薄壁曲面零件數(shù)字化制造優(yōu)化技術(shù)研究

彭應(yīng)征

(益陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 益陽 413000)

0 引 言

根據(jù)曲面零件的分類以及加工方式，分析薄壁曲面零件數(shù)字化制造中存在的問題，根據(jù)存在的加工問題，筆者提出優(yōu)化薄壁曲面零件數(shù)字化制造技術(shù)的有效策略。不僅分析高速切削機(jī)床的性能和優(yōu)勢(shì)，還提升曲面零件加工的質(zhì)量以及效率，更好地提升加工精度。

1 課題研究的背景意義

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)產(chǎn)品也提出了更高的要求。隨著航天事業(yè)以及電子消費(fèi)品的迅速發(fā)展，產(chǎn)品零件上較多使用了自由曲面元素，如：玩具、頭盔、飛機(jī)和汽車的線型設(shè)計(jì)等，在產(chǎn)品零件中融入自由曲面的元素也更加的廣泛。同時(shí)，在產(chǎn)品中設(shè)計(jì)中融入曲面，更能讓產(chǎn)品朝著輕、薄、小發(fā)展，提升空間利用率，促進(jìn)現(xiàn)代化航天事業(yè)快速發(fā)展。機(jī)械制造業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，它可以有效的提升國際市場競爭力，也是衡量一個(gè)國家現(xiàn)代化技術(shù)水平的重要象征。因此，研究薄壁曲面零件數(shù)字化優(yōu)化技術(shù)，不僅可以提升我國現(xiàn)代化技術(shù)水平，也能提高產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率，對(duì)我國汽車、航空等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展有著重大的意義。

2 曲面零件的分類

曲面零件一般分為兩種，立體曲面和直紋曲面類零件。在機(jī)械加工過程中，利用空間曲面加工的一面稱之為立體曲面零件，其不能展開成平面的形式，在粗加工過程中煤科院通過高速刀提升加工質(zhì)量和效率，精加工過程中，利用球刀加工，在加工過程中，刀與立體曲面之間是點(diǎn)基礎(chǔ)，通常情況下，立體曲面加工需要使用3軸及多軸的數(shù)控加工中心進(jìn)行加工。什么又是直紋曲面類元素呢？是以直線為主要線，按照規(guī)律進(jìn)行移動(dòng)形成的曲面，也像立體曲面一樣，不能展開平面，但是在數(shù)控中心加工時(shí)，曲面可以與刀具之間成為線接觸，從而更好的提升加工效率和精度，且選擇使用5軸加工方式，此外，在沒有5軸聯(lián)動(dòng)加工時(shí)，可以使用3軸加工方式，但是會(huì)降低加工效率和質(zhì)量。

3 薄壁曲面零件數(shù)字化制造中存在的問題

3.1 缺乏專業(yè)的數(shù)控編程技術(shù)

薄壁曲面高速加工的數(shù)控編程核心技術(shù)是刀具的規(guī)劃和生成，根據(jù)研究調(diào)查表明，傳統(tǒng)的道具很難承受過大的沖擊荷載，這也是目前薄壁曲面高速加工中存在的最大問題。現(xiàn)階段，在高速加工刀軌中存在兩個(gè)問題，連續(xù)刀軌中的尖角不夠光順，而光順的螺旋刀軌又無法做到連續(xù)性。其缺陷問題是加工周期長，施工質(zhì)量差，效率低。

3.2 缺乏合理的加工方式和夾具

在薄壁曲面加工過程中，缺乏合適的曲面零件夾具，對(duì)整個(gè)薄壁曲面零件的加工有著嚴(yán)重的影響，不僅影響加工質(zhì)量，還會(huì)降低加工效率。同時(shí)，高速加工時(shí)采用不合理的切削方式會(huì)直接降低切削效果，延長了道具使用壽命，材料切除了也提升了5倍左右，其次，降低切削力還能降低振動(dòng)幅度，而低頻率對(duì)表面粗糙的曲面影響很大，所以在高速加工中可以有效的防止傳統(tǒng)加工產(chǎn)生共振效果，這種方式很適合薄壁程度較弱的加工零件。此外，根據(jù)上文所述，高速加工方式在加工剛度較弱的零件即曲面加工具有良好的優(yōu)勢(shì)和效果，不僅可以提升加工效率，還能促進(jìn)加工質(zhì)量和精度的提升，因此，在加工薄壁曲面零件過程中，可以采用高速加工方式。

