薄壁深腔零件數(shù)控銑削加工技術(shù)探究

徐恒

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)械零件的制造技術(shù)也在不斷發(fā)展。薄壁零件的質(zhì)量比較輕，使用的材料比較少，是工業(yè)生產(chǎn)中常用的加工工藝。同時(shí)，薄壁零件也存在剛度較低的現(xiàn)象，在加工環(huán)節(jié)中容易變形。部分零件對精度的要求比較高，在加工的過程中，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤都會造成零件不符合標(biāo)準(zhǔn)，造成零件精度不能夠滿足生產(chǎn)要求，影響零件制造加工質(zhì)量。因此文章以薄壁零件為研究對象，詳細(xì)探討深腔曲面數(shù)控銑削加工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：薄壁零件;深腔;數(shù)控技術(shù);銑削加工

在薄壁深腔零件制造加工中，機(jī)械加工工藝受到普遍的關(guān)注，需要了解其存在的問題，采取相應(yīng)的措施。薄壁深腔零件具有比較低的剛度和強(qiáng)度，在加工的過程中，由于多種因素的影響出現(xiàn)變形的問題，影響零件加工質(zhì)量。薄壁深腔零件結(jié)構(gòu)簡單并且成本較低，應(yīng)用比較廣泛，在實(shí)際的加工中，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會造成零件產(chǎn)品質(zhì)量問題。因此，需要加強(qiáng)對薄壁深腔零件加工工藝進(jìn)行探索，提高其加工精度，提高薄壁深腔零件加工工藝水平。

1薄壁深腔零件機(jī)械加工中精度影響因素

機(jī)械零件在加工中，實(shí)際生產(chǎn)的零件和設(shè)計(jì)中理想狀態(tài)零件之間的誤差大小就是機(jī)械的加工精度。在實(shí)際加工的過程中，加工零件和刀具之間的關(guān)系影響零件的加工精度。在加工的每個(gè)環(huán)節(jié)如果出現(xiàn)誤差，會對薄壁深腔零件的加工質(zhì)量帶來影響。因此，需要了解影響機(jī)械加工精度的因素，采取相應(yīng)的機(jī)械加工工藝。薄壁深腔零件加工的過程中，造成變形的因素主要有下面幾個(gè)方面：首先，焊接方面的因素造成變形。薄壁深腔零件加工中，主要的組成部分之間需要采取焊接的方式，通常有鋼板焊接和鋁制零件。在實(shí)際的焊接中，部分焊接應(yīng)力難以消除，產(chǎn)生不良的影響，造成機(jī)械零件變形。其次，裝夾環(huán)節(jié)的變形。薄壁深腔零件加工的程序比較復(fù)雜，有著比較多的裝夾程序，每個(gè)程序中需要進(jìn)行相應(yīng)的裝夾措施，如果裝夾的過程中沒有按照標(biāo)準(zhǔn)和要求操作，很容易出現(xiàn)變形。再次，刀具因素造成的變形。在機(jī)械加工環(huán)節(jié)，刀具是一種常用的工具，進(jìn)行零件的切割作業(yè)。在零件切割的過程中，產(chǎn)生相應(yīng)的切割應(yīng)力，需要做好相應(yīng)的控制，在零件承受的范圍內(nèi)，如果出現(xiàn)零件的承受范圍會出現(xiàn)變形。最后，其他方面的因素。薄壁深腔零件加工的程序比較復(fù)雜，在零件生產(chǎn)完成之后，需要進(jìn)行相應(yīng)的質(zhì)量檢驗(yàn)，由相關(guān)的質(zhì)檢部門檢查出廠，壓力測試是檢查的必須環(huán)節(jié)，壓力測試環(huán)節(jié)也是零件出現(xiàn)變形的+原因。

2實(shí)例分析

2.1產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及加工難點(diǎn)分析

某薄壁深腔框環(huán)類零件為芯級核心承力結(jié)構(gòu)件，使用過程中需承受多重載荷的考驗(yàn)，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度直接影響設(shè)備的穩(wěn)定性。由于產(chǎn)品材料去除量大，異形截面型腔切削受力不均衡，機(jī)加工過程中切削應(yīng)力累積與釋放造成側(cè)壁變形較大，導(dǎo)致產(chǎn)品切削效率低、尺寸精度穩(wěn)定性差。加工難點(diǎn)分析如下：①薄壁深腔。網(wǎng)格型腔最大深度為96mm，網(wǎng)格圓角R15mm，型腔特征要求網(wǎng)格精銑。產(chǎn)品機(jī)加工過程中去除材料約70%，銑削時(shí)銑刀最大直徑為32mm，最小長度為135mm（含40mm夾具高度），長徑比大于4：1，屬于典型深腔加工。②產(chǎn)品變形大。網(wǎng)格型腔銑削過程中，網(wǎng)格間隔板震動強(qiáng)烈，會有擠壓變形。

