復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件數(shù)控加工技術(shù)分析

梁保然

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件數(shù)控加工技術(shù)分析

梁保然

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450000）

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，越來越多的高新技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)生活中。在工業(yè)生產(chǎn)、航空航天等領(lǐng)域?qū)τ诒”诋愋瘟慵氖褂弥饾u增多，對于零件的質(zhì)量也提出了更高的要求。本文通過對復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件數(shù)控加工技術(shù)的專利分析，探尋提高薄壁異形零件精度的有效方法。

復(fù)雜結(jié)構(gòu)；薄壁異形零件；數(shù)控加工技術(shù)

復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件在航空航天、高精工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，這種零件比較輕便，在重量和空間尺寸方面具有獨特的優(yōu)勢。但是，復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件沒有良好的抗變形能力，而且由于零件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在制造的過程中也存在一定的技術(shù)難度，傳統(tǒng)的機(jī)械加工制造方法不能滿足此類零件的加工需求。因此，為了保證復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件的精度能夠滿足要求，必須選取適當(dāng)?shù)募庸すに?，提高零件的加工效率?/p>

1 復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件概述

1.1 零件特征分析

離心葉輪就是典型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件，這類零件的壁厚在0.5mm-1.1mm之間，長度在250mm范圍之內(nèi)，內(nèi)壁較薄，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)出復(fù)雜的空腔，外部由較為復(fù)雜的曲面構(gòu)成。由于此類零件的獨特較為結(jié)構(gòu)，在加工制造的過程中對零件的精度要求較高。復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件的技術(shù)指標(biāo)

1.2 影響零件加工的因素

受外界因素的影響，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件零件加工的過程中容易出現(xiàn)變形以及精度失準(zhǔn)的問題，嚴(yán)重影響了零件的質(zhì)量。第一，夾具因素，在零件進(jìn)行銑削作業(yè)之前，需要用夾具對零件進(jìn)行固定，若在此過程中夾具對零件表面施加的夾緊力不當(dāng)，會導(dǎo)致零件表面產(chǎn)生形變。其次，夾具的位置也會對零件的質(zhì)量產(chǎn)生影響，夾具位置選取不當(dāng)導(dǎo)致變形的現(xiàn)象在加工過程中也比較常見。第二，數(shù)控刀具因素，在薄壁異形零件制造的過程中，為了是零件的形狀滿足要求，會應(yīng)用一系列的刀具對零件進(jìn)行加工，若刀具選擇不當(dāng)或者在加工的過程中刀具發(fā)生震動，都會導(dǎo)致零件出現(xiàn)變形或者造成尺寸的誤差。第三，工序周轉(zhuǎn)因素，在零件進(jìn)行加工時，需要要經(jīng)過粗加工、半精加工以及精加工的流程，在加工的各個階段需要對零件進(jìn)行搬運或者移動，在零件的表面施加外界應(yīng)力，也會是零件產(chǎn)生變形或者是尺寸方面的誤差。

2 復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件數(shù)控加工技術(shù)

2.1 選擇合適的加工工藝

在復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件加工制作的過程中，需要有一套完整的加工工藝，而加工工藝的選擇是否科學(xué)合理直接決定了零件的精準(zhǔn)程度。所以，在進(jìn)行零件加工時，要選取合適的加工工藝，設(shè)定準(zhǔn)確的加工參數(shù)，提高零件的生產(chǎn)質(zhì)量和加工效率。同時，根據(jù)零件加工制造的具體要求，遵循相應(yīng)的原則做好加工工藝的優(yōu)化工作，保證加工工藝能夠滿足零件的質(zhì)量要求。首先，在粗加工的過程中，通常使用螺旋漸進(jìn)的方式，合理的控制進(jìn)刀角度和徑向進(jìn)刀量。其次，在精加工的過程中，曲面加工的技術(shù)難度較高，應(yīng)根據(jù)零件的具體走向，來確定刀具的切割走向，保證零件的精確程度，在加工的過程中確保零件的底部與刀軸存在一定的傾斜程度，提高零件加工的精度。

