成對不同孔的加工，且省掉了通過拆卸來消除毛刺的工藝，這項技術的加工時間相對于傳統(tǒng)鉆孔技術縮短了50%。為了縮短研制周期、降低生產(chǎn)成本，幾年前空客公司與novator公司合作啟動了一項關于發(fā)展輕型便攜式螺旋銑孔裝置的項目，現(xiàn)已應用于法國、德國的空客飛機裝配生產(chǎn)車間中。zui近novator公司又推出了twin spin px3輕型便攜式螺旋銑孔裝置，空客已經(jīng)將該項技術應用到了裝配生產(chǎn)線上，并且驗證了其生產(chǎn)能力，各公司紛紛效仿，部署這項技術的研發(fā)工作。
國內(nèi)對螺旋銑法的研究尚處于起步階段。天津大學在螺旋銑法的動力學研究方面做了積極有效的探索；天津大學與美國肯納金屬合作開展的螺旋銑削動力學研究，在螺旋銑孔的加工機理方面進行了深入的工作，建立了螺旋銑孔加工過程的銑削力和力矩模型，為螺旋銑削刀具研發(fā)提供了有益的參考。
本文將通過比較傳統(tǒng)鉆削加工工藝與螺旋銑孔加工工藝的特點，進一步闡述螺旋銑孔在航空制造裝配業(yè)中的應用。
傳統(tǒng)鉆削與螺旋銑孔加工工藝比較
1 傳統(tǒng)鉆削工藝
傳統(tǒng)的鉆削加工主要有以下特點：其一，在傳統(tǒng)的鉆孔過程中，主軸中心的線速度為0，即鉆頭中心不參與切削，工件的中心區(qū)域材料要*依靠鉆機向下的推力將其擠出來去除，因而鉆頭所承受的z向力很大，當加工鈦合金等難加工材料時，刀具的快速磨損失效也就在所難免了。其二，傳統(tǒng)鉆孔加工過程是一個連續(xù)的切削過程，刀刃始終與工件相接觸，切削時接觸面溫度很高，而鈦合金的導熱性差，連續(xù)的切削過程使溫度不斷累積，這也加速了刀具的磨損失效，導致加工表面質量下降。其三，傳統(tǒng)鉆孔加工的排屑方式也是導致刀具失效的一個原因。鉆孔過程中，切屑從鉆頭狹槽中排出，排屑速度慢，而切削熱主要是由切屑帶走的，當切削熱不能及時疏散時，大量切削熱留在了工件和刀具上，這會加速刀具的磨損失效。另外，切屑與已加工孔的表面有直接接觸時，加工表面會被劃傷，顯然這種排屑方式又影響了孔的表面質量。一般說來，傳統(tǒng)鉆孔加工質量是無法滿足飛機制造業(yè)的精度要求的，還必須依靠其他工序來保證孔的表面質量，從而降低了工作效率，同時也提高了加工成本。從技術可行性和經(jīng)濟角度考慮，傳統(tǒng)鉆孔工藝已不再適用于飛機制造業(yè)。
2 螺旋銑孔工藝
與傳統(tǒng)的鉆削加工相比，螺旋銑孔采用了*不同的加工方式。螺旋銑孔過程由主軸的“自轉”和主軸繞孔中心的“公轉”2個運動復合而成，這種特殊的運動方式?jīng)Q定了螺旋銑孔的優(yōu)勢。首先，刀具中心的軌跡是螺旋線而非直線，即刀具中心不再與所加工孔的中心重合，屬偏心加工過程。刀具的直徑與孔的直徑不一樣，這突破了傳統(tǒng)鉆孔技術中一把刀具加工同一直徑孔的限制，實現(xiàn)了單一直徑刀具加工一系列直徑孔。這不僅提高了加工效率，同時也大大減少了存刀數(shù)量和種類，降低了加工成本。其次，螺旋銑孔過程是斷續(xù)銑削過程，有利于刀具的散熱，從而降低了因溫度累積而造成刀具磨損失效的風險。更重要的是，與傳統(tǒng)鉆孔相比，螺旋銑孔過程在冷卻液的使用上有了很大的改進，整個銑孔過程可以采用微量潤滑甚至空冷方式來實現(xiàn)冷卻，是一個綠色環(huán)保的過程。第三，偏心加工的方式使得切屑有足夠的空間從孔槽排出，排屑方式不再是影響孔質量的主要因素。由此可見，該項技術有著廣闊的發(fā)展空間和良好的市場前景，但作為新的加工方式，其加工機理有待進一步研究探討。
螺旋銑孔動力學
螺旋銑孔工藝的顯著特點是切削運動由2種進給運動復合而成，2種進給運動分別是刀具主軸的向下進給運動和刀具周向進給運動，且這2種運動存在著一定的幾何關系，如圖2所示。圖中dr為刀具直徑， dh為孔徑，h為刀具每旋轉1轉中心下降的距離，l1為刀具每轉1圈中心移動距離在垂直于中心軸平面上的投影，l2為刀具每轉1圈中心移動的距離，θ為切削螺旋角。
