淺談薄壁零件的銑削加工技術要點

楊建偉

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

關鍵詞：薄壁零件加工；數控銑；加工變形

薄壁零件在工程上應用廣泛，具有重量輕、強度高、造型美觀等突出特點，薄壁零件按照空間幾何形態通常可分為以細長軸為代表的二維薄壁構件和以薄壁件為代表的三維薄壁零件。此類零件的共同特點是受力形式復雜，剛度低，加工時極易引起誤差變形或工件顫振，從而降低工件的加工精度。特別是當零件的形狀和加工精度要求較高時，對振動、切削力大小及波動、切削溫度、裝夾方式均十分敏感，往往未加工到規定的尺寸，零件已經超出了精度要求，因此，薄壁零件的加工制造難度極大，成為國際上公認的復雜制造工藝問題。

1 薄壁零件加工技術發展的現狀

薄壁零件在現代工業技術中占有很重要的戰略意義，國內外的學者專家都做了很深入的研究。歐美等制造業比較發達的國家針對薄壁零件的結構特點，應用的技術主要有：（1）從加工工藝系統的整體剛度考慮，提出充分利用零件的整體剛性變形控制方案；（2）在機床方面，提出了平行雙主軸聯動精度控制方案；（3）在裝夾方面，提出了用低熔點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，提出了變進給速度加工方法，通過工藝方法實驗與計算機模擬仿真相結合，提高效率和可靠性；（5）采用有限元仿真預測加工變形，再利用數控補償技術進行適當主動誤差補償，從而提高薄壁零件的加工精度。而在我國，由于缺少高精的理論計算和相關的試驗數據，在這方面的研究還處于起步階段，無論是振動加工技術還是高速切削技術都是處于摸索階段，缺少必要的工藝技術數據，在實踐中應用還不深入精準。在實際生產加工中，大多采用低轉速、小進給、多次空走刀等方法控制加工變形，應用手工或三坐標檢驗。

2 薄壁零件的加工方法

隨著工業的高速發展，各類薄壁零件已經越來越多的應用于各種機器與場合。由于薄壁零件的結構形狀特殊性，在其加工過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，如加工過程中的受力變形、工件內部產生的殘余應力變形、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。薄壁件的實際加工中，雖然工件的變形是必然存在的，但我們可以對變形進行控制，可以采取一些相應有效的措施，使變形量降到最小，達到零件加工的誤差的范圍內。

采用小進給量、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，同時使大部分的切削熱被高速飛離工件的切屑帶走，進而降低工件溫度，減小工件的熱變形。在薄壁件的加工過程中，相對普通數控加工，高速切削加工可省去半精加工、實效處理等其它環節的輔助時間，進而縮短了工件的加工周期，提高了生產效率。

3 薄壁零件的加工變形的控制措施

通過理論研究和生產實踐，在實際生產中可以采用以下方法來減小鋁合金薄壁件在高速切削加工中的變形：

3.1 振動時效工藝。振動時效工藝對有效的降低殘余應力40%以上，并且峰值降低，殘余應力均與化，減小變形，滿足尺寸加工要求，提高零件的加工精度。

3.2 對耳形薄壁件采用三個輔助支撐。采用三個輔助支撐加工后的零件與標準件間的誤差相差僅為2%左右，表面無明顯的振紋，加工精度表面質量好；少于散的輔助支撐加工表面會產生明顯的振紋，而更多的輔助支撐雖能更好的抑制薄壁件的加工震動，但同時增加了夾具的復雜性，不具有經濟性。

3.3 柔性輔助支撐。利用射流產生的沖擊力抵消薄壁件在加工過程中產生的切削力。提高零件的工藝剛性，減小零件變形和抑制工藝系統振動。柔性支撐不會破壞工件，不會產生壓痕等機械損傷，不會將支撐部分的誤差映射到工件上，同時由于射流作為介質，射流本身就具有冷卻、潤滑、清洗和防銹的作用，同時降低切削熱，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構，另外還需依據不同的厚度確定噴流的壓力的大小，這些具體的參數需要具體的計算，對操作者的經驗要求較高。

薄壁零件的加工，因其結構特點與工藝要求，成為數控銑削加工的技術和技能難題。小進給量、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，保證切削的質量，達到相應的數控銑削的技術要求。

參考文獻

[1]劉學杰.薄壁零件加工的切削力模型分析與試驗研究[D].南京航空航天大學，2008：1.

[2]沈耿.薄壁件切削加工控制變形的工藝措施[J].工藝與工藝裝備，現代制造工程，2003（4）：50.

[3]崔惠婷.裝夾優化抑制薄壁件加工振動研究組合機床與自動化加工技術，2016.

[4]梁巖里.動時效在鋁合金薄壁件加工過程中的應用.學術論文，2016.

[5]周勇.航空薄壁件加工動態特性及控制工具技術，2015.

[6]張永強.高速切削雷達結構件的工藝研究[D].南京航空航天大學，2001.

[7]姚榮慶.薄壁零件的加工方法[J].機床與液壓，2007，8，251-252.