淺述大尺寸復雜零件的數控加工工藝方案

劉毅

摘 要 零件外形尺寸為（2750mm×1330mm×122mm），結構復雜，零件壁厚尺寸變化6.7mm到1.7mm，零件結構剛度較差，屬于大尺寸復雜外形零件，加工時間、工序長，協調尺寸多，特別是零件加工中的變形難以控制。本文從大尺寸復雜外形零件方面著手，理論聯系實際，結合實踐對數控加工問題進行分析，提出工藝解決方案，實現了符合現有加工技術的通用解決問題途徑。

關鍵詞 工藝方案;加工變形;基準;薄壁

概述

20世紀40年代末數控機床問世后，零件加工技術便發生著日新月異的變化，生產效率在數控加工的普及后大幅度提高[1-2]。近年來，隨著相關技術的飛速發展，數控機床也向著設備精密化，加工高速化方向發展。現在高速加工數控機床進給速度通常已高達5～10m，甚至更高。比起傳統數控設備的進給速度要高出3～5倍甚至更高。數控加工不僅使得生產效率的提高，而且使得加工質量的整體提高，大大減輕了后序工步的工作壓力，大幅度降低了生產成本。

1任務目標

需要完成了零件為飛機的氣密端框，它是飛機保證氣密的重要件，零件外形尺寸大（2727mm×1427mm×110mm），結構復雜，零件壁厚尺寸變化6.5mm到1.8mm，其結構剛度較差。屬于現階段大型薄壁類零件，加工時間，工步長，協調尺寸多，特別是零件加工中的變形難以控制。此類航空零件加工變形因素十分復雜，其中包括毛坯殘余應力重新分布變形，切削溫度引起的變形，時效引起的蠕動變形，切削力引起的變形，裝夾引起的變形。盡管如此，歸納起來主要有兩大類，工件材料中殘余應力引起的塑性變形，外力引起的彈性和塑性變形。材料在外力作用下產生應力和應變及變形，當應力超過材料的彈性極限，則產生的變形在外力去除后，不能自動恢復，這種變形是不可逆的塑性變形。在固有外力和外力矩作用，物體依然存在自身保持平衡的應力，這種應力為內應力，這是加工變形的主要因素，是占整個變形的70%到80%，這種是難以控制和掌握的。如何通過有效機械加工工藝過程設計將其控制在允許的范圍之內，是工藝過程設計的關鍵。

氣密端框類零件帶有理論外形面，理論外形傾斜角度大，如采用常規加工方法，鉗工打磨工作量巨大。現根據企業實際采用五坐標數控銑床加工，而且此零件精度要求非常高，剛性差，對夾具的剛性、尺寸要求保證多，要求嚴格。這就給設計夾具時增加了一定困難。經過認真的比較分析，結合企業的實際情況，找到經濟、合理的設計方案。

2工藝方案

航空領域零件的制造質量要求非常高，且技術要求、特種技術條件等要求嚴格，零件的構型復雜、壁薄、剛度低，鑒于這種情況，詳細的設計工藝過程是必需的。規劃零件的機械加工過程，零件制造可以采用不同的工藝過程。但是正確、合理的過程，應滿足以下要求：

（1）保證產品的質量符合設計圖樣和技術文件要求;

（2）滿足企業的生產效率要求;

（3）經濟性要求。

結合裝配位置、使用要求及受力情況，加工的材料牌號選用國產7050-T7452鋁合金。7050-T7452是一種高強度可熱處理合金，具有抗剝落腐蝕、抗應力腐蝕斷裂及極高的抗拉強度的性能，被廣泛應用于機身大型結構受力件。7050是該材料的合金牌號，所用合金元素要求有抗剝落腐蝕性、韌性、開裂能力、斷裂、抗拉力腐蝕、和抗疲勞性能都強。T7452是其熱處理后狀態。T7452狀態表示在出廠已進行完全淬火，人工時效并進行超聲波、電導率等檢測工步，無須粗加工后熱處理、入廠進行復檢，即可進行加工零件使用。

表面粗糙度對零件的使用性能有很大的影響。零件所有表面均為加工表面，其表面粗糙度要求為Ra3.2。表面粗糙度主要由刀具形狀及在加工中的塑性變形等因素引起。目前，使用三坐標數控銑床加工無法滿足要求。為了提高表面層性能，減少由于塑性變形和相變在表面產生內應力，使用小切深、大進給的五坐標高速數數控銑床，提高表面粗糙度。

根據GJB190定義，關鍵/重要特性是指若超過規定特性值要求會直接影響產品安全性或產品整機功能喪失的質量特性。該零件有重要特性要求即：零件進行100%滲透檢查。

該零件在規劃時，結合實際，應合理選擇加工設備，并充分應用先進技術。可以做到既保證精度和表面粗糙度，又能提高質量。

毛坯的選擇非常重要，綜合零件的技術要求、使用環境、結構特點及材料等方面的情況，合理地確定毛坯種類、形狀和尺寸，存在材料的經濟性及后續加工的經濟性選擇，要精心布局。既考慮熱加工因素，也兼顧冷加工因素，以便成本。

我們常用的毛坯包括：壓制件、鑄件、焊接件、鍛件、沖壓件、型材及板材。如何選擇需要以下權衡：零件的材料;生產類型;形狀和尺寸;生產條件。

端框原材料利用率低，一般而言板材厚度越大，其價格越高。進口預拉伸板規格為3600mm×1200mm，沒有包絡我們要加工的零件，須進行定制，成本急劇上升且周期漫長。綜合考慮，決定采用國產7050-T7452自由鍛。

無規矩不成方圓，機械加工的基準非常重要。在圖紙里，用設計基準與設計尺寸來闡述位置要求，在加工時，定義原始基準及原始尺寸以保證位置要求。機械加工，各參數位的位置通過測量與原始基準的值來檢驗。所以，基準選擇主要是為了保證加工過程中的表面位置精度要求。

零件壁薄，外形精度要求高，且加工余量大，控制變形是首要考慮的關鍵點。加工變形因素十分復雜，解決途徑不多，依據經驗進行處理，材料易早期失效而造成經濟損失。為了減少變形和避免潛在風險，盡可能采用各種技術條件來控制變形，如留加工余量來降低材料應力變形、自然時效、機械拉伸法、振動時效等。將工藝過程定義為四步，粗加工，第一次半精加工，第二次半精加工，精加工。

3結束語

本論文就是從零件機械加工實際問題出發，通過對零件本身特點的分析，找出加工問題的難點，結合公司現有技術水平，闡述對其加工方案的整個過程。零件加工闡述的完整翔實、準確，使其加工合理、優化，產品質量穩定，準確。

參考文獻

[1] 顧京.數控加工編程及操作[M].北京：高等教育出版社，2003：213.

[2] 濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2006：19.