薄壁零件的數(shù)控銑削加工與夾具研究

毛云秀 蘇亞濱

【摘 要】薄壁零件制造精度要求高，難度大，工藝復(fù)雜，在對其進行銑削加工的過程中，薄壁零件極容易發(fā)生變形。薄壁零件的加工質(zhì)量和加工精度受多方面因素的影響，工藝系統(tǒng)、內(nèi)應(yīng)力作用、熱變形都有造成加工誤差。本文基于薄壁零件的結(jié)構(gòu)特點，分析其加工工藝特點和影響加工精度的主要因素，以鋁合金薄壁零件為例，著重研究利用數(shù)控機床銑削加工薄壁零件過程中的工件裝夾。

【關(guān)鍵詞】薄壁零件 銑削加工 裝夾

經(jīng)濟的飛速發(fā)展，加工制造業(yè)機遇與挑戰(zhàn)并存，提高機械加工制造的技術(shù)水平、提升生產(chǎn)效率、降低成本是現(xiàn)今我國加工制造業(yè)發(fā)展的主題。薄壁零件是典型的輕量化結(jié)構(gòu)，不但具有輕重量、高強度的特點，而且造型美觀，廣泛應(yīng)用與汽車、航空、航天、工業(yè)等領(lǐng)域。但是因為其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，受力形式多樣，使其在加工制造的過程中很容易發(fā)生變形，工藝難度高。本文以鋁合金薄壁零件的銑削加工為例，重點對數(shù)控機床在薄壁零件加工過程中工件的裝夾和夾具的設(shè)計進行研究和探討。

1 薄壁零件的結(jié)構(gòu)特點和工藝特點

薄壁零件相對于其它普通零件不僅重量很輕而且具有很高的強度和剛度，也正因為薄壁零件這些優(yōu)勢，使其在各大領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。特別是是在航空領(lǐng)域，薄壁零件能夠很好的滿足航空產(chǎn)品對零件重量和強度的要求。薄壁零件值得是壁厚在3mm以下的零件。薄壁零件常用的材料為鋁合金，這主要是由于鋁合金材料具有密度小、耐腐蝕能力強、有良好的塑性而且容易加工、經(jīng)濟性好等特點。薄壁零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相對體積較大，在應(yīng)用中，不僅要滿足零件設(shè)計性能的基本要求，同時還要在重量上滿足要求。不同領(lǐng)域?qū)Σ煌谋”诹慵诮Y(jié)構(gòu)上也有所不同。

鑒于薄壁零件特有的結(jié)構(gòu)點，在加工工藝上與其它普通機加工零件也有所不同。薄壁零件整體體積較大，具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，加上在壁厚上比其它普通零件要薄得多，應(yīng)用數(shù)控機床進行銑削加工的過程中很容易產(chǎn)生變形，控制零件變形并對變形進行矯正是薄壁零件在加工過程中的重點和難點問題。薄壁零件截面積小，外廓尺寸卻相對較大，隨著零件加工的進行，剛性降低，受銑削振動的作用，零件的加工精度受到影響。在精度方面，除了對薄壁零件的尺寸精度要求很高外，對協(xié)調(diào)精度也有很高的要求。特別是槽口、結(jié)合孔、接頭等部分必須保證很高的位置精度，要使零件滿足裝機的使用要求，必須保證裝配表明的加工合乎要求，與協(xié)調(diào)依據(jù)相符合。

2 工件的裝夾

工件在數(shù)控機床加工，裝夾是最基礎(chǔ)的步驟，裝夾主要包括工件的定位和夾緊兩個步驟。這兩個步驟相互關(guān)聯(lián)，兩者同樣重要，對工件的加工都起著基礎(chǔ)作用。這兩個步驟的順序不是固定的，有的工件在機床上進行裝夾時，先定位再夾緊，而有的工件在機床上裝夾時，是定位和加緊同時進行的，根據(jù)具體的工件加工要求來確定。

