數(shù)控銑在典型薄壁零件加工中的應用及其質(zhì)量管理

喬建偉

（陜西航空職業(yè)技術學院，陜西 漢中 723102）

數(shù)控銑在典型薄壁零件加工中的應用及其質(zhì)量管理

喬建偉

（陜西航空職業(yè)技術學院，陜西 漢中 723102）

薄壁零件主要在各工業(yè)部門使用，其質(zhì)量較輕，并且結構較為緊湊，能夠有效節(jié)省材料。但是，薄壁零件的加工較為困難，其對于各種影響因素較為敏感，在加工過程中非常容易變形，從而無法滿足精度需求，進而對產(chǎn)品的質(zhì)量造成了影響，此方面是機械加工過程中的主要難點。在此背景下，對薄壁零件加工的難點進行了分析，結合零件加工實例，介紹了數(shù)控銑在薄壁零件加工中的使用方法。

數(shù)控銑；薄壁零件；質(zhì)量管理；刀具軌跡

鋁合金的結構構件較薄，并且具有較高的強度和耐腐蝕性，能夠有效滿足飛行器高機動性和高速對零件的要求。此種零件目前一般使用傳統(tǒng)方式加工生產(chǎn)，但是因為薄壁結構的形狀較為復雜，而且剛度較低，從而導致加工過程中的工藝性較差。

一般在對此種零件進行加工的過程中，為了使工藝的精度能夠得到有效保障，都是最后精加工之后實現(xiàn)關切。此種方式就增加了工時，導致生產(chǎn)效率降低。所以，以下就在薄壁零件加工過程中使用數(shù)控銑，從而克服薄壁零件加工過程中的問題，提高加工精度。

1 模型創(chuàng)建

本文研究薄壁零件的參數(shù)為：100×80×30（mm）為零件的毛坯尺寸，零件具有多種加工特點，比如通孔、橢圓形凹曲面、凸臺等，屬于鋁合金材料，加工的要素主要包括島嶼、平面、孔類及腔槽。

1.1 零件實體造型

通過CAХA軟件實現(xiàn)薄壁零件實體造型的創(chuàng)建，詳見圖1.

1.2 刀具軌跡

薄壁零件在加工過程中的重點主要為分析、研究并且掌握零件的變形特點，從而在工藝制造過程中避免零件出現(xiàn)變形的問題，有效保證零件加工工序的質(zhì)量。零件加工的工藝過程主要包括準備毛坯、粗加工和精加工3個階段。粗加工和精加工之間可以實現(xiàn)一次或者多次的半精加工和時效處理，其主要目的就是將夾緊力、切削力及零件自身的應力予以消除，從而使精加工之前的零件變形，以此提高零件成品尺寸及行位公差的進度。其主要操作步驟為管理軌跡、加工各常用零件，之后將相關的參數(shù)填寫到彈出來的對話框中，然后選擇需要加工的曲面[1]。

1.3 零件處理

本文所研究的雙面零件在加工過程中的難點為正面六邊形島嶼及2 mm的薄壁加工，因為薄壁中存在圓角，那么在選擇刀具的時候可以通過立銑刀實現(xiàn)粗加工和精加工，并且在兩者之間進行一次半精加工。背面橢圓形的凹曲面可以使用球銑刀實現(xiàn)參數(shù)的粗加工和精加工，先對正面進行加工，之后對背面進行加工，從加工之后的裝夾全面考慮，從而便于加工及裝夾。

圖1 薄壁零件實體造型

2 機床加工

2.1 機床的加工條件

數(shù)控銑床是以普通銑床為基礎安裝數(shù)字控制系統(tǒng)，能夠通過程序代碼對銑削加工機床進行精確的控制。它能夠以零件的尺寸、形狀、粗糙程度和精度等多種技術創(chuàng)建加工工藝，選擇合適的加工參數(shù)。使用手工編程或者相關軟件實現(xiàn)自動編程，將編程之后的程序輸入到控制器中，之后實現(xiàn)處理，將指令傳送到伺服裝置中，之后將控制信號發(fā)送到伺服電機中。主軸電機能夠?qū)崿F(xiàn)刀具旋轉的控制，并且還能夠使工件和刀具根據(jù)設置的軌跡運動，以此對工件進行切削[2]。

本文所研究的零件使用立式數(shù)控銑床進行加工，并且零件是一種平面零件，所以要使用通用夾具。通用夾具不需要調(diào)整或者只是稍微調(diào)整就能夠?qū)ぜM行裝夾，本文使用精密機械平口鉗。在選擇刀具的過程中，因為刀具在經(jīng)濟數(shù)控加工過程中的測量、刃磨及更換都是通過工作人員實現(xiàn)的，占用的輔助時間比較長，所以就要對刀具的順序進行合理的安排。在安排刀具順序的過程中，要避免刀具的數(shù)量過多，并且刀具的裝夾支護要完成刀具能夠?qū)崿F(xiàn)的加工部位，首先實現(xiàn)曲面的精加工，之后實現(xiàn)二維輪廊的精加工[3]。