2.2 選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)控刀具

數(shù)控刀具在零件加工的過程中發(fā)揮著重要的作用，在不同的加工階段，應(yīng)根據(jù)實際要求選取相應(yīng)的數(shù)控刀具。平頭銑刀通常用在零件的粗加工階段，此類刀具在表面加工方面有著獨特優(yōu)勢，切削的速度快，效率高。在切削過程中應(yīng)合理控制削切程度，避免出現(xiàn)過切現(xiàn)象。球頭銑刀通常應(yīng)用于零件的精加工階段，此類刀具在工作的過程中切削間距很密，能夠滿足薄壁異形零件的精度要求。另外，在零件加工的過程中，盡量避免刀具的頻繁更換，將一把刀具所能夠加工的部分全部完成之后再進(jìn)行更換，減少刀具的使用數(shù)量。在不同的加工階段，所選用的刀具應(yīng)該分開使用，保證不同階段加工的質(zhì)量。

2.3 確定科學(xué)的加工方法

2.3.1 根據(jù)薄壁異形零件加工的具體要求選擇合適的加工方法，能夠有效的減少在零件制造過程中產(chǎn)生的變形和數(shù)據(jù)誤差，保證零件的精度。在選擇復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件的加工方法時，需要充分考慮多種因素。首先是對于加工路徑的選擇，加工路徑直接影響著零件的變形程度，不同的加工路徑作用在零件制造的過程中，體現(xiàn)出來的誤差和變形程度也不相同，在加工路徑選擇時要充分考慮零件的具體要求，選取合理的加工路徑。

其次是合理確定切削用量，在零件切削的過程中，一般應(yīng)根據(jù)實際情況實現(xiàn)小切削量，這樣不僅能夠在最大程度上保證切削的精準(zhǔn)度，也可以減少切削過程中產(chǎn)生的應(yīng)力造成的影響，盡量避免零件出現(xiàn)變形的情況。高速切削方法的主要特征是高速低負(fù)荷，能夠有效的實現(xiàn)小切削量，提高零件加工質(zhì)量，是目前在數(shù)控技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的切削方法。

最后是對加工環(huán)境的選擇，在零件制作的過程中，良好的加工環(huán)境有利于提高零件的加工質(zhì)量，基于UG環(huán)境下通過相關(guān)的高科技軟件能夠更好的確定制造參數(shù)。

2.3.2 在具體的數(shù)控技術(shù)加工過程中，常用的有三軸機(jī)床和五軸機(jī)床，其中在運用五軸機(jī)床時，通過一次夾裝進(jìn)行多曲面的加工，能夠有效的避免在夾裝過程中產(chǎn)生的形變和數(shù)據(jù)誤差，但是在進(jìn)行數(shù)銑加工的過程中容易出現(xiàn)，刀具出現(xiàn)振動現(xiàn)象造成零件的損壞或者變形。在運用三軸機(jī)床時，采用的是兩端夾裝，通過多次夾裝進(jìn)行零件加工，經(jīng)過大量的實踐證明，這這種加工方法對于零件的固定更加穩(wěn)定，能夠有效的避免零件在加工的過程中出現(xiàn)變形的問題，是目前結(jié)構(gòu)復(fù)雜薄壁異形零件加工中應(yīng)用較為廣泛的方法之一。

2.3.3 不同的加工階段對于切削量的要求也不相同。在粗加工階段，零件的切削余量比較大，應(yīng)該根據(jù)所選刀具的性能確定合理的切削量，盡量減少切削力造成的零件變形，高速切削的線速度設(shè)定在300n/min以上。在精加工階段，主要考慮的是零件表面的粗糙程度，通過計算合理的切削量保證零件表面光滑，將粗糙度保持在最小，高速切削的線速度設(shè)定在450n/min以上。

2.3.4 設(shè)計合理的工具夾裝，工具夾裝在薄壁異形零件加工的過程中發(fā)揮著重要的作用，能夠有效的保證零件的穩(wěn)定性，是在加工過程中必須要用到的輔助工具，直接影響著零件的加工質(zhì)量，因此，進(jìn)行零件加工時，要設(shè)計合理的夾裝工具。若夾裝位置設(shè)置的不準(zhǔn)確，會導(dǎo)致零件在加工的過程中出現(xiàn)位移或者震動，造成零件的形變?；蛘邐A具的夾緊力過大，也會影響零件加工的質(zhì)量。