4 優(yōu)化薄壁曲面零件數(shù)字化制造技術(shù)的有效策略

在傳統(tǒng)的工藝加工中，為了減小和消除各種因素對(duì)零件變形的影響，保證加工精度和質(zhì)量，在加工過程中，增加了多道處理程序消除加工應(yīng)力，導(dǎo)致加工成本變高，加工周期延長。因此，采取集中優(yōu)化技術(shù)措施和手段，提升加工效率和質(zhì)量，縮短工期，節(jié)省加工成本，成為了優(yōu)化傳統(tǒng)技術(shù)的重點(diǎn)。

4.1 高精度和高質(zhì)量

高速切削加工技術(shù)對(duì)高速切削加工機(jī)床系統(tǒng)的要求非常高，高速刀削加工技術(shù)的加工精度比普通數(shù)控加工中心加工出來的質(zhì)量和精度都要高，其加工效率也較高。在切削的過程中，影響零件表面的質(zhì)量主要是因?yàn)楫a(chǎn)生的振動(dòng)以及切削刀的刀刃質(zhì)量以及材料組織的問題等。高速切削刀與普通切削刀相比下，加工速度快，材料變形速度快，表面不易變形。其次，高速加工對(duì)刀具系統(tǒng)的動(dòng)平衡要求很高，因此，加工出來的零件質(zhì)量和精度非常好，加工效率也相對(duì)來說比較高。本文采用的高速銑削加工技術(shù)，可以控制加工零件中的變形，省去粗加工以及各種熱處理程序，不僅縮短了加工周期，還在加工過程中將應(yīng)力控制在最小的水平，為薄壁零件的加工奠定了基礎(chǔ)保障。

4.2 自由曲面真空夾具技術(shù)

在薄壁零件的加工過程中，薄壁曲面零件夾具是其中關(guān)鍵的技術(shù)之一，對(duì)薄壁零件的加工質(zhì)量和效率有著重要的影響。在實(shí)際加工剛性較弱的薄壁零件時(shí)，如果沒有合適的夾具，那么切削過程中將會(huì)極其不穩(wěn)定，會(huì)降低加工質(zhì)量。同時(shí)，曲面夾具都存在一個(gè)共同的缺陷是，為了提升夾具的均勻性，夾具和曲面接觸點(diǎn)都是以保證良好的接觸剛性，在很大的程度上很難保證很多接觸點(diǎn)的均衡夾緊，因此，夾具在設(shè)計(jì)上面臨著很大的挑戰(zhàn)，對(duì)曲面夾具也提出了更高的要求，不僅要求夾緊各個(gè)接觸點(diǎn)，還需要保證夾具的密封效果。為了解決以上問題，本文提出了自由曲面真空夾具，適合各個(gè)自由曲面，其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了專業(yè)特殊的設(shè)計(jì)和磨合，并且自帶真空吸附功能和定位功能，有效的改善了夾具和曲面之間的接觸點(diǎn)效果，對(duì)于薄壁零件在汽車、航天領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展具有重要的意義。

5 結(jié) 語

總而言之，對(duì)薄壁曲面零件進(jìn)行加工過程中，為了有效的提升零件的加工部精度和質(zhì)量，首先，在實(shí)際加工過程中，應(yīng)針對(duì)于剛性較弱的零件選擇高速切削方式，同時(shí)選用真空夾具技術(shù)去應(yīng)用到自由曲面當(dāng)中去，從而提高加工效率，降低加工成本。此外，使用合理的加工方式和夾具去進(jìn)行薄壁曲面零件的加工，提高尺寸精度和質(zhì)量，從而更好的實(shí)現(xiàn)薄壁曲面零件數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)化，促進(jìn)汽車、航天等多個(gè)領(lǐng)域的快速發(fā)展，也有效的推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。