含負角度型面薄壁零件數(shù)控加工技術(shù)研究

張俊哲

（中航工業(yè)直升機設計研究所，景德鎮(zhèn) 333001）

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，各種新工藝和新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，機械加工工藝正朝高質(zhì)量、高生產(chǎn)率和低成本方向發(fā)展。各種新工藝已突破傳統(tǒng)的加工范疇，可以加工各種復雜的型面和某些具有特殊要求的零件。數(shù)控機床的問世，提高了形狀復雜的零件加工的生產(chǎn)率及加工精度[1]。計算機數(shù)控編程使得數(shù)控機床與實際生產(chǎn)緊密相連，可以通過計算機對數(shù)控程序進行校驗，檢查刀具運動軌跡正確與否，判斷加工參數(shù)選擇是否合適等。通過在計算機上進行仿真加工，檢驗數(shù)控加工程序代碼，具有直觀、快速且不需要額外費用的優(yōu)點，對縮短產(chǎn)品的試制周期、提高數(shù)控加工效率具有十分重要的意義。

1 薄壁件加工變形概述

隨著航空工業(yè)的發(fā)展，航空薄壁件越來越多地在航空工業(yè)中得到廣泛應用。但是，薄壁零件強度低、剛性差、在銑削中易變形，不易保證零件的表面質(zhì)量[2-3]。而在加工過程中，薄壁零件的變形問題尤為突出。引起加工變形的原因很多，不僅與材料的特性有關(guān)，還與零件的結(jié)構(gòu)特性以及加工過程中的裝夾、加工參數(shù)及切削路徑有關(guān)[4-6]。因此，選擇合理的裝夾方案和加工參數(shù)，采用合適的工藝方法是克服薄壁件加工變形的重要手段，特別是面對含有負角度型面的薄壁件加工時，合理的工藝方法顯得尤為重要。本文以某型機靜氣動彈性試驗剛性模型中導流片為例（見圖1），對某些含有負角度型面薄壁零件數(shù)控加工技術(shù)進行研究和探索。

圖1 零件數(shù)模

2 導流片數(shù)控加工技術(shù)研究

導流片材料為30CrMnSiA，經(jīng)熱處理后，強度σb≥1080MPa，由圖2可知，導流片薄壁處型面與底面在XY、XZ方向上均存在夾角，在XZ方向上，薄壁與底面成85.25°銳角，而且薄壁厚度處僅有1.49mm。該零件精度要求為±0.1mm。

圖2 導流片二維圖

2.1 加工難點分析

型面存在負角度且為薄壁，易單向受力產(chǎn)生變形，加工時存在以下難點。

2.1.1 零件加工需經(jīng)多次裝夾

在一次裝夾下，普通立銑刀無法加工負角度型面，需經(jīng)過多次裝夾才能達到加工目的，增加了裝夾次數(shù)，使裝夾累積誤差增大。

2.1.2 薄壁加工易單向受力產(chǎn)生變形

加工薄壁時，刀具單方向?qū)π兔媸┘忧邢髁Γㄒ妶D3），使零件易產(chǎn)生單方向變形，而且加工薄壁零件時產(chǎn)生的振刀、卷邊等難題也將凸顯，使零件精度難以保證。

2.1.3 根部為直角，清根困難

由于薄壁型面根部為直角，人們無法通過銑削清根，需要依靠鉗工手工修銼，增大了工作量，延長了加工時間，降低了零件精度。

2.2 工藝解決措施

2.2.1 使用等高線切削方式避免薄壁單向受力

采用等高線分層切削方法（見圖4），使切削力同時分布在型面兩側(cè)，避免了零件單向受力，減少了零件的單向變形，提高型面加工精度，使得最終尺寸能夠滿足零件需求。

圖3 三軸加工薄壁型面

圖4 T型銑刀等高線加工路徑

2.2.2 使用五坐標加工中心對零件清根

采用T型銑刀雖然可以在一次裝夾下完成零件的銑削工作，但是由于圓形刀片根部為圓角，而零件根部為直角，圓形刀片無法完成清根操作。為清除零件根部余量，達到零件最終尺寸要求，采用五坐標加工中心對零件進行清根。通過機床主軸的擺角，五坐標加工中心可完成斜面清根。對該零件進行清根時將機床主軸旋轉(zhuǎn)4.75°，采用平底立銑刀即可完成清根，如圖5所示。

圖5 五坐標清根

3 結(jié)論

針對導流片的數(shù)控加工探索和研究，本文得出以下幾點結(jié)論：選取T型銑刀，采用等高線分層銑削，克服了銳角面干涉問題，使零件能夠在一次裝夾下完成銑削，減少了裝夾次數(shù)，降低了因裝夾引起的累積誤差；切削時避免了薄壁單向受力，使加工時的切削力分布更為均勻，減少了因切削引起的變形，能更好地滿足零件型面要求；采用五坐標清根，使零件根部能夠在數(shù)控機床上得以加工完成，避免了鉗工手工修銼，大大提高了零件加工效率，更好地保證了零件精度；經(jīng)三坐標檢測，采用上述加工方法，使零件型面精度保證在±0.1mm以內(nèi)。

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