復(fù)雜薄壁異形零件數(shù)控加工工藝特征與要點(diǎn)

黃偉斌

（山東省日照市技師學(xué)院，山東 日照 276826）

復(fù)雜薄壁異形零件數(shù)控加工工藝特征與要點(diǎn)

黃偉斌

（山東省日照市技師學(xué)院，山東 日照 276826）

隨著航天機(jī)載設(shè)備的重量以及空間大小要求的逐漸提高，使用了大量的復(fù)雜薄壁異形零件。零件在使用中由于剛性較差，不能滿足實(shí)際的工作需求，同時(shí)零件不規(guī)則，由曲面構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，只能采用UG等三維軟件數(shù)控編程加工。文章主要針對(duì)復(fù)雜薄壁異形零件數(shù)控加工工藝特征與要點(diǎn)進(jìn)行研究分析，明確了各注意事項(xiàng)，以提高材料加工技術(shù)和材料質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展。

薄壁零件；結(jié)構(gòu)復(fù)雜；數(shù)控加工

在航天機(jī)載設(shè)備應(yīng)用中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因?yàn)橹亓恳约翱臻g問(wèn)題不能滿足航天機(jī)載設(shè)備需求的情況，由于零件的使用要求以及質(zhì)量要求，對(duì)于這些零件的規(guī)格、形位公差要求十分嚴(yán)格，一定程度上增加了零件生產(chǎn)的難度。只有依據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的措施，才能保證所加工的零件能夠滿足實(shí)際需求。

1 概述

在工作中，經(jīng)常會(huì)用到一些厚度為 0.5mm、0.7mm、1mm 不等、長(zhǎng)度為 120mm、145mm、250mm 的零件，零件表面粗糙十分粗糙，粗糙度大約為 Ra3.2；零件角度的精確度為 ±3′；尺寸精度±0.01mm；形位公差 6 級(jí)。結(jié)構(gòu)基本上都會(huì)呈現(xiàn)出拉伸、剪切等，形狀呈現(xiàn)不規(guī)則狀，材料壁很薄，空間規(guī)格較大，材料整體的剔除量較大。此種零件在加工中，肯定都會(huì)受到熱變形、切削振動(dòng)等各種因素的影響，會(huì)導(dǎo)致零件形狀、尺寸、精度、形位公差等產(chǎn)生不同變化，因此，只有對(duì)其加工工藝進(jìn)行研究分析，對(duì)各個(gè)加工環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，才能保證零件的質(zhì)量。

2 零件加工要點(diǎn)分析

2.1 選擇合適的加工方法

在加工過(guò)程中，影響薄壁件加工質(zhì)量的因素有很多，例如：零件加工時(shí)所選擇的加工材料、零件結(jié)構(gòu)等都會(huì)使得零件加工從產(chǎn)生一定的影響；殘余應(yīng)力也會(huì)對(duì)零件加工產(chǎn)生一定的影響，在零件加工開(kāi)始之前，零件內(nèi)部存在的殘余應(yīng)力都停留在衡狀態(tài)，在切割狀態(tài)下，原有的均衡狀態(tài)就會(huì)被打破，只有通過(guò)形變才能尋找一個(gè)新的平衡點(diǎn)。在加工中，選擇合適的加工方式，一定程度上可以降低零件形變現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)率，同時(shí)還要對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行剔除。

2.2 選擇合適的數(shù)控加工方式

在加工中，工作人員還要對(duì)零件加工路徑采取相應(yīng)的控制措施，如果路徑所選擇的不同，加工成形的零件形變也不相同。另外工作人員還應(yīng)該對(duì)切削用量進(jìn)行有效控制，假如切削用量較小，應(yīng)該依據(jù)小切深以及高進(jìn)給速度，同時(shí)，還要適當(dāng)增加切割次以及走刀數(shù)量，切削中應(yīng)該保證切削速度的均衡，能夠有效減少切削力以及切削熱。高速切割方式的切削力較小，并且零件的熱變形較小，能夠保證零件加工的精度以及質(zhì)量。工作人員在具體加工中，要以 UG 環(huán)境為基礎(chǔ)，采用 Vericut 軟件對(duì)零件進(jìn)行仿真，對(duì)零件進(jìn)行檢測(cè)，選擇合適的參數(shù)。

