十字型薄壁類零件數控加工工藝研究及應用

姜愛國 安鑫

摘要：薄壁件加工難度大，容易變形廢品率較高，因此大多采用數控車削和銑削方式進行加工;本文以加工中心加工典型的薄壁類零件為例，利用合理的加工工藝，在保證零件加工精度要求和有效地提高零件加工效率等方面進行探討。

關鍵詞：加工中心;薄壁類;加工工藝;精度

中圖分類號：TG659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0115-02

0? 引言

加工中心加工零件過程中經常碰到薄壁類零件，影響薄壁零件加工精度的因素有很多，但歸納起來主要有以下三個方面：

①受力變形。因工件壁薄，在夾緊力的作用下容易產生變形，從而影響工件的尺寸精度和形狀精度。②受熱變形。因工件較薄，切削熱會引起工件熱變形，使工件尺寸難于控制。③振動變形。在切削力（特別是徑向切削力）的作用下，很容易產生振動和變形，影響工件的尺寸精度、形狀、位置精度和表面粗糙度。

這類零件以模具加工中電極類居多。薄壁類零件銑削如果刀具、夾具、工藝參數、刀路等處理不好不僅容易零件變形同時也會出現(xiàn)上下壁厚不均勻等現(xiàn)象（上厚下薄），所以要認真研究找到解決問題的具體方法。

1? 零件圖分析

1.1 材料和夾具分析

本零件是典型的電極薄壁類零件，是箱體塑料模具里的加強筋。電極的材料一般是銅合金，銅合金比較軟，延展性能好所以也比一般金屬更容易變形，加工性能比較差。本零件如圖1所示壁厚只有1.8mm，公差也只有0.05mm，高度為18mm，寬和高之比達到了1：10。但本零件結構上還是比較簡單的，對裝夾要求也高，一般的通用夾具上就能完成，可以采用平口鉗之類的通用夾具進行裝夾。

1.2 刀具選擇

銅合金材料硬度低，但耐磨韌性比較高，在加工過程中容易粘刀產生切削瘤。所以在選擇刀具需要考慮到其刀具的鋒利程度、剛性。一般我們常用的銑刀為高速鋼銑刀和硬質合金銑刀，硬質合金比高速鋼銑刀整體性能高很多，特別是剛性和使用壽命比高速鋼高6到80倍，線速度也要高4到7倍，更適合高速切削，對本薄壁類零件更適合。

刀具的直徑一般按照圖紙最小內圓弧為參照，經量選擇刀具直徑大的銑刀進行加工，有利于提高加工效率、增加刀具的使用壽命等。但針對薄壁類零件的精加工需要考慮刀具的直徑越大徑向的切削受力也會更大，使用需要考慮到受切削力的影響選擇刀具直徑小的進行薄壁類零件的精加工。在保證刀具有效長度的情況下本零件用的刀具為Ф4的硬質合金大螺旋角（60°）的刀具作為本零件的最后精加工所用的刀具。

2? 加工工藝分析

加工中心對薄壁類加工工序一般遵循按薄壁頂面優(yōu)先，粗加工和精加工分開的原則，即薄壁面的加工線先粗加工再半精加工然后通過時效處理后進行精加工。具體工序安排如下：

①薄壁頂面加工。先安排薄壁頂面加工，如果先安排薄壁側面加工再安排其頂面加工會導致刀具在加工頂面時受到其橫向或者徑向的切削力使加工過程中刀具和零件發(fā)震，其工件產生薄壁零件的變形。所以需要有為加工的材料作為支撐，這樣能有效的解決在加工薄壁類頂面的時候使工件產生變形的情況。具體工步為先用Ф38的面銑刀光上表面→Ф16 R2的牛鼻刀加工到31? 0/-0.1深度7的臺階面→Ф10 R2內R銑刀（成型刀效率高，加工表面質量好所以選擇成型刀加工R2圓弧倒角）加工R2圓弧。

②粗加工。粗加工的目的是為了提高加工效率，快速的切削掉多余材料。針對薄壁類的特殊零件粗加工留給半精加工余量要比一般產品大一些，防止粗加工切削時因切削速度快、背吃刀量過大造成浪刀過切等現(xiàn)象。電極類零件材料都是銅合金，表面沒有發(fā)硬的氧化皮，所以粗加工我們選擇順銑進行加工。順銑加工比逆銑加工走刀平穩(wěn)不易發(fā)震。走刀方式也不宜采用平行走刀方式要采用環(huán)繞式走刀，環(huán)繞式走刀能有效降低刀具切削時對薄壁面直接的沖擊力，減少薄壁變形。刀具也應該選擇有足夠剛性的，針對本零件粗加工我們選擇Ф10的硬質合金刀具進行粗加工（螺旋角可以選擇45°刀具，有利于粗加工排屑）。粗加工余量單邊留1mm左右。

