封閉腔薄壁曲面件數(shù)控加工技術(shù)初探

張向鵬

摘 要：數(shù)控加工作為機(jī)械加工中精加工的一種，且具有加工范圍廣，加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械加工的未來(lái)發(fā)展方向。不可否認(rèn)的是，未來(lái)的機(jī)械加工將會(huì)普遍采用數(shù)控加工。而封閉腔薄壁曲面件的加工是也是屬于精加工的，不管從那個(gè)方面來(lái)看都應(yīng)采用數(shù)控加工的方式進(jìn)行。在加工的過(guò)程中，合理的改進(jìn)加工工藝能夠降低對(duì)于機(jī)床本身的要求，也可以對(duì)機(jī)床的加工范圍進(jìn)行拓展。本文將研究分析封閉腔薄壁曲面件數(shù)控加工的工藝流程，并探討如何拓展普通機(jī)床加工能力的實(shí)際方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 封閉腔薄壁曲面件 工藝加工

Preliminary Study on NC Machining Technology of Thin-walled Curved Surface Parts in Closed Cavity

Zhang Xiangpeng

Abstract：As a kind of precision machining in machining， CNC machining has the advantages of wide machining range and high machining accuracy. It is the future development direction of machining. It is undeniable that CNC machining will generally be used in future machining. However， the processing of closed-cavity thin-walled curved parts is also a finishing process， no matter from which aspect， it should be carried out by CNC machining. In the process of processing， reasonable improvement of the processing technology can reduce the requirements for the machine tool itself， and can also expand the processing range of the machine tool. This article will study and analyze the technological process of CNC machining of closed-cavity thin-walled curved surface parts， and discuss how to expand the actual method of ordinary machine tool processing capabilities.

Key words：CNC machining， closed-cavity thin-walled curved surface parts， process machining

1 引言

正如“科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力”，技術(shù)工藝只有不斷的改進(jìn)和創(chuàng)新才能夠使生產(chǎn)力得以提高。與此同時(shí)，有計(jì)劃的生產(chǎn)工作效率才會(huì)更高。工藝加工制造也是如此，只有對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，合理的規(guī)劃才能夠保證產(chǎn)品的生產(chǎn)效率以及其生產(chǎn)利潤(rùn)。那么在封閉腔薄壁曲面件的加工方面，也應(yīng)該進(jìn)行合理的規(guī)劃，對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)和創(chuàng)新，可以起到減少高端機(jī)床需求，擴(kuò)大廠家加工范圍的有利影響。那么，如何合理的規(guī)劃工藝流程和措施呢？下面的內(nèi)容將對(duì)某型機(jī)的外涵加工進(jìn)行介紹以及數(shù)控加工進(jìn)行介紹。這能幫助我們更好的了解封閉腔薄壁曲面件的相關(guān)工藝流程。

2 工藝流程的相關(guān)介紹

2.1 數(shù)控加工的相關(guān)介紹

對(duì)封閉腔薄壁曲面件進(jìn)行加工制作，就需要采取數(shù)控加工的技術(shù)。那么，什么是數(shù)控加工呢？

數(shù)控加工，是指在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行零件加工的一種工藝方法，即用數(shù)字信息來(lái)控制零件移動(dòng)以及刀具位移的機(jī)械加工方法。雖然，與傳統(tǒng)機(jī)床加工相比，工藝規(guī)程基本相同。但也發(fā)生了一些變化。數(shù)控加工可以高效的解決很多方面的問(wèn)題，例如：零件品種的多變性、批量小、形狀復(fù)雜、零件加工精度高等。數(shù)控加工主要控制內(nèi)容包括5大方面。（1）機(jī)床：起動(dòng)以及停止。（2）主軸：?jiǎn)⑼?、旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速的變換。（3）進(jìn)給運(yùn)動(dòng)：方向、速度、方式。（4）刀具：選擇、長(zhǎng)度、更換。（5）冷卻液：開(kāi)起、關(guān)閉。

數(shù)控加工的優(yōu)勢(shì)也顯而易見(jiàn)，主要包括四個(gè)方面。第一點(diǎn)，減少了工裝數(shù)量，零件的形狀和尺寸改變，只需要修改相應(yīng)的零件加工程序。這一點(diǎn)很符合新產(chǎn)品研制和產(chǎn)品改型的需要。第二點(diǎn)，加工的質(zhì)量、精度高，重復(fù)精度也很高。第三點(diǎn)，滿足多品種、小批量生產(chǎn)需求。第四點(diǎn)，可以加工利用普通機(jī)床以及常規(guī)方法難以加工的零件。例如：復(fù)雜型面以及一些無(wú)法觀測(cè)的加工部位。

