復雜結構薄壁異形零件數控加工技術分析

梁保然

（河南職業技術學院，河南 鄭州 450000）

復雜結構薄壁異形零件數控加工技術分析

梁保然

（河南職業技術學院，河南 鄭州 450000）

近年來，隨著科學技術的不斷進步，越來越多的高新技術應用于生產生活中。在工業生產、航空航天等領域對于薄壁異形零件的使用逐漸增多，對于零件的質量也提出了更高的要求。本文通過對復雜結構薄壁異形零件數控加工技術的專利分析，探尋提高薄壁異形零件精度的有效方法。

復雜結構；薄壁異形零件；數控加工技術

復雜結構薄壁異形零件在航空航天、高精工業等領域得到了廣泛的應用，這種零件比較輕便，在重量和空間尺寸方面具有獨特的優勢。但是，復雜結構薄壁異形零件沒有良好的抗變形能力，而且由于零件的結構復雜，在制造的過程中也存在一定的技術難度，傳統的機械加工制造方法不能滿足此類零件的加工需求。因此，為了保證復雜結構薄壁異形零件的精度能夠滿足要求，必須選取適當的加工工藝，提高零件的加工效率。

1 復雜結構薄壁異形零件概述

1.1 零件特征分析

離心葉輪就是典型的復雜結構薄壁異形零件，這類零件的壁厚在0.5mm-1.1mm之間，長度在250mm范圍之內，內壁較薄，在內部結構中呈現出復雜的空腔，外部由較為復雜的曲面構成。由于此類零件的獨特較為結構，在加工制造的過程中對零件的精度要求較高。復雜結構薄壁異形零件的技術指標如表1所示。

表1 復雜結構薄壁異形零件的技術指標

1.2 影響零件加工的因素

受外界因素的影響，在復雜結構薄壁異形零件零件加工的過程中容易出現變形以及精度失準的問題，嚴重影響了零件的質量。第一，夾具因素，在零件進行銑削作業之前，需要用夾具對零件進行固定，若在此過程中夾具對零件表面施加的夾緊力不當，會導致零件表面產生形變。其次，夾具的位置也會對零件的質量產生影響，夾具位置選取不當導致變形的現象在加工過程中也比較常見。第二，數控刀具因素，在薄壁異形零件制造的過程中，為了是零件的形狀滿足要求，會應用一系列的刀具對零件進行加工，若刀具選擇不當或者在加工的過程中刀具發生震動，都會導致零件出現變形或者造成尺寸的誤差。第三，工序周轉因素，在零件進行加工時，需要要經過粗加工、半精加工以及精加工的流程，在加工的各個階段需要對零件進行搬運或者移動，在零件的表面施加外界應力，也會是零件產生變形或者是尺寸方面的誤差。

2 復雜結構薄壁異形零件數控加工技術

2.1 選擇合適的加工工藝

在復雜結構薄壁異形零件加工制作的過程中，需要有一套完整的加工工藝，而加工工藝的選擇是否科學合理直接決定了零件的精準程度。所以，在進行零件加工時，要選取合適的加工工藝，設定準確的加工參數，提高零件的生產質量和加工效率。同時，根據零件加工制造的具體要求，遵循相應的原則做好加工工藝的優化工作，保證加工工藝能夠滿足零件的質量要求。首先，在粗加工的過程中，通常使用螺旋漸進的方式，合理的控制進刀角度和徑向進刀量。其次，在精加工的過程中，曲面加工的技術難度較高，應根據零件的具體走向，來確定刀具的切割走向，保證零件的精確程度，在加工的過程中確保零件的底部與刀軸存在一定的傾斜程度，提高零件加工的精度。

2.2 選擇適當的數控刀具

數控刀具在零件加工的過程中發揮著重要的作用，在不同的加工階段，應根據實際要求選取相應的數控刀具。平頭銑刀通常用在零件的粗加工階段，此類刀具在表面加工方面有著獨特優勢，切削的速度快，效率高。在切削過程中應合理控制削切程度，避免出現過切現象。球頭銑刀通常應用于零件的精加工階段，此類刀具在工作的過程中切削間距很密，能夠滿足薄壁異形零件的精度要求。另外，在零件加工的過程中，盡量避免刀具的頻繁更換，將一把刀具所能夠加工的部分全部完成之后再進行更換，減少刀具的使用數量。在不同的加工階段，所選用的刀具應該分開使用，保證不同階段加工的質量。

2.3 確定科學的加工方法

2.3.1 根據薄壁異形零件加工的具體要求選擇合適的加工方法，能夠有效的減少在零件制造過程中產生的變形和數據誤差，保證零件的精度。在選擇復雜結構薄壁異形零件的加工方法時，需要充分考慮多種因素。首先是對于加工路徑的選擇，加工路徑直接影響著零件的變形程度，不同的加工路徑作用在零件制造的過程中，體現出來的誤差和變形程度也不相同，在加工路徑選擇時要充分考慮零件的具體要求，選取合理的加工路徑。

其次是合理確定切削用量，在零件切削的過程中，一般應根據實際情況實現小切削量，這樣不僅能夠在最大程度上保證切削的精準度，也可以減少切削過程中產生的應力造成的影響，盡量避免零件出現變形的情況。高速切削方法的主要特征是高速低負荷，能夠有效的實現小切削量，提高零件加工質量，是目前在數控技術中應用較為廣泛的切削方法。

