數(shù)銑加工薄壁零件的工藝設(shè)計(jì)

陳春燕

摘要：薄壁零件一般是指由薄型板或者殼和加強(qiáng)肋構(gòu)成的輕量化結(jié)構(gòu)，整體強(qiáng)度高、重量輕、造型美觀，在工程上得到日益廣泛的應(yīng)用。在進(jìn)行薄壁零件的銑削加工過(guò)程中，需要在前期對(duì)工件進(jìn)行加工工藝的優(yōu)化，同時(shí)對(duì)加工的品質(zhì)進(jìn)行分析。為了使加工過(guò)程更加平穩(wěn)、加工品質(zhì)更高，不僅要控制加工變形，還需要根據(jù)加工的工藝路線改進(jìn)其工藝流程，使走刀的策略及加工的工序得到進(jìn)一步優(yōu)化，從而提高加工工藝系統(tǒng)的剛度，保障加工零件的質(zhì)量?；诖吮疚姆治隽藬?shù)銑加工薄壁零件的工藝設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)銑加工；薄壁零件；工藝設(shè)計(jì)

1、薄壁零件特點(diǎn)

整體的那種薄壁工件其剛性好，相對(duì)重量較輕，而且比強(qiáng)度高，所以薄壁工件越來(lái)越多地應(yīng)用在工業(yè)生產(chǎn)中。尤其在汽車、國(guó)防等工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。目前薄壁工件正在向著極薄化、大尺寸化和復(fù)雜化的研究方向發(fā)展。

薄壁件一般是由側(cè)壁和腹板構(gòu)成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、相對(duì)剛度較低。不同的薄壁工件具有不同的結(jié)構(gòu)組成特點(diǎn)，而目前來(lái)說(shuō)，薄壁件可以分為以下幾種：

（1）整體薄壁件：這種薄壁件一般應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域比較多，較多的應(yīng)用在航天器、飛行器的機(jī)艙機(jī)身等部位，主要由側(cè)壁和腹板以及凸臺(tái)等結(jié)構(gòu)構(gòu)成。它的優(yōu)點(diǎn)就是加工精度高，整體質(zhì)量較輕，能夠提高各裝配件的安裝精度；缺點(diǎn)就是整體件的提加大，加工工藝復(fù)雜，不易控制其變形。（2）梁類零件：梁類零件是飛行器的重要受力部件。隨著對(duì)現(xiàn)代飛行的性能要求把控標(biāo)準(zhǔn)的提高，對(duì)于梁類零件的性能方面的要求也提出了更高的要求，不僅要減輕自身的重量，同時(shí)還要保持自己的性能。梁類零件的構(gòu)造都比較復(fù)雜，從它的橫截面形狀來(lái)看，有工字型、u字型以及更加復(fù)雜的截面形狀。所以對(duì)于梁類零件的加工難度將更大，對(duì)于加工過(guò)程中零件的變形也很難控制，所以要保證加工精度以及加工要求同時(shí)加工出合格的工件的難度較大。（3）框體類零件：一般認(rèn)為框體類零件由側(cè)壁和腹板構(gòu)成，框體類零件壁厚一般在1.5-2mm之間。一般來(lái)說(shuō)框體類零件的聯(lián)接部分是結(jié)合槽口?？蝮w類零件一般作飛行器機(jī)構(gòu)中的橫向承力件，同時(shí)又是支撐機(jī)身和保持機(jī)身徑向外形的主要構(gòu)件。

2、數(shù)銑加工薄壁零件的工藝設(shè)計(jì)

2.1根據(jù)加工材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)工藝路線進(jìn)行改善

實(shí)際加工過(guò)程中，需要使用刀具對(duì)零件的外形進(jìn)行變形控制。切削過(guò)程中，不單會(huì)使加工材料受到形變，進(jìn)而被切除，還會(huì)使工件產(chǎn)生回彈而出現(xiàn)讓刀現(xiàn)象，最終影響工件的加工精度。在薄壁零件加工過(guò)程中，為了使加工的形變受到一定控制，必須有效降低切削力及裝夾變形，最終保障加工在不同切削力下的穩(wěn)定性，而裝夾力也需要按照最大的切削量進(jìn)行。所以，若想滿足零件的精度要求，則需要使用粗加工和精加工相互結(jié)合的方式進(jìn)行零件的加工和制作。