數(shù)控加工的劣勢(shì)就是機(jī)床設(shè)備費(fèi)用昂貴。并且維修也很難，需要相關(guān)維修人員具備較高的技術(shù)水平。

2.2 外涵加工的簡(jiǎn)單介紹

既然要介紹外涵加工，那么，什么是外涵加工呢？其實(shí)，外涵加工是一個(gè)仿造詞。外涵，與“內(nèi)涵”這個(gè)詞很像，也就是模仿“內(nèi)涵”這個(gè)詞所創(chuàng)造的，一般指外在的相貌。因?yàn)楝F(xiàn)代的人看人看事常常不怎么注重內(nèi)涵，那么外涵相較之下就顯得很重要了。而外涵加工，其實(shí)就是對(duì)工件的外表進(jìn)行加工。

2.3 封閉腔薄壁曲面的相關(guān)介紹

將多個(gè)曲面縫合成實(shí)體封閉曲面，并且保證曲面與曲面之間沒(méi)有縫隙。這就是封閉腔薄壁曲面。

3 外涵工藝方法的相關(guān)研究

3.1 外涵加工的材料

首先，便是外涵加工所用的材料方面。加工封閉腔薄壁曲面件采用的是7075-T7351，這種材料的內(nèi)型為三維的曲面，與此同時(shí)，它的外型也是三維的曲面。并且，外涵材料的內(nèi)腔有凸臺(tái)以及負(fù)角度的曲面。還有值得注意的一點(diǎn)就是外涵材料的壁厚的分布也是不均勻的。壁厚的最大值可達(dá)41毫米，而壁厚的最小值卻比1毫米還小。與此同時(shí)，外涵材料的型面精度是±0.1mm，所以外涵材料對(duì)于加工精度的要求比較高。在加工的操作過(guò)程中，有很多加工的難點(diǎn)，對(duì)此，我們也研究探討了相關(guān)的解決方法。

3.2 外涵加工的難點(diǎn)

外涵加工的過(guò)程中，難點(diǎn)主要有三個(gè)方面。

第一點(diǎn)，就是外涵材料的內(nèi)型面和外型面都是曲面，這是一個(gè)很重要的難點(diǎn)成因。因?yàn)檫@種情況就導(dǎo)致了在對(duì)外涵材料進(jìn)行加工的過(guò)程中缺少定位的基準(zhǔn)，加上對(duì)于加工的要求比較精細(xì)，使得加工的難度很大。

第二點(diǎn)，封閉腔薄壁曲面件存在一段負(fù)角度的曲面?？墒窃谟梦遢S機(jī)床進(jìn)行加工的時(shí)候，機(jī)床會(huì)因?yàn)榉忾]腔薄壁曲面件的內(nèi)腔的空間十分狹小而且很深，出現(xiàn)進(jìn)刀困難的情況。與此同時(shí)，凸臺(tái)根部的余量清除起來(lái)很是困難，又因?yàn)樗旧砭团c刀具存在干涉的情況，這便又增加了加工操作的難度。

第三點(diǎn)，因?yàn)樵趯⑼夂牧戏珠_(kāi)后，會(huì)出現(xiàn)工件的曲面傾角的劇烈變化，這使得加工難度進(jìn)一步升高。并且所加工的工件的厚薄是不相同的，這對(duì)于加工過(guò)程又是一大挑戰(zhàn)。

3.3 外涵工藝的相應(yīng)加工方案

在整體進(jìn)行加工的方案很難完成的情況下，便可以考慮將零件一分為二。將零件的各個(gè)部位逐步進(jìn)行粗加工，這大大減少了對(duì)于高級(jí)機(jī)床的需求，并且效果十分顯著。再者，就是將加工零件分階段來(lái)完成內(nèi)腔的加工檢測(cè)。具體實(shí)施就是將內(nèi)腔作為基準(zhǔn)，在各部分零件螺接為一體后再對(duì)所加工零件的外部進(jìn)行相關(guān)的加工以及檢測(cè)。然而，這一解決方案雖然降低了加工的難度，但是與此同時(shí)零件的加工又面臨著另一個(gè)問(wèn)題。也就是當(dāng)兩個(gè)分體都是開(kāi)口的薄壁結(jié)構(gòu)的情況下，由于分體本身的曲率大，變形也大。而且當(dāng)要把兩個(gè)分體相互合攏時(shí)容易發(fā)生錯(cuò)開(kāi)的情況。那么，針對(duì)這種情況，也有相對(duì)應(yīng)的解決方案。

