基于復雜曲面零件的工藝設計研究

蔣行波 王小忠

摘 要：隨著時代的發展，產品的多元化、多樣化、結構形式復雜化，對機械加工工藝的要求也不斷提高，工藝創新勢在必行。本文對復雜曲面零件進行工藝設計研究，從產品的結構特點進行分析，著重對其工藝方案的研究，包括零件結構的化繁為簡、工藝流程的安排、工藝方案設計的關鍵點分析。

關鍵詞：工藝創新、工藝設計、復雜曲面

1復雜曲面零件的結構特征

本文以桁條為例，零件材料為7055牌號的鋁合金 ，屬于高強度、高韌性材料，熱處理至T76狀態后，零件變形較大，硬度較高，在鋁合金材料中屬于較難加工的一種材料。零件由多個連續不規則的曲面構成，因形狀結構不規則，加工時難以確定定位基準，裝夾困難。外形R736的圓弧面為直接作用面，要求有較高的強度和韌性，故壁厚為關鍵尺寸，該處最薄處壁厚要求分別為2、1.5、2，壁厚較薄，長度較長，加工時振動較大，尺寸極難保證。

2 復雜曲面零件的工藝方案設計

2.1 零件結構的化繁為簡

基于我廠現有的加工設備（三軸加工中心）和加工能力（僅能加工一些簡單的曲面），將連續復雜的曲面零件的內容進行分解，分解為單一的、簡單的曲面組合，將零件分解為曲面一、曲面二和曲面三，加工內容的化繁為簡，使現有資源能得到充分的利用。

2.2工藝方案設計的關鍵點分析

2.2.1 基準的確定

分析桁條的結構特點，該零件外形結構不規則，沒有相對穩定的定位基準，故定位基準的確定是一大難點。

（1）粗基準：零件毛坯為長方體，故粗基準選用毛坯的幾何中心，粗基準位置比較可靠、簡單易測量。

（2）精基準：因結構不規則，沒有相對容易找到的定位基準，本次工藝方案的關鍵性難點是如何確定定位基準，結合零件的結構特點，本次工藝方案設計是：增加輔助工藝塊，自己設定定位基準（如下圖1）。

在零件的兩端增加輔助工藝塊，工藝塊長度方向的兩條邊垂直于零件的最長直邊，定位基準為長度方向的中心和零件直邊的交匯處。該定位基準定位可靠，方便測量，半精加工和精加工均可用該基準。

2.2.2 工裝的合理設計

精加工曲面一后（如下圖2），零件壁厚變薄，與工裝板的接觸面積變小，裝夾困難，易發生傾斜，且存在變形，導致精加工后的曲面二與曲面一易產生錯位，為曲面三的加工增加了較大的困難。

為了保證曲面二加工后的尺寸穩定，裝夾可靠，操作方便，故本次工藝方案研究為增加輔助工裝，增大零件與工裝的接觸面積（工裝示意圖如下圖4）。為了保證兩個曲面不發生錯位現象，故兩曲面的加工基準必須統一，精加工曲面一時，在工藝塊的兩端做出兩定位孔（如上圖2），采用兩定位孔定位裝夾，精加工曲面二，這樣能有效保證兩曲面的基準重合統一，保證尺寸穩定，定位可靠。采用輔助工裝裝夾，有效的解決了零件壁厚較薄，接觸面積較小，裝夾困難的問題。

2.2.3 工藝方法的選擇

根據工藝流程安排，劃分為三個階段：粗加工——半精加工——精加工。

粗加工階段：去除多余余量，選較大尺寸的刀具，選用大的吃刀量和切削速度，縮短加工時間，一般以提高生產率為主，兼顧經濟性和加工成本，但該階段切削力較大，要防止零件的松動。

半精加工階段：進一步減少余量，該階段要注意控制零件的變形和余量的保證。

精加工階段：該階段要在保證質量的前提下，兼顧切削效益、經濟性和加工成本，要著重注意控制零件的變形，工件的定位可靠穩定，產品尺寸的有效保證，加工工序的先后順序，以及裝夾的方便，穩定可靠。加工過程中采用試切的方法，觀察零件的振動情況，并進行尺寸的檢測。試切過程中通過不斷調整切削用量（包括切削速度的控制、進給量的控制、及背吃刀量的控制），以達到最優的結果。

2.2.4 刀具的合理選擇

根據機床的加工能力、工件材料的切削性能、工序內容、切削用量等因素，合理選擇刀具，綜合考慮生產率、刀具的耐用度，以達到適用、安全、經濟的目的。粗加工選擇較大尺寸的刀具，精加工要求準確加工出每個細微結構，選擇小尺寸的刀具。

桁條由連續不規則的曲面構成，故選用刀尖帶有R的立銑刀，銑削方式如下圖4，零件為曲面，可以看做由許許多多細小的圓弧面構成，刀具銑削圓弧時，刀尖圓弧R上一點始終與圓弧面相切銑削，利用直線插補的方法，加工出所需要的曲面。

3效果驗證

從現場的情況來看，通過本次工藝方案研究，該零件裝夾方便可靠，尺寸能得到有效的保證，本次工藝方案合理可靠，能較好的實現復雜曲面零件的加工，提高了自身的競爭力，為同類型零件的加工奠定了基礎。

4結論

綜上所述，產品多樣化復雜化是時代發展的必然趨勢，只有技術的不斷創新，才能更好的適應市場需求，不被市場所淘汰。本次工藝方案研究，從零件的結構特點出發分析，合理選擇加工方法，合理選用定位基準，實現了裝夾穩定可靠，尺寸得到了有效保證，為后續類似零件的工藝方案設計奠定了基礎。

參考文獻：

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