淺談薄壁零件的銑削加工技術(shù)要點(diǎn)

楊建偉

摘 要：薄壁零件的數(shù)控銑削加工因薄壁件自身的特點(diǎn)決定了其加工難度極大，制造工藝復(fù)雜。本文就薄壁件的特點(diǎn)及加工方法理論進(jìn)行分析，提出薄壁零件的數(shù)控銑削加工中變形控制的相應(yīng)措施及改善方法。

關(guān)鍵詞：薄壁零件加工；數(shù)控銑；加工變形

薄壁零件在工程上應(yīng)用廣泛，具有重量輕、強(qiáng)度高、造型美觀等突出特點(diǎn)，薄壁零件按照空間幾何形態(tài)通?？煞譃橐约?xì)長(zhǎng)軸為代表的二維薄壁構(gòu)件和以薄壁件為代表的三維薄壁零件。此類(lèi)零件的共同特點(diǎn)是受力形式復(fù)雜，剛度低，加工時(shí)極易引起誤差變形或工件顫振，從而降低工件的加工精度。特別是當(dāng)零件的形狀和加工精度要求較高時(shí)，對(duì)振動(dòng)、切削力大小及波動(dòng)、切削溫度、裝夾方式均十分敏感，往往未加工到規(guī)定的尺寸，零件已經(jīng)超出了精度要求，因此，薄壁零件的加工制造難度極大，成為國(guó)際上公認(rèn)的復(fù)雜制造工藝問(wèn)題。

1 薄壁零件加工技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀

薄壁零件在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中占有很重要的戰(zhàn)略意義，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者專(zhuān)家都做了很深入的研究。歐美等制造業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家針對(duì)薄壁零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用的技術(shù)主要有：（1）從加工工藝系統(tǒng)的整體剛度考慮，提出充分利用零件的整體剛性變形控制方案；（2）在機(jī)床方面，提出了平行雙主軸聯(lián)動(dòng)精度控制方案；（3）在裝夾方面，提出了用低熔點(diǎn)合金填充或使用真空夾具精加工零件的方案；（4）在切削用量方面，提出了變進(jìn)給速度加工方法，通過(guò)工藝方法實(shí)驗(yàn)與計(jì)算機(jī)模擬仿真相結(jié)合，提高效率和可靠性；（5）采用有限元仿真預(yù)測(cè)加工變形，再利用數(shù)控補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)主動(dòng)誤差補(bǔ)償，從而提高薄壁零件的加工精度。而在我國(guó)，由于缺少高精的理論計(jì)算和相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在這方面的研究還處于起步階段，無(wú)論是振動(dòng)加工技術(shù)還是高速切削技術(shù)都是處于摸索階段，缺少必要的工藝技術(shù)數(shù)據(jù)，在實(shí)踐中應(yīng)用還不深入精準(zhǔn)。在實(shí)際生產(chǎn)加工中，大多采用低轉(zhuǎn)速、小進(jìn)給、多次空走刀等方法控制加工變形，應(yīng)用手工或三坐標(biāo)檢驗(yàn)。

2 薄壁零件的加工方法

隨著工業(yè)的高速發(fā)展，各類(lèi)薄壁零件已經(jīng)越來(lái)越多的應(yīng)用于各種機(jī)器與場(chǎng)合。由于薄壁零件的結(jié)構(gòu)形狀特殊性，在其加工過(guò)程中受工件材料等諸多因素的影響。引起變形的因素有很多，如加工過(guò)程中的受力變形、工件內(nèi)部產(chǎn)生的殘余應(yīng)力變形、加工中的工件裝夾變形等等，所以，在薄壁件的加工中，變形是不可避免的。薄壁件的實(shí)際加工中，雖然工件的變形是必然存在的，但我們可以對(duì)變形進(jìn)行控制，可以采取一些相應(yīng)有效的措施，使變形量降到最小，達(dá)到零件加工的誤差的范圍內(nèi)。

采用小進(jìn)給量、大切削速度的高速加工切削形式，可降低加工中工件受到的切削力，同時(shí)使大部分的切削熱被高速飛離工件的切屑帶走，進(jìn)而降低工件溫度，減小工件的熱變形。在薄壁件的加工過(guò)程中，相對(duì)普通數(shù)控加工，高速切削加工可省去半精加工、實(shí)效處理等其它環(huán)節(jié)的輔助時(shí)間，進(jìn)而縮短了工件的加工周期，提高了生產(chǎn)效率。

3 薄壁零件的加工變形的控制措施

通過(guò)理論研究和生產(chǎn)實(shí)踐，在實(shí)際生產(chǎn)中可以采用以下方法來(lái)減小鋁合金薄壁件在高速切削加工中的變形：

3.1 振動(dòng)時(shí)效工藝。振動(dòng)時(shí)效工藝對(duì)有效的降低殘余應(yīng)力40%以上，并且峰值降低，殘余應(yīng)力均與化，減小變形，滿(mǎn)足尺寸加工要求，提高零件的加工精度。

3.2 對(duì)耳形薄壁件采用三個(gè)輔助支撐。采用三個(gè)輔助支撐加工后的零件與標(biāo)準(zhǔn)件間的誤差相差僅為2%左右，表面無(wú)明顯的振紋，加工精度表面質(zhì)量好；少于散的輔助支撐加工表面會(huì)產(chǎn)生明顯的振紋，而更多的輔助支撐雖能更好的抑制薄壁件的加工震動(dòng)，但同時(shí)增加了夾具的復(fù)雜性，不具有經(jīng)濟(jì)性。

3.3 柔性輔助支撐。利用射流產(chǎn)生的沖擊力抵消薄壁件在加工過(guò)程中產(chǎn)生的切削力。提高零件的工藝剛性，減小零件變形和抑制工藝系統(tǒng)振動(dòng)。柔性支撐不會(huì)破壞工件，不會(huì)產(chǎn)生壓痕等機(jī)械損傷，不會(huì)將支撐部分的誤差映射到工件上，同時(shí)由于射流作為介質(zhì)，射流本身就具有冷卻、潤(rùn)滑、清洗和防銹的作用，同時(shí)降低切削熱，避免刀具工件的干涉。但柔性輔助支撐需要具有具備噴射的噴流機(jī)構(gòu)，另外還需依據(jù)不同的厚度確定噴流的壓力的大小，這些具體的參數(shù)需要具體的計(jì)算，對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求較高。

薄壁零件的加工，因其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工藝要求，成為數(shù)控銑削加工的技術(shù)和技能難題。小進(jìn)給量、大切削速度的高速加工切削形式，是目前主要的解決薄壁零件的加工方法，輔以有效的加工輔助措施，才能更好地控制加工變形，保證切削的質(zhì)量，達(dá)到相應(yīng)的數(shù)控銑削的技術(shù)要求。

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