2.3 保證工裝與夾具的合理性

在設(shè)計(jì)中，工作人員需要進(jìn)行綜合分析，在零件周圍設(shè)置定位元件以及夾緊元件，保證數(shù)控加工零件的穩(wěn)定性，能夠保證切割刀具的順利，而且還能降低殘余應(yīng)力以及變形量，提高零件的質(zhì)量。

3 提高復(fù)雜薄壁異形零件數(shù)控加工質(zhì)量的措施分析

3.1 確定合理的加工流程

本文主要以 7075 鋁合金為例進(jìn)行分析，具體加工流程為：材料——銑——數(shù)控銑——熱處理——數(shù)控銑——熱處理——數(shù)控銑——熱處理——鉗——表面處理。在具體的加工過(guò)程中，工作人員為了除去殘余應(yīng)力，一共進(jìn)行了三次數(shù)控銑，并且在三次數(shù)控銑中間還進(jìn)行了三次熱處理。

3.2 選擇合理的刀具、銑削方法、銑削工藝

刀具選擇工作具有重要意義，工作人員在刀具選擇時(shí)，應(yīng)該在以下原則上進(jìn)行選擇才能保證其合理性，平頭銑刀在應(yīng)用中，表面加工質(zhì)量較好，并且工作效率較高。如果能夠保證切削量，那么在曲面初步加工以及二次加工中，可選擇使用平頭銑刀。球頭銑刀在應(yīng)用中端部的切削速度是零，并且切削行與行之間的距離很近，因此，如果要提高加工精度，就應(yīng)該選擇球頭銑刀。加工中，還要盡可能的減少刀具的使用數(shù)量，在同一部位加工中，盡量選擇同一個(gè)刀具進(jìn)行切割。在初步加工以及精加工中，刀具應(yīng)該分開(kāi)使用，并且要保證刀具的規(guī)格相同。

另一方面，在銑削次序確定過(guò)程中，應(yīng)該遵循以下原則：首先，應(yīng)該先對(duì)面進(jìn)行處理，然后再對(duì)后孔進(jìn)行處理；而且要先進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行精加工；先對(duì)主要部位進(jìn)行加工，再對(duì)次要部位進(jìn)行加工；其次，要先進(jìn)行銑，再進(jìn)行鉆；最后，先進(jìn)行曲面精加工，再進(jìn)行二維輪廓精加工。在加工工藝制定過(guò)程中，應(yīng)該遵循的原則為：在零件粗加工以及半精加工中，工作人員應(yīng)該現(xiàn)在采用質(zhì)地較硬的合金雙刃立式平底銑刀，并結(jié)合 UG 軟件中的 ufacturing模 塊， 采 用 cavity—lrIiU 銑 削 方 式 進(jìn) 行 操 作，Cutlevels 選 Local Depthper Cut為 1mm，Stepover選 50%的 Tool Diameter 進(jìn)行處理，能夠提高零件表面加工質(zhì)量以及切削效率。在粗加工中，應(yīng)該選擇采用 5°～ 100°螺旋進(jìn)刀方法，徑向進(jìn)刀量應(yīng)該控制在 6% ～ 8%，深度進(jìn)給量應(yīng)該控制在 5% 以下。在半精加工中，工作人員應(yīng)該及時(shí)將刀具下沉至其它平面，并確定兩層之間的距離最短，進(jìn)行半精加工及精加工時(shí)要選擇弧進(jìn)刀方式操作，徑向進(jìn)刀量應(yīng)該控制在 6% ～ 8%，只有這樣才能避免過(guò)切現(xiàn)象出現(xiàn)。在精加工中，應(yīng)該選擇使用優(yōu)質(zhì)合金球頭刀，把零件曲面按照最大外形U、V方向進(jìn)行分割，分割為兩組，刀軌方向的選擇應(yīng)該和最長(zhǎng)輪廓線的方向保持相同；球頭刀刀心速度控制在零才為磨削，所以在具體應(yīng)用中，要求刀軸和零件底面具有傾斜角度，能夠降低刀尖對(duì)零件造成的影響。同時(shí)，對(duì) 于 零 件 曲 面 的 不 同， 分 別 選 擇 Cavity—mill中Ar.ea Milling、Surface Area、Boundary 進(jìn)行加工。

