數銑加工薄壁零件工藝設計

摘 要：該文通過分析薄壁零件加工的工藝特點及難點，制定出數控銑床在加工薄壁零件時的工藝設計，通過正確的選擇刀具路徑，達到提高產品質量和生產效率的要求。

關鍵詞：數銑 薄壁零件 刀具路徑；

中圖分類號：TG547文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2013）05（a）-0036-02

隨著數控加工行業技術水平的飛速提高，各行業對零件的需求也不斷的發生著改變，目前對于高精度的薄壁零件的需求越來越廣泛。薄壁零件具有結構緊湊、重量輕、節省原材料等特點，但由于其特殊的構造也給加工過程帶來了一系列的問題，（1）薄壁零件由于壁薄（有的小于5 mm）造成零件剛性差，但在銑削過程中又需要夾具加緊，所以容易造成零件受力變形，導致零件形狀和尺寸受到影響不能達到要求；（2）切削過程會產生大量的熱，由于壁薄熱量全部集中在薄壁上，導致零件受熱變形；（3）薄壁零件的穩固性差，在切削力的作用下，容易產生振動，導致零件變形，影響尺寸以及零件表面粗糙度。因此想要加工出高品質的薄壁零件就要解決加工過程中的變形問題，其次要選擇合適的刀具和走到路徑保證零件表面的粗糙程度。在以上問題解決的基礎上再考慮如何提高生產效率。下面通過實例結合筆者在加工薄壁零件上的一些經驗，講解如何根據薄壁零件的特點制定一套合理的數控加工工藝。零件結構圖如圖1。

1 零件結構

有圖可知零件基本結構：零件最外面是一個尺寸為120×80×27長方體，零件的4邊中心處加工出一個凹形缺口，按中心線對稱，中間有一個直徑為￠46 mm的圓形臺階，其高度為4 mm，圓形臺階上面是一個高為6 mm，壁厚0.88 mm的正五邊形的薄壁設計，此處為本次加工的重點，倒圓角后與圓形臺階相切，五邊形的中間部分設計一個R4圓弧，四個角的是倒角為2×45，孔為4-￠12的設計，表面粗糙度要求較高（Ra3.2）。

2 加工思路

由于本零件表面要求較高，加工思路選擇：粗加工-半精加工-精加工-鉆孔。具體工藝如下。

2.1 粗加工

選取尺寸為122×82×30的毛坯，用面銑的方式上下各銑去1.5 mm，這樣就能夠保證設計要求的27 mm，然后銑去其他四面多余的2 mm，進行整體開粗，曲面刀具路徑有挖槽式銑削、等高外形銑削和平行銑削3種可選，根據本零件的設計要求，這里我們選擇挖槽式銑削，因為挖槽式能夠將零件的大部分設計的輪廓加工出來，而且走刀和抬刀次數少，這樣縮短了刀具路徑，能夠有效地提高效率。應用挖槽式銑削進行粗加工時，原則為邊界外下刀，因此邊界的選擇尤為重要，最需要注意的就是薄壁部分，因為薄壁的設計為0.88 mm，精加工時銑刀直徑較大，容易造成變形，因此粗加工時余量需多留一些，這里選擇留0.6 mm這樣總體壁厚在粗加工完成后保持在1.5 mm左右。

2.2 半精加工

半精加工的主要目的為去除粗加工所剩余的殘留料，避免殘留料過多而影響精加工，這里我們選擇等高外形銑削的方式，刀具選擇￠8 mm 平底刀進行半精加工，保證精加工時的余量為0.3 mm。加工時刀具對平面xy進行輪廓切削，完成一個平面后刀具沿z軸平移，進行下一個平面切削直至完成。

2.3 精加工

根據零件設計，其最小曲面半徑為R4.0 mm，因此這里選用R3.0 mm球刀，切削間距定為0.1 mm，主軸轉速設定為2700～2800，切削時刀具切處的速度選擇相對較小，這樣的設計能夠保證零件的表面質量。

