典型薄壁零件數控銑削加工工藝

袁瑾

摘要：薄壁零件廣泛地應用在各工業部門，它具有重量輕，節約材料，結構緊湊等特點。但薄壁零件很難加工，本文就針對薄壁類零件加工的困境，分析薄壁零件在加工中存在的易變形、零件尺寸精度、位置精度及表面粗糙度不易保證等技術問題，為更好的銑削薄壁零件提供了依據及借鑒。

關鍵詞：薄壁零件；加工工藝；變形；裝夾

鋁合金整體結構件具有薄壁化、輕量化、強度高和耐腐蝕的特點，可有效滿足飛行器高速、高機動性對零件的要求。這類零件目前大量采用數控銑削的加工方法生產，但由于薄壁結構形狀復雜，相對剛度較低，故加工工藝性差。一般加工此類零件時，為保證工藝精度，一般采用在最后精加工之后，進行無進給光切幾次，這樣無疑增加了工時，降低了生產效率，還容易因刀具后刀面與工件間的積屑瘤造成加工表面粗糙。下面就以銑削加工時產生變形的原因和控制方法進行了研究。

1.產生變形的原因

薄壁件由于本身結構相對復雜，壁薄，質量較小，同時精度要求高，剛度和強度也有一定要求，這導致其易受切削力和切削振動及裝夾力、切削熱的影響。在選擇毛坯時，盡量選用消除了內應力的原材料。

2.工件的裝夾條件

剛性較差的薄壁結構件，裝夾是引起加工變形較重要的一個因素。薄壁件的數控銑削中，裝夾方案的優劣，將直接影響加工的精度、表面品質、勞動生產率和生產成本。在制定薄壁零件裝夾方案時，應首先根據零件的結構特點和加工技術要求，進行加工過程的受力和變形分析與計算，找出最易變形的薄弱部位；同時要特別注重定位與夾緊方式、夾緊力的選擇，使工件所受綜合作用力和力矩盡可能小，從而提高零件工藝剛度，減小零件的裝夾變形及切削振動，最終達到提高工件幾何精度的目的。

2.1加工殘余應力

零件在加工過程中，由于刀具對已加工面的擠壓、刀具前刀面與切屑、后刀面與已加工表面之間的摩擦等綜合作用，使零件表層內部產生新的加工殘余應力。殘余應力是一個不穩定的應力狀態，當零件受到外力作用時，外力與殘余應力相互作用，使其某些局部呈現塑性變形，截面內的應力重新分配，當外力作用去除后，整個零件由于內部殘余應力的作用發生變形，這種切削過程中殘余應力的重新分布引起的工件變形，對加工質量產生重要影響。

3.減少薄壁件變形的途徑和方法

3.1提高薄壁零件的工藝剛度

薄壁零件數控銑削加工中，增大薄壁零件的剛度與強度，能夠有效的增強薄壁零件的抗應力能力，從而減小加工裝夾變形與加工變形。增強薄壁零件強度大的方式有：①采用澆液、澆灌石磨等方式，在加工件內部填充一些容易去除的物質，從而增大零件壁厚，提高剛度；②采用具有較高彈性模量的材料，能夠有效的提升零件剛度，從而避免受力變形；③因為薄壁零件的工藝剛度與加工方式有關，因此提升工裝與工件之間的有效加工精度與表面光潔度，能夠提升接觸剛度，從而增強材料的剛度。

3.2優化走刀策略和加工順序

薄壁零件數控銑削加工的加工順序以及走到策略，對于零件的結構具有直接的影響，為了避免材料變形，應該做好如下的質量控制措施。首先 設計合理的加工順序，可以有效地減小加工變形。選擇良好加工順序的總體原則，是在保證工件方便、可靠定位和利于工件裝夾的前提下，隨著加工的進行，最大限度地減少自身剛度和工藝剛度的降低，使加工過程在剛性較好的狀態下進行，以減小加工變形。

其次刀具的選擇，加工中，刀具材料以及曹局結構對切削具有關鍵的影響，因此所選擇的刀具，應該滿足高硬度、耐磨性以及經濟性的相關要求，同時需要具備耐熱性以及良好的高溫力學穩定性。對于薄壁材料來說，需要根據加工條件選擇合適的刀具材料，并且保證刀具滿足切削速率的要求，尺寸結構滿足機床的要求。當前硬質合金已經成為刀具材料的主流，為了制造具有復雜結構的精密刀具，應該選擇具有良好切削性能以及耐磨能力強的高硬度刀具材料。而刀具結構需要根據零件的結構選擇，由于零件的剛性差，因此刀具應該滿足切削力與切削精度的要求，從而保證零件加工質量。

3.3制定合理的工藝路線

薄壁零件數控銑削加工的工藝流程以及工藝參數的設定，對于零件的變形具有重要的影響，為了有效的控制加工變形，應該在加工過程中，保證夾具的穩定加工，從而盡可能的降低切削力與夾裝變形。夾具的夾緊力必須按照最大切削量進行計算，從而確定夾緊力的值，在加工過程中，應該采用粗加工—精加工的工序進行加工，因為粗加工留下較大的切削余量，因此需要有效的進行熱處理工序，消除零件殘余應力，從而提高零件的穩定性。薄壁材料在加工過程中，應該懸著合理的切削力、合理的裝夾方案以及冷卻方式，從而對材料的加工因素進行有效控制，避免加工過程造成的材料變形。

3.4選取合理切削參數，高效穩定地加工

在確定切削參數時，通常根據加工品質及刀具和工具材料，先根據銑刀切削速度和主軸直徑確定主軸轉速，然后參閱手冊選擇銑刀每齒進給量，再由銑刀刃數代入式計算得到刀具的進給速度。

3.5薄壁零件的高速加工

薄壁零件高速銑削的優點是切削力小，所以在加工薄壁零件時工件產生的讓刀變形相應的減小，易于保證零件的尺寸精度和形位精度；高速切削時由于切削熱大部分由切屑帶走，工件溫度升不高，工件的熱變形小，這對于減小薄壁零件的變形非常有利；刀具的激振頻率提高使激振頻率避開薄壁結構工藝系統的振動頻率范圍，從而避免切削振動，實現平穩切削；刀具伸長度短，剛性好。可見高速加工確實具有相當的優越性。但它也存在一定的缺點，單個刀具成本比較高，機床系統要求高，刀具平衡性要求高，主軸壽命比較短。較硬的金屬就不適合高速切割加工的方法。

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