飞机制造装配时，需于机翼及其他主要承力结构件上进行几千个孔洞的钻进，且需确保孔洞精准度高与质量优异。然而应用传统钻削技术进行制孔加工时，常会出现切削力过大的现象，工作表面的质量控制难度较高，因而在硬件较高的材料加工时，钻削加工效果并不理想。而应用螺旋铣孔技术可对传统钻孔技术的应用弊端进行解决，在多种难加工材料方面均展现出了良好的应用价值。
1.传统钻削加工技术应用时刀具失效原因分析
传统钻削加工技术应用时，由于会因刀具严重磨损而出现刀具失效现象，因而飞机制造精度难以保持，需同时采用其他工序进行钻孔质量的提升，这不仅会降低加工效率也会增大加工费用，因而在飞机制造方面呈现出一定的应用弊端。具体来讲，传统钻削加工技术刀具失效问题的产生原因有以下三点：
1.1钻头中心不参与切削
传统钻削加工技术应用时，切削时不会应用到钻头的中心，因而主轴中心线保持在0的状态，需要利用钻机向下的推挤作用力进行中心区域材料的去除，因而钻头会承受极高的轴向力，在对钛合金等高硬度材料加工时，刀具会因受到严重磨损而失效。
1.2持续性切削导致温度积累
利用传统钻削工艺时，需要持续性进行切削，刀刃与工件的接触时间较大，因而二者接触面的温度会达到较高值，而由于钛合金材料不具备良好的导热性能，因而以传统钻削技术加工时会产生较大的热累积，从而会使刀具的磨损失效情况进一步加剧，会降低加工工件的表面质量。
1.3排屑方式不合理
传统钻削加工时，是通过钻头狭槽进行切屑的排出，并且排除速度相对缓慢，切屑排出是切削热量散失的主要途径，若切屑排出时切削热的疏散不够及时，会导致工件及刀具上存在较高的切削热，也会导致刀具出现严重磨损，进而使之失去效用。同时，切屑若是接触到已完成孔加工的工件表面，会导致其表面出现划伤问题，也会对加工孔的表面质量产生不利影响。
2.螺旋铣孔技术分析
螺旋铣孔技术的加工方式与传统钻削加工技术有显著不同。其铣孔过程主要可分成两部分，一是主轴的自动运动，二是以孔为中心的主轴公转运动。螺旋铣孔技术要优于传统钻削技术主要是因为其运行方式具有特殊性。
2.1刀具中心轨迹为螺旋线
采用螺旋铣孔技术时，刀具中心并不是以直线运行的，其运动轨迹为螺旋线，因而刀具中心与加工孔的中心位置并不在同一点，因此，此技术应用属于偏心加工。此时，刀具孔与加工孔的直径并不一致，因而一把刀具不再局限于只能加工一种直径孔，而是可完成一系列直径孔的加工。这可使加工效率大幅提升，也可降低存刀数及和存刀类别，可实现加工费用的有效降低。
2.2采用的是断续铣削方式
断续铣削的实现可使刀具散热性能提升，可减少因切削热积蓄过多所导致的刀具磨损失效问题。同时，螺旋铣孔技术可更好地进行冷却液的应用，可通过微量润滑的方式或利用空冷法进行冷却，因此，冷却过程能耗更低、污染更小。
2.3切屑排出空间充足
螺旋铣孔技术采用的是偏心加工方法，因而从孔槽中排出切屑的空间更为充足，且排屑方法也不会对加工件的质量产生影响。因此，螺旋铣孔技术这种新型加工方式在航空制造装配领域具有极大的发展潜力及应用空间。
3.螺旋铣孔技术的动力学工作原理分析
上文提到，采取了两种不同的运动方式是螺旋铣孔工艺切削运动的主要特点，这两种运动方式可为刀具主轴的向下进给以及刀具周向进给两个运动分别提供动力，并且二者之间具有显著的几何关联特征。
图1 旋铣铣孔平面示意
图1中的Dr与Dh分别代表的是刀具直径与孔径，H表示刀具每完成一次旋转刀具的下降距离，L1为刀具每转l圈中心移动距离在垂直于中心轴平面上的投影，L2为刀具每转1圈中心移动的距离，θ为切削螺旋角。描述一个完整的螺旋铣孔运动至少需要以下4个参数：刀具主轴转速N(r/min)，轨道转速w(r/min)，轴向进给量f（mm/min)和中心偏移距离s(mm)。
H=f/W，
L1=π（Dh—Dr）
θ=arctan[f/Wπ（Dh—Dr）]，
L2=H/sinθ。
若给定铣刀的齿数为Zn，则刀具中心的切削用量
△=L2W/NZn，
由于θ角度很小，故有θ≈sinθ≈tanθ，
便可得到△f/NZn×π（Dh—Dr）/f=π（Dh—Dr）/NZn。
大量切削试验表明，刀具主轴转速N、轨道转速W、轴向进给量f和中心偏移距离s对铣削力有着不同程度的影响。其中轴向进给量f对轴向铣削力的影响最大，且随着f的增大，铣削力增大，刀具磨损加剧。
4.航空制造装配中螺旋铣孔技术的应用优势分析
4.1优化加工孔质量、延长刀具使用时限
螺旋铣孔可显著提高孔的质量和强度；螺旋铣孔属于断续切削，较低的铣削力使得加工的孔无毛刺；刀具直径比孔小，切屑得以顺利排出，使得孔表面的粗糙度值能大幅降低；在加工复合型材料时，消除了以往传统打孔由于刀尖钝化导致的脱层、剥离、孔表面质量低等情况。传统钻孔刀具中心的切削能力低下，且易积聚发热快速磨损，刀具寿命普遍较低；螺旋铣孔则由于较低的铣削力使刀具寿命显著提高。
4.2加快研发进度，降低加工费用
应用螺旋铣孔技术，可用同一把刀加工不同直径的孔和复杂形状的孔。由于其加工方法的优越性，可以节省传统的锪锥孔、铰孔等工作。这意味着，今后加工孔的刀具种类型号会不断减少。从整个研制周期来看，使用螺旋技术可减少很多工序，大大缩短加工周期。
4.3可实现钻削加工的高度自动化
实现更高的自动化程度，也是降低加工成本的一种方式。由于螺旋铣孔工艺铣削力低，此项技术才能在工业机器人装置上得以应用。由于工业机器人装置比较柔弱，而传统钻孔轴向力太大，因此传统钻孔是无法应用在此类装置上的。
4.4新型材料利用率更高
在飞机的零部件中使用新型材料是明显的发展趋势，钛合金、复合材料等新型材料已得到广泛应用。而新型材料的研制使用需要适合的加工工艺支撑，在孔加工方面，研究表明，相对于传统钻孔技术，螺旋铣孔技术有着显著的优势。
结语：螺旋铣孔技术的应用，改变了传统切削加工时一个刀具只能加工一种孔径的弊端，无需进行刀具更换便可进行多种不同直径加工孔的切削加工，实现了加工工序的简化及加工成本的降低，也可提升制孔效率。在航空制造及装配领域中得到了广泛的应用，未来将会进一步取代传统钻孔刀具在更多种类难以加工的材料切削钻孔中实现高质量与高效率的应用。
参考文献：
[1]王岩,刘军,徐焘.螺旋铣孔技术在航空制造装配业中的发展应用[J].决策与信息旬刊,2015(12):322.
[2]汤爱君,李同,王红梅,等.螺旋铣削的现状和研究趋势[J].科教导刊-电子版（上旬）,2018(7):261.