2.4 清角加工

由于精加工選用的R3.0 mm球刀，因此在零件￠25的圓和R4的圓角的連接處會有殘余料，需要清角，這里選擇￠8的平底刀進行清角。

2.5 孔加工

對于設計中￠12H7的通孔，采用先在中心打中心孔，然后用￠6 mm的鉆頭鉆孔，最后￠用12 mm的鉆頭擴孔。鉆孔刀路選用深孔啄鉆，這種方式排屑效果好，而且能夠改變刀具回退高度。

3 加工中的難點

（1）零件中心位置的0.88 mm薄壁設計，此處由于壁薄，造成很大的加工難度，加工時由于切削力的擠壓容易產生變形導致影響整個零件的精度，在此我們的處理方案為此處先不處理，等其他位置處理完成后再重點處理此位置，首先在設計圖上將壁厚更改為1 mm，加上粗加工時多留的0.6 mm，需要加工的壁厚總厚度為1.6 mm，分四次進行加工，每次的加工量為0.4 mm，這樣打好處在于每次加工量較小，因此產生的擠壓力也較小，不會導致薄壁部分因受力過大而產生變形，再就是加工量小，加工時產生的切屑相對較少，因切屑而造成的一系列問題同時得到解決。

（2）零件中R4.0的圓弧，由于其位置的特殊性，在加工時很難處理，它與上平面相切，而圓弧的另一半必須要在反面加工，對刀時的偏差，和刀路切入、切出時的方式對這個地方的加工質量起到決定性的影響，我們的圓弧在內輪廓處，由于該曲線無可供延伸的線段，可采用增加圓弧段切入和圓弧段切出的方法。這樣可以減小刀具在切入切出點產生的駐刀痕跡，提高表面質量。

4 零件的編程注意事項

4.1 刀具的選擇

加工凸形表面時，粗加工可選擇圓角立銑刀或平端立銑刀，精加工時最好選擇圓角立銑刀，主要原因為圓角立銑刀的幾何條件更好；加工凹形表面時，粗加工應選擇圓角立銑刀或平端立銑刀，精加工時應選擇球頭刀，球頭刀能夠保證零件的表面加工質量。

4.2 切削參數的控制

切削參數的選擇對加工質量、加工效率以及刀具耐用度有著直接的影響。與切削相關的參數主要有主軸轉速、進給速率、刀具切人時的進給速率、步距寬度和切削深度等。主軸轉速——其計算公式為：n=1000V/π×d。精加工時，應盡量避免中途換刀，以得到較高的加工質量，因此應結合刀具耐用度認真選擇切削速度。零件加工選用d=12的刀具，銑削速度V=60m/min：

d=12 mm時n=1000×60/3.14×12= 1592（r/min）取整數1600

d=8mm時n=1000×60/3.14×8= 2388（r/min）取整數2400

進給速度Vf——Vf=fz×Z×n

加工精度和表面粗糙度要求較高時，應選擇較低的進給量；刀具切入進給速度應小于正常切削進給速度。零件加工選用4齒，白鋼刀加工，根據查表選用fz=0.20（粗銑）fz=0.15（精銑）；Vf=0.2×4×1600= 1280，取整數1200 mm/min（粗銑）

Vf=0.15×4×2400=1440，取整數 1400mm/min（精銑）

根據零件設計的要求，分析加工時的要點和難點，設計出以上加工工藝，不僅巧妙地解決了薄壁零件加工時易變形的難題，而且通過這種方法加工出的零件表面也達到了Ra3.2的要求，另外通過實際的加工驗證，其生產效率也得到了較大的提升。

參考文獻

[1]王衛兵.數控編程100例[M].機械工業出版社，2006.

[2]朱淑萍.機械加工工藝及裝備[M].上海：機械工業出版社.

[3]于成萬.數控加工工藝與編程[M].人民郵電出版社.

[4]何建明.銑工計算和常用數表[M].北京：機械工業出版社.