3.4 針對(duì)工件的分件問(wèn)題的解決措施

關(guān)于如何解決分體在合攏時(shí)容易發(fā)生錯(cuò)開(kāi)的情況，解決措施主要分為以下兩個(gè)部分：

第一點(diǎn)，就是對(duì)工件的分件在合攏時(shí)容易發(fā)生型面錯(cuò)位問(wèn)題的解決措施?？梢圆扇?個(gè)銷釘定位的方法以及8個(gè)螺釘固緊的連接方式，這樣，在合模時(shí)型面就可以得到很好的吻合了。

第二點(diǎn)，針對(duì)分件的曲率大，變形大的解決措施。因?yàn)橥夂牧系膬?nèi)型面和外型面都是曲面，因而在工件裝夾的定位基準(zhǔn)方面難免會(huì)有所缺失。而且，值得注意的是，如果將夾頭設(shè)置在了零件最薄弱的地方，那么在去夾頭的時(shí)候，就會(huì)很容易產(chǎn)生變形，從而導(dǎo)致工件制作的失敗。所以，在設(shè)置夾頭的位置時(shí)要遵循以下兩個(gè)原則：

第一，能夠滿足零件方便找正并且方便轉(zhuǎn)換的位置作為基準(zhǔn)進(jìn)行零件的裝夾。因?yàn)榉忾]腔薄壁曲面件的型面十分復(fù)雜，可以在零件的兩側(cè)分別設(shè)置好方形夾頭。這樣，就可以在分面加工時(shí)更加方便的將加工原點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)一。在合模后，要參考內(nèi)腔檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)基準(zhǔn)進(jìn)行精修，以保證內(nèi)型面和外型面基準(zhǔn)的相同。

第二，夾頭應(yīng)便于去除且剛性不宜過(guò)強(qiáng)。如果僅注重夾頭剛性的增強(qiáng)，也就是增加夾頭位置最薄處的壁厚。這種措施確實(shí)使得加工的剛性增強(qiáng)了。但是，夾頭去除時(shí)并不方便。很容易發(fā)生應(yīng)力變形。并且還需對(duì)壁厚進(jìn)行加厚的地方進(jìn)行返工。

因而，可以選擇在零件的兩個(gè)端面設(shè)置八邊形夾頭。

首先，利用裝夾工具去除夾頭。并且經(jīng)過(guò)相關(guān)的測(cè)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)，這種去除裝夾的方式僅會(huì)在工件薄壁處產(chǎn)生少量的變形，也就是在0.05毫米到0.08毫米之間。并且經(jīng)過(guò)精確的位置計(jì)算，是可以實(shí)現(xiàn)將基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換至安裝槽中心的。并且，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)時(shí)選擇微量進(jìn)給可以實(shí)現(xiàn)對(duì)最終型面的精確加工。

接著，經(jīng)過(guò)分步裝夾，以零件對(duì)稱中心為原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)夾頭的角度等一系列操作，來(lái)進(jìn)行八面裝夾的加工。

然后，對(duì)所采用的四方夾頭提前進(jìn)行銑斷減薄的處理。這樣就可以避免在去除夾頭時(shí)產(chǎn)生工件變形的情況。

最后，封閉腔薄壁曲面件的壁厚不均勻。封閉腔薄壁曲面件的最薄處不足1毫米，這就導(dǎo)致工件在進(jìn)行銑削的過(guò)程中容易發(fā)生變形以及卷邊的情況。工件的高度落差可以達(dá)到110毫米，這也導(dǎo)致了切削力的變化比較大，不好控制。所以要進(jìn)行分區(qū)分塊銑削。壁厚區(qū)域的剛性好。普通數(shù)控程序進(jìn)行加工。薄壁區(qū)域的剛性差。要選擇小直徑的刀具緩慢進(jìn)刀。這樣就可以減少切削力，也就可以避免薄壁曲面的變形以及卷邊情況的發(fā)生。

經(jīng)過(guò)這一系列的改進(jìn)與完善措施，再依照所改進(jìn)的方案進(jìn)行加工生產(chǎn)，最終通過(guò)了相關(guān)的測(cè)驗(yàn)，工件的相關(guān)指標(biāo)已經(jīng)可以很好的達(dá)到了。

4 結(jié)語(yǔ)

正所謂“磨刀不誤砍柴工”。對(duì)于制造工藝進(jìn)行改進(jìn)和完善對(duì)于提高生產(chǎn)效率有著很大的作用。我們要對(duì)與工件加工工藝的改進(jìn)和完善加以重視，并加大相關(guān)的投入。與此同時(shí)，在對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)和完善的過(guò)程中要靈活運(yùn)用相關(guān)問(wèn)題的處理方法，減少對(duì)于高級(jí)機(jī)床的需求，降低生產(chǎn)成本。對(duì)于封閉腔薄壁曲面件的加工工藝的改善正是如此。

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