復雜薄壁異形零件數控加工工藝特征與要點

黃偉斌

（山東省日照市技師學院，山東 日照 276826）

復雜薄壁異形零件數控加工工藝特征與要點

黃偉斌

（山東省日照市技師學院，山東 日照 276826）

隨著航天機載設備的重量以及空間大小要求的逐漸提高，使用了大量的復雜薄壁異形零件。零件在使用中由于剛性較差，不能滿足實際的工作需求，同時零件不規則，由曲面構成，結構較為復雜，只能采用UG等三維軟件數控編程加工。文章主要針對復雜薄壁異形零件數控加工工藝特征與要點進行研究分析，明確了各注意事項，以提高材料加工技術和材料質量，促進我國航天事業的發展。

薄壁零件；結構復雜；數控加工

在航天機載設備應用中，經常會出現因為重量以及空間問題不能滿足航天機載設備需求的情況，由于零件的使用要求以及質量要求，對于這些零件的規格、形位公差要求十分嚴格，一定程度上增加了零件生產的難度。只有依據實際情況采取相應的措施，才能保證所加工的零件能夠滿足實際需求。

1 概述

在工作中，經常會用到一些厚度為 0.5mm、0.7mm、1mm 不等、長度為 120mm、145mm、250mm 的零件，零件表面粗糙十分粗糙，粗糙度大約為 Ra3.2；零件角度的精確度為 ±3′；尺寸精度±0.01mm；形位公差 6 級。結構基本上都會呈現出拉伸、剪切等，形狀呈現不規則狀，材料壁很薄，空間規格較大，材料整體的剔除量較大。此種零件在加工中，肯定都會受到熱變形、切削振動等各種因素的影響，會導致零件形狀、尺寸、精度、形位公差等產生不同變化，因此，只有對其加工工藝進行研究分析，對各個加工環節進行控制，才能保證零件的質量。

2 零件加工要點分析

2.1 選擇合適的加工方法

在加工過程中，影響薄壁件加工質量的因素有很多，例如：零件加工時所選擇的加工材料、零件結構等都會使得零件加工從產生一定的影響；殘余應力也會對零件加工產生一定的影響，在零件加工開始之前，零件內部存在的殘余應力都停留在衡狀態，在切割狀態下，原有的均衡狀態就會被打破，只有通過形變才能尋找一個新的平衡點。在加工中，選擇合適的加工方式，一定程度上可以降低零件形變現象產生的機率，同時還要對殘余應力進行剔除。

2.2 選擇合適的數控加工方式

在加工中，工作人員還要對零件加工路徑采取相應的控制措施，如果路徑所選擇的不同，加工成形的零件形變也不相同。另外工作人員還應該對切削用量進行有效控制，假如切削用量較小，應該依據小切深以及高進給速度，同時，還要適當增加切割次以及走刀數量，切削中應該保證切削速度的均衡，能夠有效減少切削力以及切削熱。高速切割方式的切削力較小，并且零件的熱變形較小，能夠保證零件加工的精度以及質量。工作人員在具體加工中，要以 UG 環境為基礎，采用 Vericut 軟件對零件進行仿真，對零件進行檢測，選擇合適的參數。

2.3 保證工裝與夾具的合理性

在設計中，工作人員需要進行綜合分析，在零件周圍設置定位元件以及夾緊元件，保證數控加工零件的穩定性，能夠保證切割刀具的順利，而且還能降低殘余應力以及變形量，提高零件的質量。

3 提高復雜薄壁異形零件數控加工質量的措施分析

3.1 確定合理的加工流程

本文主要以 7075 鋁合金為例進行分析，具體加工流程為：材料——銑——數控銑——熱處理——數控銑——熱處理——數控銑——熱處理——鉗——表面處理。在具體的加工過程中，工作人員為了除去殘余應力，一共進行了三次數控銑，并且在三次數控銑中間還進行了三次熱處理。

3.2 選擇合理的刀具、銑削方法、銑削工藝

刀具選擇工作具有重要意義，工作人員在刀具選擇時，應該在以下原則上進行選擇才能保證其合理性，平頭銑刀在應用中，表面加工質量較好，并且工作效率較高。如果能夠保證切削量，那么在曲面初步加工以及二次加工中，可選擇使用平頭銑刀。球頭銑刀在應用中端部的切削速度是零，并且切削行與行之間的距離很近，因此，如果要提高加工精度，就應該選擇球頭銑刀。加工中，還要盡可能的減少刀具的使用數量，在同一部位加工中，盡量選擇同一個刀具進行切割。在初步加工以及精加工中，刀具應該分開使用，并且要保證刀具的規格相同。