③半精加工。一般產品我們加工往往會跳過半精加工，粗加工后就直接精加工處理。但薄壁類零件比較特殊，半精加工不可省略。原因是半精加工可以加工掉粗加工留下的過多余量（Ф10的刀具留下的余量還是挺大的），如果留下過多的余量精加工又要考慮變形使用直徑比較小的刀具，在直徑比較小的刀具碰到大余量時就容易崩刀。再是考慮到在加工前原材料的內應力相對來說是在于一種平衡狀態(tài)，但在加工后去除了一些材料后，會打破零件本身的內應力的平衡狀態(tài)，這時工件需要重新達到內應力的平衡狀體，所以外形就發(fā)生了變化。所以一般這類對精度要求比較高薄壁類的零件在粗加工后都需要安排內應力的時效處理，然后進行精加工。綜上所述半精加工我們選擇Ф6硬質合金銑刀進行加工，余量單邊留0.1mm左右。

④精加工。精加工是最為關鍵的一環(huán)，其走刀路線和切削用量的選擇直接決定著零件的合格率。剛切削切入時，切削力會顯著變大這時對于薄壁類零件的沖擊就很大極易產生變形。所以我們需要細化走刀路徑，保持刀具切入角恒定，減小刀具的徑向受力過大產生變形。其次切削起點我們一般選擇剛性比較好的區(qū)域，如圖1零件圖所示通過有限元分析中間的明顯比旁邊的剛性高十幾倍，所以我們可以選擇零件中心R角處進行切入切出處理。走刀路線也應該遵循順銑加工，加工用分層銑削加環(huán)繞走刀式，可以有效降低刀具對薄壁的沖擊力。切削用量也應遵循高轉速低進給的方式減少其變形。注意，在粗加工后精加工前需要進行時效處理，防止內應力發(fā)生變化而影響精度。

具體工藝參照工藝卡片如表1所示。

3? 加工中的注意事項

3.1 切削液的使用

薄壁類零件在加工過程應考慮到其熱變形因素，在加工過程中應充分使用合適的切削液。切削液可以有冷卻、潤滑、沖洗和防銹的作用，對于本產品切削液作用更加明顯，不僅有上訴這些作用還可以起到降低切削阻力的作用，對薄壁類零件作用非常大。所以我們可以根據該零件的材質和刀具的要求，選擇合適的冷卻液，通過充分澆注冷卻液，降低切削溫度，減少工件的熱變形。切削液還能有效的輔助排屑，防止在加工硬度低的有色金屬時常出現(xiàn)的切削瘤等現(xiàn)象。在精加工過程中也要時刻關注切削液是否正常，切削液不正常時精加工中必須先暫停加工防止工件報廢。

3.2 編程控制精度研究

加工中心的精度控制一般以數控機床加工零件過程中，當粗加工或者半精加工結束后，只要對精度誤差進行一次修調，就可保證零件的加工精度。但我們在實際加工中由于產品批量大小，裝夾方式的不同，加工工藝的不同，相應的編程方法也會有區(qū)別，需要我們靈活運用。有時候需要考慮機床反向間隙誤差、夾具誤差、定位基準誤差等綜合考慮。在銑床編程上我們保證精度在同一個工步中一般是通過修改刀補進行的，所以在編程時使用尺寸數據經量按照折中進行編寫，有助于通過修改刀補的同時有效的控制本道工步中所有的尺寸。如圖1零件圖所示，編程時應該把56mm和30mm尺寸編寫為55.95mm和29.95mm，進行編寫。

4? 結語

電極類薄壁類零件只有解決變形問題才能保證產品精度和質量。通過實際加工和理論綜合分析，我們針對多個變形因素綜合考慮對其工藝進行研究優(yōu)化，提高了加工效率并獲得良好的加工精度。

參考文獻：

[1]杜家熙.數控加工工藝[M].機械工業(yè)出版社，2009.

[2]周文玉.數控加工編程及操作教程[M].中國輕工業(yè)出版社，2008.

[3]王森林.薄壁類零件加工變形的解決工藝方法[J].鍛壓裝備與制造技術，2014（3）.