數控銑加工精密薄壁零件分析

張家益

（東莞理工學院城市學院，廣東東莞 523000）

0 引言

航空航天國防領域對于薄壁零件的需求量增加。薄壁零件剛度差、加工工藝性低、銑削加工容易彎曲和變形。薄壁零件是在對整塊鋁板加工切除材料比例超過90%之后產生。薄壁零件銑削加工要求高精度，需要切除大量金屬，工件壁薄，導致剛性低，銑削加工控制變形，提升銑削效率。薄壁零件的高精密銑削加工，工件表面質量受刀具和走刀方式的影響，要達到圖紙的精度和表面粗糙度值，須結合薄壁零件特點選擇刀具和走刀方式。對薄壁、圓弧過渡面等零件特殊位置，設置特殊的走刀方式。優化走刀路徑，減少空刀、提刀以及重復路徑，提升加工質量和效率。

1 數控銑削加工薄壁零件的工藝與質量分析

1.1 數控銑削加工薄壁零件質量

數控銑削加工由機床、刀具、夾具、零件等構成，幾何誤差、受力變形、受熱變形、振動變形等因素，影響零件的質量。薄壁零件剛度較低，在銑削加工過程中，外力使工件變形。粗加工時，切削力大、溫度高，零件較大形變。控制好工件因為剛度低、毛坯內應力釋放以及裝夾變形、裝卸回彈等因素所導致的形變，保證數控銑加工精密薄壁零件的質量。

1.2 數控銑削加工薄壁零件工藝

數控銑削加工薄壁零件分為粗、半精、精及鉆孔加工。粗加工考慮毛坯的尺寸，確保加工間距是刀具直徑的75%，對工件整體粗開，包含平行銑削、等高外形銑削和挖槽式銑削。粗加工加工方式是挖槽式銑削；半精加工，粗加工切削深度較大，可能出現材料殘留過多的情況，因此刀具選擇，考慮殘留材料，保證半精加工不斷刀，選擇直徑8 mm 的平底刀；等高外形加工環節，確保刀具在同一平面內沿輪廓加工；精加工采取球刀加工，合理控制刀具切入點的線速度，設置合理的轉速，提高銑削加工的質量。孔加工按照打中心孔、鉆孔和擴孔的順序，選擇深孔啄鉆，促進排屑；球刀加工在零件的反面圓角銜接部位會留下殘余材料，清角加工使用平底刀。

1.3 數控銑削加工薄壁零件的難點

加工<1 mm 薄壁件，外力的影響導致壁面出現外偏甚至開裂，可能出現粘刀事故。薄壁件存在圓弧加工位置，加工難度大，尤其是反面加工圓弧的另一半時，易出現偏差。

2 提高數控銑加工精密薄壁零件質量的措施

2.1 提高精密薄壁零件的剛度

增加薄壁零件壁厚提高剛度，緩解銑削中的加工形變和裝夾形變。工件內部增加易去除的物質提高工件的剛度，例如可以使用低熔點合金或澆灌石膏等物質來加固工件，合理選擇冷卻液，避免與加固的物質產生溶解或反應。數控銑加工精密薄壁零件的質量與定位夾緊的方式及裝夾有關，提高加工精度和表面光潔度，能夠提高接觸的剛度。使用高彈性模型材料，能夠提高加工精度。

2.2 合理選擇加工刀具

合適的加工刀具保證數控銑加工薄壁零件的加工精度和質量，加工部分表面凹陷零件時，在半精加工和精加工環節使用球形刀頭，提升薄壁零件加工的表面質量。粗加工使用平端立銑刀或者是圓角形狀立銑刀。精加工控制粗開刀具的運行范圍，保證工件的圓角半徑＞刀具半徑。粗加工遵循大直徑原則，確保后續的精加工環節有足夠操作空間。

2.3 合理選擇走刀策略

制定科學的走刀策略。薄壁零件的裝夾及工件強度受數控銑加工步驟的影響。薄壁零件的數控銑削加工，隨著銑刀逐漸去除材料，使切削過程逐漸達到最佳剛性的狀態。數控銑削加工走刀過程中，控制加工材料處于被對稱切除的狀態，遵循分層切削、小切深、中進給的原則，加工大腹板時，采取分布環切的方式，確保數控銑削加工精密薄壁零件剛性，高效合理的切割工件。

2.4 合理的裝夾方案提高精密薄壁零件的品質

裝夾設備所產生的裝夾力，導致工件形變，工件內部出現裝夾應力場，并且發生位移。銑削刀具加工工件時，出現過度切削或者切削不到位，工件的表面會出現幾何誤差形變，影響精密薄壁零件的加工品質和加工精度。剛性不足的精密薄壁零件，裝夾問題是導致形變的主要因素。裝夾方案直接影響薄壁零件的加工精度、表面品質、加工效率以及生產成本。按照薄壁零件結構特點及加工技術要求制定科學的裝夾方案，分析計算薄壁零件加工中所受力及發生的形變，確定容易出現形變的薄弱環節。合理選擇加工工件的夾緊力、夾緊方式以及定位方法，降低工件在銑削過程中的綜合作用力與力矩，提升薄壁零件的剛度，降低薄壁零件的裝夾變形與切削振動，提高工件的幾何精度。

2.5 選擇合適的切削參數，確保高效穩定的加工

數控銑削加工過程中，切削參數的選擇影響到切削力和切削熱，切削參數由刀具材料、工件材料、機床、數控系統性能、加工品質以及工件表面精度等因素決定。數控銑削參數的選擇，影響銑削加工的效率、銑刀刀具的耐用度、工件的加工品質及成本，有經驗的數控編程人員，需要具有從諸多影響因素中尋找到最佳平衡點的能力。數控銑削加工，合理確定刀具的每齒進給量，保證工件的加工品質和效率，降低刀具磨損的速度。調節每齒進給量，調整切削力的大小，減少加工誤差，實現對精密薄壁零件的高品質加工。

2.6 合理增加柔性輔助支撐

精密薄壁零件加工受切削力影響，射流產生的沖擊力抵消銑削加工所產生的切削力，達到提升工件工藝剛性、降低工件變形、抑制系統振動的目的。采取柔性支撐不會破壞精密薄壁零件，不會出現壓痕等機械損傷，更不會把支撐部分的誤差映射到工件。因為以射流作為介質，具有冷卻、潤滑、防銹和清洗等作用，可以降低數控銑削加工過程產生的熱量，避免刀具和工件的干涉。采取柔性輔助支撐依賴能夠噴射的噴流機構，按照不同厚度確定合理的噴流壓力，需要進行具體的計算，要求操作者具有豐富的操作經驗。

3 結束語

精密薄壁零件的數控銑削加工工藝在不斷的改革創新，合理的選擇刀具，確定科學的走刀策略，制定有效的裝夾方案，提高精密薄壁零件剛度，減少銑削加工中的形變，提高精密薄壁零件加工的精度及效率。