2.4 型腔的加工

2.4.1 粗銑型腔，在型腔的加工過程中也分為兩個部分，粗銑型腔加工的主要目的是去除余量，在粗銑加工的過程中應(yīng)根據(jù)復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件加工的實際情況和具體要求選取合適的數(shù)控銑床，打造零件結(jié)構(gòu)的內(nèi)部型腔，保證后續(xù)的精銑作業(yè)能夠順利進(jìn)行。

2.4.2 精銑型腔，在精加工階段主要是根據(jù)零件的內(nèi)部輪廓進(jìn)行高速銑削，控制銑削產(chǎn)生的應(yīng)力和切削熱對零件產(chǎn)生的影響，盡量減少零件在加工的過程中出現(xiàn)形變和數(shù)據(jù)誤差。

3 數(shù)控加工技術(shù)注意事項

3.1 粗加工階段

在粗加工階段，進(jìn)刀時應(yīng)采用螺旋方式，進(jìn)刀的角度控制在5°-10°之間，徑向進(jìn)刀量小于刀具直徑的6%-8%，合理控制進(jìn)刀深度，最深應(yīng)小于刀具直徑的5%。此外，在粗加工階段應(yīng)根據(jù)操作的要求選取相應(yīng)規(guī)格的刀具，避免由于刀具選擇錯誤造成的零件變形。

3.2 半精加工階段

在半精加工階段的進(jìn)刀方式應(yīng)為圓弧形進(jìn)刀，能夠有效的提高切削效率，避免在半精加工中出現(xiàn)的過切問題。過切是在半精加工中常見的問題，若在加工時出現(xiàn)過切現(xiàn)象，會直接影響零件的質(zhì)量。徑向進(jìn)刀量也應(yīng)小于刀具直徑的6%—8%，盡量實現(xiàn)等量切削。

3.3 精加工階段

在經(jīng)加工階段，應(yīng)注意對零件表面的切削控制，根據(jù)零件表面的曲面的走向分成不同的面組，以此來確定刀具的切削走向。在精加工階段使用球頭銑刀，此類刀具的中心速度為0，能夠?qū)崿F(xiàn)對零件表面的磨削，降低表面的粗糙程度，保證零件的精準(zhǔn)程度。另外，在刀具運行的過程中，應(yīng)保持運行的平穩(wěn)程度，在拐角進(jìn)行加圓角處理，防止刀具突然改變運行方向造成的零件變形。在啟動和停止時的加速和減速都應(yīng)該保持平穩(wěn)。

4 結(jié)語

綜上所述，復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件的應(yīng)用越來越多，要求在零件的制造過程中選取科學(xué)合理的加工方法，找準(zhǔn)零件加工的共性規(guī)律后進(jìn)行零件的加工工作。大量的加工經(jīng)驗表明，在進(jìn)行復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件加工時，應(yīng)選取相應(yīng)規(guī)格的刀具，設(shè)計合理的工具夾裝，有效的減少在零件加工過程中產(chǎn)生的形變，避免零件尺寸、形狀方面的誤差，增強(qiáng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)薄壁異形零件的使用性能。

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Analysis on NC Machining Technology of Complex Thin Walled Irregular Parts

Liang Baoran
(Henan Polytechnic,Zhengzhou Henan 450000)

In recent years,with the continuous progress of science and technology,more and more new and high tech?nology are used in production and life.In the field of industrial production,aerospace and other fields,the use of thin-walled special-shaped parts is increasing,higher requirements for the quality of the parts is also put forward. Based on the patent analysis of the numerical control machining technology of thin-walled parts with complex struc?ture,thispaper try to find an effective method to improve the precision of the thin-walled parts.

complex structure;thin-walled parts;CNC machining technology

TG659

A

1003-5168（2016）12-0078-03

2016-11-27

梁保然（1979-），男，研究生，研究方向：機(jī)械制造。