薄壁件銑削技術(shù)的研究綜述

摘要：綜述了薄壁件銑削技術(shù)的研究現(xiàn)狀、對刀具結(jié)構(gòu)的選擇、切削薄壁結(jié)構(gòu)零件典型工藝方案、切削用量的選擇、薄壁件加工變形的分析等工藝發(fā)展作了展望。

關(guān)鍵詞：綜述 數(shù)控加工 薄壁件 銑削技術(shù)

薄壁零件銑削加工是一個復(fù)雜的金屬切削過程，由于薄壁件的弱剛度性，加工過程中加工變形成為加工誤差產(chǎn)生的主要原因，嚴重影響了薄壁件的加工精度?，F(xiàn)階段，薄壁零件的銑削加工對銑削刀具、機械加工工藝方案、刀具的切削加工用量、工件的受力變形等方面提出了新的要求，筆者根據(jù)這些新要求通過本文進一步探討薄壁件銑削技術(shù)原理及其在應(yīng)用過程中需要注意的問題。

1 銑削刀具結(jié)構(gòu)選擇

1.1 銑削刀具的材料選擇和切削速度的要求 銑削刀具必須采用硬度高、抗沖擊、耐磨、與工件材料的親和力小的材料；根據(jù)材料的性質(zhì)選擇合適的刀具材料。推薦采用帶有涂層的硬質(zhì)合金刀具。由于刀具在切削過程中會產(chǎn)生極大的離心力，飛濺的切屑、崩刃及不斷變松的夾緊機構(gòu)都具有很高的動能，在加工過程中還存在較大軸向力，所以刀具的轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在安全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。

1.2 刀具夾持系統(tǒng)選擇 刀柄在銑削時起著傳遞精度和扭矩的主要作用。刀柄一端是機床的主軸、另一端是銑削刀具。切削刀柄必須具有非常好的動平衡、極高的幾何精度、重復(fù)裝夾精度及剛度等要求。目前圓錐空心柄刀柄與主軸的聯(lián)接大多用在高速切削機床中。此外，通過熱脹冷縮原理工作的熱縮套刀夾系統(tǒng)以其優(yōu)越的高速切削特性也在高速薄壁零件加工中得到了廣泛應(yīng)用。

2 銑削薄壁零件的典型工藝

2.1 梁類零件工藝方案 梁類零件分單面和雙面，零件腹板厚度較小，一般為1.0～1.5mm左右，最小處僅1.0mm，尺寸公差為±0.10mm，材料切除率達到90%左右。裝夾時工件都為臥式，采用一面兩孔定位法，兩工藝孔均設(shè)置在工藝凸臺上，定位較好。工件四周采用壓緊槽，工人只需在加工前通過壓緊槽壓緊工件，無須在加工過程中改變裝夾。工藝路線采用高速加工機床，從而使加工后的零件變形得到有效控制。將粗、半精和精加工合為一道工序，從而實現(xiàn)從毛坯到成品的一次性裝夾。

2.2 框類零件工藝方案 框類零件內(nèi)形有槽、斜角、凸臺等構(gòu)造。零件腹板厚度較小，一般為1.1～2.2mm左右，尺寸公差為±0.10mm。材料切除率達到90%左右。在裝夾時，工件都為橫向放置。零件采用一面兩孔定位，兩個工藝孔均設(shè)置在工藝凸臺上，由于工件大部分筋條在同一平面，采用筋條面定位。由于在零件較大，裝、卸不方便，因此采用墊板，工件周邊設(shè)計工藝凸臺，并在凸臺上設(shè)計壓緊孔，墊板上設(shè)計螺紋孔，用螺栓壓緊固定。工藝路線采用高速切削技術(shù)，將粗、半精和精加工合為一道工序，從而實現(xiàn)從毛坯到成品的一次性加工。

2.3 壁板類零件工藝方案 壁板類零件為雙面型腔結(jié)構(gòu)，加工后需進行噴丸成形。內(nèi)形包括有槽、凸臺等幾何結(jié)構(gòu)。零件厚度較薄，型腔較淺，大部分槽深小于3.5mm，工件腹板厚度不均，一般為1.0～3.5mm左右。尺寸公差為±0.15mm。材料切除率約93%。在裝夾時，工件在立式數(shù)控機床上加工完成。由于工件較薄，加工過程中極易產(chǎn)生加工變形；為了減少加工時的工件變形采用真空吸附加工。工藝路線采用高速切削加工技術(shù)，將粗、半精和精加工合為一道工序，先加工槽少的一面，以此作為背面定位基準，均采用真空吸附加工。

3 切削用量的選擇

切削用量的合理選擇，不僅保證加工的高精度，而且使機床處于最佳工作狀態(tài)。因此必須參考機床剛性、刀具的長度和半徑、工件材料等確定切削用量。

3.1 切削速度v 提高銑削速度可以有效地提高金屬切除率，同時可以提高工件表面加工質(zhì)量。對于大量鋁合金薄壁結(jié)構(gòu)零件，切削速度以切削力為標準選擇。

3.2 進給量fz 加大進給量fz會增加切削力會影響零件加工質(zhì)量。因此，不提倡加工時選擇大的fz。精加工時，選取較為適中的進給量，一般可以選擇在0.1mm/z～0.15mm/z之間。

3.3 軸向切深ap與徑向切深ae 采用較小軸向切深ap和大徑向切深ae，軸向切深ap通?？啥ㄔ?.5～8mm之間，徑向切深ae可定在0.3～0.7D之間。

4 薄壁件加工變形的分析

在薄壁零件的銑削加工過程中，由于結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜，形位公差要求較高，零件輪廓截面尺寸較大、加工余量大，剛度低。尤其在切削力作用下，很容易產(chǎn)生加工變形，造成尺寸超差、加工工藝性差，所以很難達到各種精度要求。隨著有限元技術(shù)的發(fā)展，以及試驗手段的不斷創(chuàng)新，對薄壁零件的變形進行定量分析已經(jīng)成為可能。

5 前景展望

薄壁零件數(shù)控銑削從理論上深入分析引起薄壁件加工變形的各個因素，制訂薄壁零件的加工工藝過程、選擇銑削加工刀具材料、刀具結(jié)構(gòu)及刀具夾持系統(tǒng)、確定支架零件裝夾方案、建立了薄壁件加工變形的力學(xué)模型，運用有限元分析研究薄壁件的加工變形規(guī)律、確定薄壁件銑削的切削參數(shù)，冷卻液類型并在Pro/E軟件中生成走刀路線及數(shù)控加工程序?qū)⒇S富我國關(guān)于薄壁零部件制作的工藝方法。填補薄壁件的加工技術(shù)的空白，對我國軍事、航空、航天、機械制造業(yè)等的發(fā)展具有重要意義。因此，薄壁件銑削技術(shù)的研究具有廣泛的應(yīng)用前景和適用價值。

參考文獻：

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作者簡介：趙熹（1982-），男，陜西咸陽人，碩士，講師，主要從事數(shù)控技術(shù)研究工作。