另一方面，在銑削次序確定過程中，應該遵循以下原則：首先，應該先對面進行處理，然后再對后孔進行處理；而且要先進行粗加工，再進行精加工；先對主要部位進行加工，再對次要部位進行加工；其次，要先進行銑，再進行鉆；最后，先進行曲面精加工，再進行二維輪廓精加工。在加工工藝制定過程中，應該遵循的原則為：在零件粗加工以及半精加工中，工作人員應該現在采用質地較硬的合金雙刃立式平底銑刀，并結合 UG 軟件中的 ufacturing模 塊， 采 用 cavity—lrIiU 銑 削 方 式 進 行 操 作，Cutlevels 選 Local Depthper Cut為 1mm，Stepover選 50%的 Tool Diameter 進行處理，能夠提高零件表面加工質量以及切削效率。在粗加工中，應該選擇采用 5°～ 100°螺旋進刀方法，徑向進刀量應該控制在 6% ～ 8%，深度進給量應該控制在 5% 以下。在半精加工中，工作人員應該及時將刀具下沉至其它平面，并確定兩層之間的距離最短，進行半精加工及精加工時要選擇弧進刀方式操作，徑向進刀量應該控制在 6% ～ 8%，只有這樣才能避免過切現象出現。在精加工中，應該選擇使用優質合金球頭刀，把零件曲面按照最大外形U、V方向進行分割，分割為兩組，刀軌方向的選擇應該和最長輪廓線的方向保持相同；球頭刀刀心速度控制在零才為磨削，所以在具體應用中，要求刀軸和零件底面具有傾斜角度，能夠降低刀尖對零件造成的影響。同時，對 于 零 件 曲 面 的 不 同， 分 別 選 擇 Cavity—mill中Ar.ea Milling、Surface Area、Boundary 進行加工。

精加工注意事項：（1）鋁合金在加工中，硬化現象較為常見，吃刀量經驗值大約在 0.05 ～0.1mm 之間，Cut1evels 可選擇 Local Depthper Cut為 0.5mm，Stepover=0.05mm。（2）陡峭曲面需選擇 Zevel Profilesteep 方式加工。若表面平坦，可以選擇 Area Milling、Surface Area、Boundary 等方式加工。相交位在陡峭面上時，在加工過程中要及時降低接刀痕跡。（3）最終精加工過程中，銑削方向出現改變時，要防止出現突兀現象，確保 stepove 數值相同，保證不同曲面的相接處光滑。（4）球頭刀在應用中，所行走的路線選擇也十分重要，應該盡可能的避免在曲面上行走，因此，工作人員在 Drive Settings選 Pattem 為 Follow Periphery 時應該明確要點，Follow Periphery 走刀方式可顯著減少進退刀次數，但卻不能解決陡峭面進行退著走刀的問題，刀具折斷的可能性較大；所以在該狀況下應選擇Parallel Lines走刀方式中的 zig-zag 走刀，將環切轉變為行切進行加工。（5）精加工中，stepover屬于半精加工的一半左右，呈 90°。（6）在加工型腔進行加工中，應該對加工順序進行分析，可以減少變形以及應力。

3.3 選擇合適切削用量

在加工中，技術工作中還應該對切削用量進行控制，首先，應該對每齒進給量進行選擇。假設 fz表示每 齒進給 量，r 表示刀 尖半徑，Ra表示表面粗糙度，那么三者之間的關系可以表示為：r2=(fz/2)2+(r-Ra)2。 那 么 表 面 粗 糙 度 表 示 為Ra=fz2/8r。其次，應該對主軸的轉動速度以及切削速度進行控制，主軸的轉動速度為：n=（vc×1000）/（∏ ×Dc）；切削速度表示為：vc=（∏×Dc×n）。在上述公式，vc表示切削速度，（m/min）；n 表示 主 軸 轉 速，（r/min）；Dc表 示 刀 具 直 徑， 單mm。在粗加工時，切削余量很大，要根據所使用的刀具以及每齒進給量數值，采取合理措施，保證削力呈現減少趨勢，高速切削線速度要控制在 300m/ min 以上；精加工時期，還要對表面粗糙度進行研究分析，高速切削線速度應該控制在 450m/min。還 要 對 F 值 進 行 選 擇，F=s×f，s=（vc×1000）/（∏ ×Dc）。在公式中，s主要指的是主軸轉速n，單位為 r/min，f為每齒進給量，單位為 mm；以機床性能參數依據，精加工過程中，在已知f的情況下，很容就可以求得F的值。

4 結語

綜上所述，在航天事業發展中，復雜薄壁異形零件數控加工的應用能夠滿足航天機載設備的重量以及空間大小的要求。在加工中，應該積極度從加工程流程、刀具、銑削方法、銑削工藝、切削用量等方面進行控制，制定有效改進措施，并且還要明確加工需要注意的問題，積極采取預防策略，才能保證復雜薄壁異形零件的加工質量，促進我國航天事業的發展。

[1]任國柱，董旭，臧繼嵩，等 . 復雜異形橢圓薄壁零件數控加工工藝分析 [J]. 煤礦機械，2012,33(10):130～132.

[2]周平 . 異形薄壁零件加工工藝研究與應用 [J]. 現代工業經濟和信息化，2016,6(2):42～44.

[3]韓陽 . 航空異形薄壁零件數控加工工藝 [J]. 金屬加工（冷加工），2013,(15):33～34.

TG659

A

1671-0711（2017）03（下）-0172-02