2.2 裝夾及找正

在零件程序編輯之后，還要對其進行裝夾及加工，在夾具中安裝零件毛坯，使用平口鉗夾緊。在工件安裝及加工過程中，要注意的是，夾緊的工具松緊度得當，可以使用加工之后的平面作為基準面；同時因為工件精度的要求比較高，工件和圓形轉臺就要使用百分表對中心進行校正，從而有效滿足公差精度的需求。利用尋邊器實現(xiàn)X方向和Y方向的找正，并且對Z方向進行找正，將刀面和工作面相互重合，在機床控制面板中輸入坐標值。

2.3 切削加工

在數(shù)控機床中輸入編輯之后的程序，在Z軸方向臺中實現(xiàn)加工的嘗試切削，如果坐標和程序都沒有問題，就要實現(xiàn)薄壁加工。在完成正面之后對裝夾尋邊器進行重新找正，然后實現(xiàn)反面的加工。最后將零件卸下[4]。

3 薄壁零件加工的質(zhì)量管理途徑

3.1 零件剛度的提高

在薄壁零件數(shù)控銑加工過程中，提高其強度和剛度能夠有效提高薄壁零件的抗應力，從而有效減少加工裝夾的變形及加工變形。可以使用具有高彈性模量、澆液和澆灌石磨等多種方式，有效提高零件的壁厚和剛度，從而避免零件出現(xiàn)受力變形的問題。同時，因為薄壁零件加工方式及工藝剛度具有密切的聯(lián)系，所以就要提高工件和工裝表面的光滑度和精度，從而有效提高接觸剛度和材料剛度[5]。

3.2 走刀及加工的優(yōu)化

薄壁零件數(shù)控銑加工過程中的順序及走刀策略與零件結構具有密切的聯(lián)系，為了避免零件在加工過程中出現(xiàn)變形，就要制訂良好的質(zhì)量控制策略：①實現(xiàn)加工順序的合理設計，從而減少加工過程中的變形；②采用合理的加工順序，在工件裝夾方便和定位可靠的基礎上，在加工不斷進行的過程中降低自身和工藝的剛度，從而降低加工過程中的變形。

在刀具選擇過程中，要求刀具具備耐磨性、高硬度及良好的經(jīng)濟性，并且還要求其具備高溫力學的穩(wěn)定性和耐熱性。在薄壁零件加工過程中，要以加工條件為基礎選擇相應的刀具材料，并且還要求刀具能夠有效滿足切削的速率要求。目前，刀具材料普遍使用硬質(zhì)合金，為了能夠?qū)崿F(xiàn)復雜結構刀具的制造，要選擇切削能力及耐磨能力較強的材料。

3.3 工藝路線的合理性

數(shù)控銑在薄壁零件加工過程中的工藝參數(shù)及路線的合理設計會影響到零件的變形情況，為了減少加工零件的變形，在加工過程中要使夾具加工穩(wěn)定，從而有效減少夾裝的變形及切削變形。

夾具夾緊力要最大，薄壁材料的加工要根據(jù)裝夾方案、切削力及冷卻方式合理實現(xiàn)，以此有效控制材料加工因素，避免在零件加工過程中導致材料出現(xiàn)變形[6]。

4 結束語

本文對數(shù)控銑在薄壁零件加工中的應用進行了分析，它能夠快速實現(xiàn)薄壁零件的加工，并且提高加工的質(zhì)量和效率，在生產(chǎn)實踐過程中具有較多優(yōu)勢。最后提出了薄壁零件加工過程中的質(zhì)量管理方式，以保證零件加工精度，從而為今后薄壁零件的加工提供一定的借鑒。

［1］劉春，孫杰，劉凱，等.聚氨酯泡沫輔助加固鈦合金薄壁件銑削性能研究［J］.航空制造技術，2017，530（11）：93-98.

［2］孫程成，王亮，侯吉明，等.鈦合金薄壁件圓角數(shù)控銑削質(zhì)量控制［J］.航空制造技術，2010（15）：74-76.

［3］徐洪彬.淺析刀具半徑補償在薄壁零件數(shù)控銑削加工中的應用［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2015（1）：93-94.

［4］王建新，袁方，滕玉光.應力環(huán)類薄壁零件的數(shù)控銑削加工［J］.中國科技博覽，2014（47）：44.

［5］楊傳勇，劉磊，王天宇.基于UG數(shù)控銑加工質(zhì)量控制要點［J］.科技創(chuàng)新與應用，2016（34）：113.

［6］廖玉松，韓江.鋁合金薄壁件銑削加工精度控制研究［J］.組合機床與自動化加工技術，2015（5）：113-117.

喬建偉（1982—），男，陜西岐山人，大專學歷，初級職稱，研究方向為數(shù)控領域。

〔編輯：劉曉芳〕

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10.15913/j.cnki.kjycx.2017.24.138

2095-6835（2017）24-0138-02