薄壁零件在多個領(lǐng)域中應(yīng)用，其中以航空航天制造領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，是飛機制造中不可或缺的結(jié)構(gòu)件。這些結(jié)構(gòu)件普遍體積較大，而且壁很薄，在剛度上較弱，在加工過程中容易產(chǎn)生變形。在數(shù)控機床切削加工的過程中往往有很大的余量，加工周期長，在精度控制上有很大的難度?？梢哉f，裝夾方式是否科學(xué)正確對于加工精度和加工效率都影響巨大?，F(xiàn)今對于薄壁零件的裝夾方式多采用機械、液壓可調(diào)夾具以及真空吸附裝夾等方法。其中液壓可調(diào)夾具的特點在于可利用液壓可調(diào)夾具對壓緊進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，也就是說在對薄壁零件切削加工的過程中可以將夾具松開，在加工區(qū)將刀具移出，能夠保證刀具對于工件的切削保持連續(xù)的軌跡。當(dāng)?shù)毒咔羞^壓緊的位置后，在將壓板重新回到原來設(shè)定的壓緊位置。所謂結(jié)構(gòu)的調(diào)整指的是將夾具的部分組件進行更換或者修改，用以對不同零件不同的加工要求需要的不同裝夾方式加以適應(yīng)，必然對基礎(chǔ)墊板的更換、對夾具的重新組合等等。真空吸附夾具的優(yōu)勢在于既能夠?qū)⒐ぜ椒€(wěn)可靠的夾緊，有能夠保證工件表面的完整性。真空吸附夾具以的動力源為真空壓力，這尤其適合表面光滑工件的裝夾加工，能夠很好的解決不適合夾取的工件的裝夾要求，完成各種機械加工任務(wù)。

3 工件的夾具設(shè)計方案要求

數(shù)控機床的夾具是工藝系統(tǒng)的重要組成部分，執(zhí)行重要的切削加工任務(wù)。對于薄壁零件的銑削一般會采用高速切削的方法，這對于工件的夾具和具體的裝夾也提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在：第一，薄壁零件在夾緊時一定要保證裝夾位置的高度精確性；第二，在夾緊后，盡可能的保證工件不發(fā)生變形或者微量變形；第三，在進行銑削的過程中，在以發(fā)生變形的方向上要盡量減小切削力；第四，裝夾要穩(wěn)定可靠，便于拆卸；第五，夾具要具有良好的可改造性，以滿足不同工件加工的裝夾要求。

在對薄壁零件進行機械加工的過程中，對于工件的定位和加緊要重視二者之間的密切關(guān)聯(lián)。在工件安裝時首先要在夾具的定位機構(gòu)中將工件正確放置，確保工件在預(yù)定的正確位置上。然后對工件壓緊夾牢，保證其在進行銑削加工的過程中不會因為各種力的作用和振動的影響發(fā)生位置改變。工件在夾具中加緊有多種方式，在實際操作過程中，為了保證加工精度和加工質(zhì)量，一定要注意夾緊力方向要正確，確定夾緊力的大小和作用點。變形是影響工件精度的最主要因素，要減小工件變形，可通過以下方法來解決：第一，調(diào)整夾緊力的樹木，將集中夾緊改為分布加緊，這樣可有效避免局部加緊集中造成局部發(fā)生過大變形；第二，調(diào)整夾緊力的位置，將位置設(shè)定在剛性好的表面上，將支撐力作用于剛性差的表面上；第三，調(diào)整夾緊力的大小，在滿足穩(wěn)定性要求的前提下，盡量采用小的裝夾力。

4 結(jié)語

綜上所述，薄壁零件因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工件壁薄，對其進行數(shù)控銑削加工比其它普遍零件的機械加工難度要高，工藝也更加復(fù)雜。薄壁零件的加工精度受多方面因素的影響，夾具是機床加工系統(tǒng)的基礎(chǔ)組成部分，也是工件銑削加工的最基本的環(huán)節(jié)，因此，夾具設(shè)計是否合理，裝夾是否正確對于薄壁零件的加工精度有重要的影響。我們在實際的工作中，要對此環(huán)節(jié)加以充分的重視，在工作中不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善夾具設(shè)計，使其能夠滿足多種類型薄壁零件的加工需求。

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