最后是對加工環境的選擇，在零件制作的過程中，良好的加工環境有利于提高零件的加工質量，基于UG環境下通過相關的高科技軟件能夠更好的確定制造參數。

2.3.2 在具體的數控技術加工過程中，常用的有三軸機床和五軸機床，其中在運用五軸機床時，通過一次夾裝進行多曲面的加工，能夠有效的避免在夾裝過程中產生的形變和數據誤差，但是在進行數銑加工的過程中容易出現，刀具出現振動現象造成零件的損壞或者變形。在運用三軸機床時，采用的是兩端夾裝，通過多次夾裝進行零件加工，經過大量的實踐證明，這這種加工方法對于零件的固定更加穩定，能夠有效的避免零件在加工的過程中出現變形的問題，是目前結構復雜薄壁異形零件加工中應用較為廣泛的方法之一。

2.3.3 不同的加工階段對于切削量的要求也不相同。在粗加工階段，零件的切削余量比較大，應該根據所選刀具的性能確定合理的切削量，盡量減少切削力造成的零件變形，高速切削的線速度設定在300n/min以上。在精加工階段，主要考慮的是零件表面的粗糙程度，通過計算合理的切削量保證零件表面光滑，將粗糙度保持在最小，高速切削的線速度設定在450n/min以上。

2.3.4 設計合理的工具夾裝，工具夾裝在薄壁異形零件加工的過程中發揮著重要的作用，能夠有效的保證零件的穩定性，是在加工過程中必須要用到的輔助工具，直接影響著零件的加工質量，因此，進行零件加工時，要設計合理的夾裝工具。若夾裝位置設置的不準確，會導致零件在加工的過程中出現位移或者震動，造成零件的形變。或者夾具的夾緊力過大，也會影響零件加工的質量。

2.4 型腔的加工

2.4.1 粗銑型腔，在型腔的加工過程中也分為兩個部分，粗銑型腔加工的主要目的是去除余量，在粗銑加工的過程中應根據復雜結構薄壁異形零件加工的實際情況和具體要求選取合適的數控銑床，打造零件結構的內部型腔，保證后續的精銑作業能夠順利進行。

2.4.2 精銑型腔，在精加工階段主要是根據零件的內部輪廓進行高速銑削，控制銑削產生的應力和切削熱對零件產生的影響，盡量減少零件在加工的過程中出現形變和數據誤差。

3 數控加工技術注意事項

3.1 粗加工階段

在粗加工階段，進刀時應采用螺旋方式，進刀的角度控制在5°-10°之間，徑向進刀量小于刀具直徑的6%-8%，合理控制進刀深度，最深應小于刀具直徑的5%。此外，在粗加工階段應根據操作的要求選取相應規格的刀具，避免由于刀具選擇錯誤造成的零件變形。

3.2 半精加工階段

在半精加工階段的進刀方式應為圓弧形進刀，能夠有效的提高切削效率，避免在半精加工中出現的過切問題。過切是在半精加工中常見的問題，若在加工時出現過切現象，會直接影響零件的質量。徑向進刀量也應小于刀具直徑的6%—8%，盡量實現等量切削。

3.3 精加工階段

在經加工階段，應注意對零件表面的切削控制，根據零件表面的曲面的走向分成不同的面組，以此來確定刀具的切削走向。在精加工階段使用球頭銑刀，此類刀具的中心速度為0，能夠實現對零件表面的磨削，降低表面的粗糙程度，保證零件的精準程度。另外，在刀具運行的過程中，應保持運行的平穩程度，在拐角進行加圓角處理，防止刀具突然改變運行方向造成的零件變形。在啟動和停止時的加速和減速都應該保持平穩。

4 結語

綜上所述，復雜結構薄壁異形零件的應用越來越多，要求在零件的制造過程中選取科學合理的加工方法，找準零件加工的共性規律后進行零件的加工工作。大量的加工經驗表明，在進行復雜結構薄壁異形零件加工時，應選取相應規格的刀具，設計合理的工具夾裝，有效的減少在零件加工過程中產生的形變，避免零件尺寸、形狀方面的誤差，增強復雜結構薄壁異形零件的使用性能。

［1］李盼.薄壁零件數控加工工藝質量改進分析［J］.電子測試，2013（21）：100-102.

［2］張蓮.淺析復雜結構薄壁異形零件數控加工技術［J］.電子制作，2013（19）：195.

［3］劉東曉，張成立，崔震宇，等.復雜結構薄壁異形零件數控加工技術初探［J］.電光與控制，2011（09）：91-97.

［4］任國柱，董旭，臧繼嵩.復雜異形橢圓薄壁零件數控加工工藝分析［J］.煤礦機械，2012（10）:130-132

［5］胡闖.淺析復雜結構薄壁異形零件數控加工技術［J］.職業教育，2013（12）:97.

Analysis on NC Machining Technology of Complex Thin Walled Irregular Parts

Liang Baoran
(Henan Polytechnic,Zhengzhou Henan 450000)

In recent years,with the continuous progress of science and technology,more and more new and high tech?nology are used in production and life.In the field of industrial production,aerospace and other fields,the use of thin-walled special-shaped parts is increasing,higher requirements for the quality of the parts is also put forward. Based on the patent analysis of the numerical control machining technology of thin-walled parts with complex struc?ture,thispaper try to find an effective method to improve the precision of the thin-walled parts.

complex structure;thin-walled parts;CNC machining technology

TG659

A

1003-5168（2016）12-0078-03

2016-11-27

梁保然（1979-），男，研究生，研究方向：機械制造。