2.2優(yōu)化加工的走刀策略及加工順序，進(jìn)而降低切削中的熱力耦合作用

在進(jìn)行材料的刀具切割過(guò)程中，材料將產(chǎn)生一定的彈性和塑性變形而消耗功率。同時(shí)，在工件及后刀面的表面將產(chǎn)生劇烈的摩擦，導(dǎo)致切削過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱，最終使各個(gè)加工部件受到不均勻的力量產(chǎn)生變形，影響加工零件的品質(zhì)。而薄壁零件的加工效率以及變形受走刀策略的影響較大，若加工的走刀路徑不同，工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的釋放順序也不相同。此外，在加工中切削熱和切削力的相互促進(jìn)下將產(chǎn)生新的應(yīng)力，這個(gè)新的應(yīng)力與原工件中的殘余應(yīng)力的耦合作用不同，最終導(dǎo)致工件出現(xiàn)不同程度的變形。加工路徑在選擇過(guò)程中需要保障加工的材料被對(duì)稱切除，而腹板加工中需要采用環(huán)切走刀的形式，使加工的應(yīng)力變得均勻化。同時(shí)，刀具的加工路徑要盡量保持平滑，這樣才能最大限度地減少急轉(zhuǎn)急停的現(xiàn)象。加工順序的科學(xué)合理，將減少加工零件的變形概率。

2.3選擇較為合適的加工切削參數(shù)值，最終穩(wěn)定工件的加工

在進(jìn)行銑削加工的過(guò)程中，薄壁零件的切削效果和實(shí)際加工中的參數(shù)選取具有一定的聯(lián)系。這不單和刀具材料的選取有關(guān)，還和機(jī)床以及數(shù)控系統(tǒng)的種類和性能有關(guān)。而銑削用量的參數(shù)選取還將影響加工效率，對(duì)刀具造成的影響也不同。究竟對(duì)哪些參數(shù)造成影響，還需要經(jīng)驗(yàn)較為豐富的人員找到其中的參數(shù)交叉點(diǎn)。而數(shù)控銑削加工中的刀具每齒進(jìn)給量的合理性還將保障材料的品質(zhì)，最終提高加工的效率，減少加工中的加工器具磨損。對(duì)每齒進(jìn)給量的調(diào)節(jié)可以調(diào)整加工中的切削力，最終減少加工誤差。這對(duì)于精加工十分重要。

2.4加工的控制

2.4.1粗加工。選取合適的毛坯，進(jìn)行整體開粗，曲面刀具路徑有挖槽式銑削、等高外形銑削和平行銑削3種可選，根據(jù)本零件的設(shè)計(jì)要求，這里我們選擇挖槽式銑削，因?yàn)橥诓凼侥軌驅(qū)⒘慵拇蟛糠衷O(shè)計(jì)的輪廓加工出來(lái)，而且走刀和抬刀次數(shù)少，這樣縮短了刀具路徑，能夠有效地提高效率。應(yīng)用挖槽式銑削進(jìn)行粗加工時(shí)，原則為邊界外下刀，因此邊界的選擇尤為重要，最需要注意的就是薄壁部分，精加工時(shí)銑刀直徑較大，容易造成變形，因此粗加工時(shí)余量需多留一些。

2.4.2半精加工。半精加工的主要目的為去除粗加工所剩余的殘留料，避免殘留料過(guò)多而影響精加工，這里我們選擇等高外形銑削的方式。加工時(shí)刀具對(duì)平面xy進(jìn)行輪廓切削，完成一個(gè)平面后刀具沿z軸平移，進(jìn)行下一個(gè)平面切削直至完成。

2.4.3精加工。根據(jù)零件設(shè)計(jì)選用球刀，切削間距進(jìn)行控制，切削時(shí)刀具切處的速度選擇相對(duì)較小，這樣的設(shè)計(jì)能夠保證零件的表面質(zhì)量。

總之，隨著數(shù)控加工行業(yè)技術(shù)水平的飛速提高，各行業(yè)對(duì)零件的需求也不斷的發(fā)生著改變，目前對(duì)于高精度的薄壁零件的需求越來(lái)越廣泛。薄壁零件具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、節(jié)省原材料等特點(diǎn)，但由于其特殊的構(gòu)造也給加工過(guò)程帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，因此進(jìn)一步加強(qiáng)工藝設(shè)計(jì)的研究非常有必要，需要引起我們的重視。