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转述：
1 引言
高速铣削加工可获得较高的金属切除率、很高的加工精度和良好的加工表面质量，因此在现代制造业中受到普遍重视，发展很快。高速铣削技术首先应用于航空制造业。由于对高硬度材料进行高速铣削加工可在一定程度上替代效率较低的电火花加工从而缩短模具制造周期，因此目前高速铣削技术在模具制造业也得到广泛应用。
在航空制造业中，高速铣削的主要加工对象为铝合金构件。为提高飞机性能，在飞机结构设计中大量采用铝合金整体框架和薄壁结构，而铝合金高速铣削技术使对此类构件的高效加工成为可能，从而在一定程度上推动了飞机结构的改进。高速铣削时，由于主轴转速提高，在每齿进给量不变的情况下，进给速度会大幅增加，目前采用直线电机驱动的高速铣床的进给速度已达100m/min。因此，在规划高速铣削的刀具轨迹时，必须考虑进给方向改变时机床进给系统的响应速度，以防止发生过切等现象。
针对典型铝合金框架结构的高速铣削工艺，本文通过切削试验研究了当金属去除率恒定时铣削工艺参数对铣削力和加工表面质量的影响以及铣削圆角时的铣削力和表面粗糙度特征。
2 试验目的与方法
1. 试验目的
通过切削试验，主要研究径向切深ap、轴向切深ae对铣削力和加工表面粗糙度Ra的影响。铣削力取连续测量50点峰值的平均值，加工表面粗糙度Ra取三次测量的平均值。
图1 7075铝合金C型框铣削试件
2. 试验方法
* 试验条件：试件材料为7075预拉伸铝合金，试件结构见图1；加工机床为MICRON UCP710五坐标加工中心，主轴最大转速18,00m/min，功率15kW，最大进给速度20m/min；刀具选用f10mm超细晶粒硬质合金整体立铣刀，2齿，30°螺旋角，刀尖圆弧半径R=1.5mm；所有铣削试验均采用油雾冷却。
* 测量仪器：采用Kistler9265B, 三向动态压电测力仪、5019A电荷放大器和计算机数据采集系统测量、记录切削力；采用Mahr M1表面粗糙度测量仪测量加工表面粗糙度。
* 铣削参数：主轴转速18000r/min，对应铣削速度565m/min；为对比加工表面粗糙度，每齿进给量fz分别取0.05mm和0.1mm；径向切深ap和轴向切深ae的乘积恒定为2mm2。
3 试验结果与分析
加工图1所示试件时，由于铣削进给方向要发生改变，因此采用Fxy(Fx与Fy的合力)和Fz作为切削力评价参数。根据测量结果，切削过程中Fxy峰值切削力如图2所示。Fz的峰值切削力变化趋势与图2类似，但Fz的大小仅为Fxy的1/3。
(ap=2mm，ae=1mm，fz=0.1mm)
图2 Fxy峰值切削力
图3 铣削力Fxy、Fz与进给量ap的关系
图4 加工试件直边与拐角处时Fz的对比
图5 铣削时的切入角Yi和切出角Yo
(a)每齿进给量Ra=0.05mm
(b)每齿进给量Ra=0.10mm
图6 试件加工表面粗糙度Ra与ap的关系
(ap=6mm，ae=0.33mm，fz=0.1mm/z，顺铣)
图7 振纹处的表面粗糙度测量曲线
1. ap对铣削力的影响
由图2可见，当刀具刚切入试件拐角处时，切削力迅速增大到加工试件直边时的约1.7倍，这主要是由于高速铣削中进给方向发生变化时，为防止过切，机床进给速度自动降低，造成每齿进给量(即切削厚度)下降；同时，在切削拐角处时，铣刀的切入角Yi增大(图4所示的切入角Yi为负值)，每齿切削长度增加，使尺寸效应在拐角处加剧。以上两种因素综合作用的结果使铣刀在铣削试件拐角处时切屑平均厚度减小，由尺寸效应引起铣削力急剧增大。
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