鋁合金薄壁數控加工工藝流程優化研究

朱士云，魏 霞

（江蘇省揚州技師學院，江蘇 揚州 225003）

鋁合金指的是質量分數在0.5%以下，0.2%以上的有色金屬結構材料，在工業中受到廣泛應用。鋁合金數控加工是在數控機床上對鋁合金零件進行有效加工的一種工藝方法，能夠滿足鋁合金加工對于高精度的要求。鋁合金薄壁具有形狀復雜的基本特點，且形狀大部分為曲面形狀，對表面的相互形位公差提出了很高的要求，導致對其進行加工具有非常高的難度系數[1]。為提高鋁合金薄壁數控加工的精度，必須對鋁合金薄壁數控加工工藝流程進行優化。通過提高鋁合金薄壁數控加工工藝流程中的穩定性以及安全性，有效解決上述鋁合金薄壁數控加工難度大的問題。在我國，針對鋁合金薄壁數控加工工藝流程優化的研究并不多見，且普遍存在一定程度上的局限性，與國外先進的鋁合金薄壁數控加工工藝相比存在較大的落差。本文結合黃宏提出的鋁合金薄壁零件的數控加工工藝研究，基于文中提出的鋁合金薄壁數控加工工藝流程進行優化，致力于取得一定的研究成果。進而為有關部門提供更加科學、客觀、準確的研究結論，更好的為鋁合金薄壁數控加工提供助力。希望通過本文研究，能夠提高相關學者對鋁合金薄壁數控加工工藝流程優化方面的關注度，為該領域的進一步研究提供更廣闊的發展空間。

1 鋁合金薄壁數控加工工藝流程優化

在本文進行的鋁合金薄壁數控加工工藝流程優化研究中，必須預先確定整體鋁合金薄壁數控加工工藝流程。整體鋁合金薄壁數控加工工藝具體流程，如圖1所示。

圖1 鋁合金薄壁數控加工工藝流程圖

結合圖1所示，針對圖中的3步主要加工流程進行重點優化，分別為：熱處理淬火+時效、數控銑四周以及數控銑通孔、通框、最終外形。針對以上3步的具體優化內容，如下文所述。

1.1 鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補

由于在鋁合金薄壁數控加工淬火過程中，NURBS曲線方程自身的插值原理，需要通過時效插補的方式對鋁合金薄壁數控加工淬火流程進行優化[2]。鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補的具體流程為：首先，確定鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補NURBS曲線的型值點以及權因子編程；再通過獲得節點矢量，計算系數矩陣；在此基礎上，通過控制頂點權因子對鋁合金薄壁數控加工淬火頂點進行控制；進而得到NURBS插值曲線開始數控加工。在此過程中，需要對鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補誤差進行分析，從而達到鋁合金薄壁精密數控加工的目的。設鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補時間誤差為，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，T指的是鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補時間，單位為min；s指的是實測鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補，單位為min。通過公式（1），得出鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補時間誤差[3]。為確定鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補有效值相對誤差，本文設鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補有效值為U ，則其計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，K 指的是系數矩陣；I指的是節點矢量。根據公式（2），可輸出鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補有效值計算公式，進而可推導出最終鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補NURBS插值曲線的計算公式。設鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補后的NURBS插值曲線表達式為?，則其計算公式，如公式（3）所示。

通過公式（3）可以得出鋁合金薄壁數控加工淬火時效插補后的NURBS插值曲線，并以該曲線作為鋁合金薄壁數控淬火的刀具軌跡線，對鋁合金薄壁進行數控加工淬火。

1.2 計算鋁合金薄壁數控銑四周標準尺寸允許誤差

數控銑四周作為鋁合金薄壁數控加工工藝中的關鍵流程，本文對此的優化方式為使用標準尺寸測量鋁合金薄壁零件，獲取鋁合金薄壁零件軸承基準尺寸，呈現數據到顯示屏，調整數據灰度值，將其映射到一個新的范圍內，突出軸承邊緣中部分特征值，識別自然圖像灰度，衡化處理圖像中數據，使邊緣數據直方圖呈現一致方向[4]。由于尺寸測量過程中數據會受到多種外界因素的影響，實際收集數據中敏感元部件受到干擾影響會存在內部噪聲，以此引用數據濾波處理方法，對數據實施中值濾波處理，提取濾波處理后鋁合金薄壁零件尺寸標準數據集。設處理后鋁合金薄壁零件尺寸標準數據集為p ，則其計算公式，如公式（4）所示。

在公式（4）中，λ指的是測量中多種外界影響因素；t指的是獲取的數據量。根據上述公式，可得鋁合金薄壁零件尺寸初期獲取數據集，搭建測量中數據集合空間表達標準軸距，采用三點均勻測量的方式，分析獲取數據與空間標準數據差異性，計算鋁合金薄壁零件邊緣標準尺寸允許誤差[5]。設鋁合金薄壁零件尺寸為ω，則其計算公式，如公式（5）所示。

在公式（4）中，f 指的是邊界到測量膠片距離；s指的是數據表達清晰度；g 指的是邊界檢測長度；l指的是檢測邊界到檢測中心實際距離。結合上述計算公式，明確鋁合金薄壁零件尺寸標準值，考慮到動力距測量具有均勻性，輸出允許最大誤差值，完成對數控銑四周流程部分精準度方面的優化。

1.3 精確鋁合金薄壁數控銑通孔走刀步長

數控銑通孔中最主要的目的是確定鋁合金薄壁數控加工后的最終外形，而數控銑通孔走刀步長能夠直接影響加工結果。結合對傳統鋁合金薄壁數控加工工藝流程的研究可知，影響鋁合金薄壁數控銑通孔走刀步長的主要因素包括：驅動曲線、驅動點、內公差以及外公差。走刀步長驅動曲線具體示意圖，如圖2所示。

圖2 走刀步長驅動曲線示意圖

結合圖2所示，為精確鋁合金薄壁數控銑通孔走刀步長，可通過走刀步長的計算表達式對其進行精準確定。設鋁合金薄壁數控銑通孔走刀步長為L ，則其計算公式，如公式（6）所示。

在公式（6）中，ε指的是鋁合金薄壁數控加工表面在插補段內沿進給方向的內公差；指的是鋁合金薄壁數控加工表面在插補段內沿進給方向的外公差。在得出鋁合金薄壁數控銑通孔走刀步長的基礎上，通過控制鋁合金薄壁數控加工工藝過程的數據變量，對鋁合金薄壁數控加工工藝流程優化進行優化[6]。以此為依據，設鋁合金薄壁數控加工工藝流程控制方程為，則其計算公式，如公式（7）所示。

在公式（7）中，指的是鋁合金熔鑄速度下的過程控制正序無功功率；指的是鋁合金熔鑄生產工藝過程控制誤差比例系數。通過公式（7）可以控制鋁合金薄壁數控加工工藝過程的數據變量，進而實現對鋁合金薄壁數控加工工藝流程的優化。

2 結語

通過鋁合金薄壁數控加工工藝流程優化研究可以看出，鋁合金薄壁數控加工工藝流程是在不斷地研究過程中逐步優化，走向成熟的。因此，本文對鋁合金薄壁數控加工工藝流程進行優化設計是十分必要的，并且具有現實意義，能夠為鋁合金薄壁數控加工提供理論支持。

有理由相信，本文優化后的鋁合金薄壁數控加工工藝可以在現實中廣泛投入使用，代替原有的鋁合金薄壁數控加工工藝流程，為鋁合金薄壁數控加工提供全新的思路，加速推進我國鋁合金薄壁數控加工工藝的快速發展。