薄壁零件高速銑削加工工藝

喬 娜

（航空工業沈陽飛機工業有限公司，沈陽 110850）

高速銑削加工工藝在薄壁零件的加工中有著顯著優勢，認識、研究、推廣高速銑削加工工藝，對于提升薄壁零件加工質量和效率有著重要意義。鑒于此，在介紹薄壁零件高速銑削加工工藝的基礎上，就如何對薄壁零件的高速加工銑削制定合理的工藝策略提出了一些要點與對策，以供參考。

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。

一、薄壁零件的結構特點和工藝特點

與其他普通零件不同，薄壁零件重量較輕，且強度、剛度等物理性能較高。憑借這些優勢，薄壁零件在各個工業領域均有涉略。尤其是在航空航天產業，薄壁零件的輕質、高強特點占有顯著優勢。所謂薄壁零件，就是指壁厚小于3mm 的零部件。鋁合金是最為常用的薄壁零件，這與它密度小、耐腐性強、可塑性高、經濟性好等特點密不可分。由于薄壁零件的結構復雜，體積大，需要占有一定空間，除了要符合性能設計需求之外，還需盡量減少重量，滿足特殊用途。不同的應用領域，對薄壁零件的結構要求也存在一定差異。由于薄壁零件結構特殊，其機械加工中所采用的加工工藝也區別于普通零件。薄壁零件質量輕、體積大，加之壁厚要小于其他零件很多，因此，在數控加工過程中，薄壁工件變形是十分常見的現象。如何預防加工變形、及時進行變形修整一直是困擾薄壁零件數控銑削加工的重難點。從加工精度角度講，薄壁零件輪廓尺寸大、截面積小，在加工過程中又受銑削振動影響，進一步削弱材料剛性，這些因素都對零件加工精度造成直接或間接的負面影響。除尺度精度外，薄壁零件對協調精度的要求也不容忽視。尤其是對于結合孔、槽鍵口以及接頭等部位，為了滿足裝配需求，薄壁零件必須要在相關標準的指導下，嚴格按照總裝圖的設計要求制造，以防止為后續協調安裝造成阻礙。

二、薄壁零件高速銑削加工工藝策略

（一）刀具的選擇

高速銑削應采用強度高、韌性好、耐磨性強、硬度高的刀具材料，此外，為了保證刀具的使用壽命和經濟成本，應確保其具備良好的經濟可行性和耐久性。不同尺寸、形狀的薄壁零件適用的刀具材料不同，為此在工藝設計中應首先結合工件特點合理選擇刀具材料。目前常用的刀具材料多為硬質合金，其中，高速鋼憑借其良好的強度，被廣泛應用于復雜形狀的薄壁零件加工中，而超細晶粒硬質合金則由于韌性強、強度高被廣泛應用于鈦合金、鋁合金薄壁零件的高速銑削加工中。隨著薄壁零件高速銑削加工工藝的逐漸成熟，硬質合金涂層刀具、立方氮化硼刀具、聚晶金剛石刀具等均日臻完善，它們分別有著良好的耐久性、耐熱性、耐磨性，在不同材質、形狀的薄壁零件加工中得到了廣泛運用。

（二）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。

（三）裝夾策略

裝夾策略的制定，應首先根據零件結構特征進行綜合變形分析，通過合理設計夾緊形式、夾緊力、裝夾布局等因素來保證工件受到最小的綜合作用力，進而最大限度地減輕夾具自身和工件的變形。具體而言，應使工件的定位接觸面積最大化，使工件、夾具的有效接觸面積增加，保證兩者致密貼合。對剛性低的零件應采用超定位，對其薄弱處加強支撐。在保證夾緊的基礎上，應采用均勻分布的、盡可能小的夾緊力，以進一步減少夾具和工件變形。同時，夾緊力的施加應選擇零件剛性好的方向。

（四）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。

結 語

薄壁零件切削加工工藝是目前航空航天等行業機械零件加工領域的重要研究課題之一，就目前加工現狀來看，合理選擇刀具材料，科學規劃和實現刀具軌跡，做好冷卻與潤滑工作，以及優化裝夾策略，是提升薄壁零件高速加工銑削工藝質量的主要途徑。