數銑加工薄壁零件的工藝設計

陳春燕

摘要：薄壁零件一般是指由薄型板或者殼和加強肋構成的輕量化結構，整體強度高、重量輕、造型美觀，在工程上得到日益廣泛的應用。在進行薄壁零件的銑削加工過程中，需要在前期對工件進行加工工藝的優化，同時對加工的品質進行分析。為了使加工過程更加平穩、加工品質更高，不僅要控制加工變形，還需要根據加工的工藝路線改進其工藝流程，使走刀的策略及加工的工序得到進一步優化，從而提高加工工藝系統的剛度，保障加工零件的質量。基于此本文分析了數銑加工薄壁零件的工藝設計。

關鍵詞：數銑加工；薄壁零件；工藝設計

1、薄壁零件特點

整體的那種薄壁工件其剛性好，相對重量較輕，而且比強度高，所以薄壁工件越來越多地應用在工業生產中。尤其在汽車、國防等工業領域得到越來越廣泛的應用。目前薄壁工件正在向著極薄化、大尺寸化和復雜化的研究方向發展。

薄壁件一般是由側壁和腹板構成，結構復雜、體積較大、相對剛度較低。不同的薄壁工件具有不同的結構組成特點，而目前來說，薄壁件可以分為以下幾種：

（1）整體薄壁件：這種薄壁件一般應用于航空航天領域比較多，較多的應用在航天器、飛行器的機艙機身等部位，主要由側壁和腹板以及凸臺等結構構成。它的優點就是加工精度高，整體質量較輕，能夠提高各裝配件的安裝精度；缺點就是整體件的提加大，加工工藝復雜，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。隨著對現代飛行的性能要求把控標準的提高，對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，同時還要保持自己的性能。梁類零件的構造都比較復雜，從它的橫截面形狀來看，有工字型、u字型以及更加復雜的截面形狀。所以對于梁類零件的加工難度將更大，對于加工過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加工出合格的工件的難度較大。（3）框體類零件：一般認為框體類零件由側壁和腹板構成，框體類零件壁厚一般在1.5-2mm之間。一般來說框體類零件的聯接部分是結合槽口。框體類零件一般作飛行器機構中的橫向承力件，同時又是支撐機身和保持機身徑向外形的主要構件。

2、數銑加工薄壁零件的工藝設計

2.1根據加工材料的結構特點，對工藝路線進行改善

實際加工過程中，需要使用刀具對零件的外形進行變形控制。切削過程中，不單會使加工材料受到形變，進而被切除，還會使工件產生回彈而出現讓刀現象，最終影響工件的加工精度。在薄壁零件加工過程中，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定性，而裝夾力也需要按照最大的切削量進行。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合的方式進行零件的加工和制作。

2.2優化加工的走刀策略及加工順序，進而降低切削中的熱力耦合作用

在進行材料的刀具切割過程中，材料將產生一定的彈性和塑性變形而消耗功率。同時，在工件及后刀面的表面將產生劇烈的摩擦，導致切削過程中產生大量的熱，最終使各個加工部件受到不均勻的力量產生變形，影響加工零件的品質。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，工件內部殘余應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下將產生新的應力，這個新的應力與原工件中的殘余應力的耦合作用不同，最終導致工件出現不同程度的變形。加工路徑在選擇過程中需要保障加工的材料被對稱切除，而腹板加工中需要采用環切走刀的形式，使加工的應力變得均勻化。同時，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急停的現象。加工順序的科學合理，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值，最終穩定工件的加工

在進行銑削加工的過程中，薄壁零件的切削效果和實際加工中的參數選取具有一定的聯系。這不單和刀具材料的選取有關，還和機床以及數控系統的種類和性能有關。而銑削用量的參數選取還將影響加工效率，對刀具造成的影響也不同。究竟對哪些參數造成影響，還需要經驗較為豐富的人員找到其中的參數交叉點。而數控銑削加工中的刀具每齒進給量的合理性還將保障材料的品質，最終提高加工的效率，減少加工中的加工器具磨損。對每齒進給量的調節可以調整加工中的切削力，最終減少加工誤差。這對于精加工十分重要。

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，根據本零件的設計要求，這里我們選擇挖槽式銑削，因為挖槽式能夠將零件的大部分設計的輪廓加工出來，而且走刀和抬刀次數少，這樣縮短了刀具路徑，能夠有效地提高效率。應用挖槽式銑削進行粗加工時，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，精加工時銑刀直徑較大，容易造成變形，因此粗加工時余量需多留一些。

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。加工時刀具對平面xy進行輪廓切削，完成一個平面后刀具沿z軸平移，進行下一個平面切削直至完成。

2.4.3精加工。根據零件設計選用球刀，切削間距進行控制，切削時刀具切處的速度選擇相對較小，這樣的設計能夠保證零件的表面質量。

總之，隨著數控加工行業技術水平的飛速提高，各行業對零件的需求也不斷的發生著改變，目前對于高精度的薄壁零件的需求越來越廣泛。薄壁零件具有結構緊湊、重量輕、節省原材料等特點，但由于其特殊的構造也給加工過程帶來了一系列的問題，因此進一步加強工藝設計的研究非常有必要，需要引起我們的重視。