2.2工藝方案

該產(chǎn)品機(jī)械加工過程中主要涉及車削和銑削兩種加工方式，材料去除量大且材料切削主要由銑削完成，若僅安排一次銑削工序，長周期加工必然導(dǎo)致變形增大，增加壁厚超差風(fēng)險(xiǎn)。因此，根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和現(xiàn)有能力，安排進(jìn)行兩次銑削。為消除加工內(nèi)應(yīng)力、減小銑削變形，在銑削之前分別進(jìn)行時(shí)效去應(yīng)力，加強(qiáng)制造精度控制。此外，為消除時(shí)效引起的變形，在時(shí)效前后安排多次車削工序，并為銑削提供找正基準(zhǔn)。以下僅探討銑削加工方案。

2.3銑削

該產(chǎn)品型腔截面為梯形結(jié)構(gòu)，若采取傳統(tǒng)單層平面銑削方式，必然造成頂部斜面部分大量空行程，不利于生產(chǎn)效率的提高。因此，將其分為上下兩部分，單獨(dú)進(jìn)行銑削。

（1）斜面部分的銑削。為提高銑削穩(wěn)定性，減少刀具震顫造成的側(cè)面粗糙，采用φ32R1.5銑刀進(jìn)行粗銑。該銑刀為鑲刀片式盤銑刀，中間芯部不具備切削能力，必須從零件外部進(jìn)入。按照刀具使用規(guī)范，采取螺旋進(jìn)刀方式，設(shè)定起始安全高度為1mm，單層切削深度0.4mm，然而進(jìn)刀螺旋時(shí)間占網(wǎng)格銑削時(shí)間的40%，嚴(yán)重影響網(wǎng)格切削效率。為解決這一問題，將分層界面進(jìn)行調(diào)整，將原斜面部分切削深度調(diào)整減少10mm，進(jìn)而將中心位置螺旋進(jìn)刀改為斜面外部指定點(diǎn)進(jìn)刀，既避免了程序進(jìn)刀時(shí)直接切削，又縮短了進(jìn)刀路徑長度。斜面部分剩余的10mm高度采用與底面型腔部分相同的加工方式，連續(xù)切削。

（2）型腔部分的銑削。網(wǎng)格型腔部分采用傳統(tǒng)方式，由網(wǎng)格中心處進(jìn)刀，沿外形輪廓逐層切削，直至型腔底面。然而，精銑時(shí)發(fā)現(xiàn)型腔側(cè)壁拐角處存在明顯振紋，不符合要求。分析認(rèn)為，網(wǎng)格型腔高速切削時(shí)，在拐角處銑刀運(yùn)動速度及方向發(fā)生改變，由于機(jī)床慣性影響造成刀具震顫，穩(wěn)定性降低，影響切削表面質(zhì)量，且該位置存在輕微過切現(xiàn)象。此外，拐角處切削時(shí)銑刀約1，4區(qū)域同時(shí)進(jìn)行作業(yè)，銑刀與工件接觸方式由線接觸改為面接觸，導(dǎo)致瞬時(shí)切削阻力驟增，進(jìn)一步增大該處表面粗糙度值。因此，根據(jù)網(wǎng)格特點(diǎn)，定制φ28R5非標(biāo)銑刀，網(wǎng)格拐角處R15mm圓滑過渡，平衡切削阻力，提高表面切削質(zhì)量。網(wǎng)格型腔由螺旋進(jìn)刀改為指定點(diǎn)直接進(jìn)刀方式，有效避免了機(jī)床小范圍內(nèi)頻繁“抖動”問題，提高切削參數(shù)，進(jìn)一步提升切削效率，單網(wǎng)格銑削時(shí)間由193min縮短至158.3min，效率提升18%。

總之，隨著機(jī)械制造工藝的快速發(fā)展，薄壁深腔零件加工提出新的要求。在機(jī)械加工作業(yè)中，需要做好薄壁零件加工精度的控制，盡可能降低零件加工的誤差，減少零件加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，降低零件變形的概率，保證薄壁深腔零件的質(zhì)量。同時(shí)加大對薄壁深腔零件機(jī)械加工工藝的探究，促進(jìn)加工工藝的發(fā)展，提高機(jī)械加工的水平。