描述一個完整的螺旋銑孔運動至少需要以下4個參數(shù)：刀具主軸轉速n（r/min），軌道轉速ω（r/min），軸向進給量f（mm/min）和中心偏移距離s（mm）。如圖2所示，各參數(shù)間的關系為：
h=f/ω,
l1=π（dh-dr），
θ=arctan[f/ωπ（dh-dr）]，
l2=h/sinθ。
若給定銑刀的齒數(shù)為zn，則刀具中心的切削用量
δ=l2ω/nzn，
由于θ角度很小，故有
θ≈sinθ≈tanθ，
便可得到
δ≈f/nzn×π（dh-dr）/f=π（dh-dr）/nzn。
大量切削試驗表明，刀具主軸轉速n、軌道轉速ω、軸向進給量f和中心偏移距離s對銑削力有著不同程度的影響。其中軸向進給量f對軸向銑削力的影響zui大，且隨著f的增大，銑削力增大，刀具磨損加劇。
螺旋銑孔的優(yōu)勢
（1）提高加工孔的質量和刀具壽命。
相對于傳統(tǒng)的鉆孔技術，螺旋銑孔顯著地提高了孔的質量和強度；螺旋銑孔屬于斷續(xù)切削，較低的銑削力使得加工的孔無毛刺；刀具直徑比孔小，切屑得以順利排出，使得孔表面的粗糙度值能大幅降低；在加工復合型材料時，消除了以往傳統(tǒng)打孔由于刀尖鈍化導致的脫層、剝離、孔表面質量低等情況。
傳統(tǒng)鉆孔刀具中心的切削能力低下，且易積聚發(fā)熱快速磨損，刀具壽命普遍較低；螺旋銑孔則由于較低的銑削力使刀具壽命顯著提高。
（2） 縮短研制周期，節(jié)約加工成本。
在制造飛機或其他重型機器時，使用螺旋銑孔技術將會大大縮短研發(fā)周期，降低成本。
應用螺旋銑孔技術，可用同一把刀加工不同直徑的孔和復雜形狀的孔。由于其加工方法的優(yōu)越性，可以節(jié)省傳統(tǒng)的锪錐孔、鉸孔等工作。這意味著，今后加工孔的刀具種類型號會不斷減少。從整個研制周期來看，使用螺旋技術可減少很多工序（如分解拆卸后對不同的孔分別進行毛刺去除處理、鉸孔、清除冷卻液，再進行組裝），大大縮短加工周期。
（3） 高度自動化。
實現(xiàn)更高的自動化程度，也是降低加工成本的一種方式。由于螺旋銑孔工藝銑削力低，此項技術才能在工業(yè)機器人裝置上得以應用。由于工業(yè)機器人裝置比較柔弱，而傳統(tǒng)鉆孔軸向力太大，因此傳統(tǒng)鉆孔是無法應用在此類裝置上的。
（4） 促進新材料的使用。
在飛機的零部件中使用新型材料是明顯的發(fā)展趨勢，鈦合金、復合材料等新型材料已得到廣泛應用。而新型材料的研制使用需要適合的加工工藝支撐，在孔加工方面，研究表明，相對于傳統(tǒng)鉆孔技術，螺旋銑孔技術有著顯著的優(yōu)勢。
結束語
目前，我國已成為世界上飛機零部件的重要生產(chǎn)國，波音、空客等世界飛機制造公司都在我國生產(chǎn)多種飛機、發(fā)動機零部件（尾翼、機身、艙門等），這些零部件的加工生產(chǎn)必須采用*的加工裝備和加工工藝。與此同時，國外不斷涌現(xiàn)出大量高速、、柔性、復合、環(huán)保的切削加工新技術，使得切削加工技術發(fā)生了根本性的變化。
在當今機械工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展迅猛、更新?lián)Q代頻繁的時代，特別針對*密集的航空、模具行業(yè)，螺旋銑孔技術提高了制孔工藝效率、產(chǎn)品質量和企業(yè)收益率。這種技術采用了全新的、*的工藝，在新型材料（如碳纖維復合材料、鈦合金等）上打孔，也能取得非常高的孔質量，從而為促進企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)提供了保證。
螺旋銑孔工藝只需1把刀具就可以加工出不同直徑、高質量的孔，既減少了換刀時間，又節(jié)省了精加工的工序，大大提高了工作效率。鑒于螺旋銑孔技術的優(yōu)勢，各大企業(yè)，特別是航空、模具行業(yè)中的許多企業(yè)已開始將它應用到生產(chǎn)實際中。隨著這種技術的推廣和應用，傳統(tǒng)的鉆孔刀具將會慢慢被淘汰，而新型銑孔裝置將越來越多地出現(xiàn)在機械加工車間中。