精加工注意事項(xiàng)：（1）鋁合金在加工中，硬化現(xiàn)象較為常見(jiàn)，吃刀量經(jīng)驗(yàn)值大約在 0.05 ～0.1mm 之間，Cut1evels 可選擇 Local Depthper Cut為 0.5mm，Stepover=0.05mm。（2）陡峭曲面需選擇 Zevel Profilesteep 方式加工。若表面平坦，可以選擇 Area Milling、Surface Area、Boundary 等方式加工。相交位在陡峭面上時(shí)，在加工過(guò)程中要及時(shí)降低接刀痕跡。（3）最終精加工過(guò)程中，銑削方向出現(xiàn)改變時(shí)，要防止出現(xiàn)突?，F(xiàn)象，確保 stepove 數(shù)值相同，保證不同曲面的相接處光滑。（4）球頭刀在應(yīng)用中，所行走的路線選擇也十分重要，應(yīng)該盡可能的避免在曲面上行走，因此，工作人員在 Drive Settings選 Pattem 為 Follow Periphery 時(shí)應(yīng)該明確要點(diǎn)，F(xiàn)ollow Periphery 走刀方式可顯著減少進(jìn)退刀次數(shù)，但卻不能解決陡峭面進(jìn)行退著走刀的問(wèn)題，刀具折斷的可能性較大；所以在該狀況下應(yīng)選擇Parallel Lines走刀方式中的 zig-zag 走刀，將環(huán)切轉(zhuǎn)變?yōu)樾星羞M(jìn)行加工。（5）精加工中，stepover屬于半精加工的一半左右，呈 90°。（6）在加工型腔進(jìn)行加工中，應(yīng)該對(duì)加工順序進(jìn)行分析，可以減少變形以及應(yīng)力。

3.3 選擇合適切削用量

在加工中，技術(shù)工作中還應(yīng)該對(duì)切削用量進(jìn)行控制，首先，應(yīng)該對(duì)每齒進(jìn)給量進(jìn)行選擇。假設(shè) fz表示每 齒進(jìn)給 量，r 表示刀 尖半徑，Ra表示表面粗糙度，那么三者之間的關(guān)系可以表示為：r2=(fz/2)2+(r-Ra)2。 那 么 表 面 粗 糙 度 表 示 為Ra=fz2/8r。其次，應(yīng)該對(duì)主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度以及切削速度進(jìn)行控制，主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為：n=（vc×1000）/（∏ ×Dc）；切削速度表示為：vc=（∏×Dc×n）。在上述公式，vc表示切削速度，（m/min）；n 表示 主 軸 轉(zhuǎn) 速，（r/min）；Dc表 示 刀 具 直 徑， 單mm。在粗加工時(shí)，切削余量很大，要根據(jù)所使用的刀具以及每齒進(jìn)給量數(shù)值，采取合理措施，保證削力呈現(xiàn)減少趨勢(shì)，高速切削線速度要控制在 300m/ min 以上；精加工時(shí)期，還要對(duì)表面粗糙度進(jìn)行研究分析，高速切削線速度應(yīng)該控制在 450m/min。還 要 對(duì) F 值 進(jìn) 行 選 擇，F(xiàn)=s×f，s=（vc×1000）/（∏ ×Dc）。在公式中，s主要指的是主軸轉(zhuǎn)速n，單位為 r/min，f為每齒進(jìn)給量，單位為 mm；以機(jī)床性能參數(shù)依據(jù)，精加工過(guò)程中，在已知f的情況下，很容就可以求得F的值。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在航天事業(yè)發(fā)展中，復(fù)雜薄壁異形零件數(shù)控加工的應(yīng)用能夠滿足航天機(jī)載設(shè)備的重量以及空間大小的要求。在加工中，應(yīng)該積極度從加工程流程、刀具、銑削方法、銑削工藝、切削用量等方面進(jìn)行控制，制定有效改進(jìn)措施，并且還要明確加工需要注意的問(wèn)題，積極采取預(yù)防策略，才能保證復(fù)雜薄壁異形零件的加工質(zhì)量，促進(jìn)我國(guó)航天事業(yè)的發(fā)展。

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1671-0711（2017）03（下）-0172-02