數(shù)控銑加工精密薄壁零件分析

張家益

（東莞理工學(xué)院城市學(xué)院，廣東東莞 523000）

0 引言

航空航天國防領(lǐng)域?qū)τ诒”诹慵男枨罅吭黾?。薄壁零件剛度差、加工工藝性低、銑削加工容易彎曲和變形。薄壁零件是在對整塊鋁板加工切除材料比例超過90%之后產(chǎn)生。薄壁零件銑削加工要求高精度，需要切除大量金屬，工件壁薄，導(dǎo)致剛性低，銑削加工控制變形，提升銑削效率。薄壁零件的高精密銑削加工，工件表面質(zhì)量受刀具和走刀方式的影響，要達(dá)到圖紙的精度和表面粗糙度值，須結(jié)合薄壁零件特點(diǎn)選擇刀具和走刀方式。對薄壁、圓弧過渡面等零件特殊位置，設(shè)置特殊的走刀方式。優(yōu)化走刀路徑，減少空刀、提刀以及重復(fù)路徑，提升加工質(zhì)量和效率。

1 數(shù)控銑削加工薄壁零件的工藝與質(zhì)量分析

1.1 數(shù)控銑削加工薄壁零件質(zhì)量

數(shù)控銑削加工由機(jī)床、刀具、夾具、零件等構(gòu)成，幾何誤差、受力變形、受熱變形、振動變形等因素，影響零件的質(zhì)量。薄壁零件剛度較低，在銑削加工過程中，外力使工件變形。粗加工時(shí)，切削力大、溫度高，零件較大形變。控制好工件因?yàn)閯偠鹊?、毛坯?nèi)應(yīng)力釋放以及裝夾變形、裝卸回彈等因素所導(dǎo)致的形變，保證數(shù)控銑加工精密薄壁零件的質(zhì)量。

1.2 數(shù)控銑削加工薄壁零件工藝

數(shù)控銑削加工薄壁零件分為粗、半精、精及鉆孔加工。粗加工考慮毛坯的尺寸，確保加工間距是刀具直徑的75%，對工件整體粗開，包含平行銑削、等高外形銑削和挖槽式銑削。粗加工加工方式是挖槽式銑削；半精加工，粗加工切削深度較大，可能出現(xiàn)材料殘留過多的情況，因此刀具選擇，考慮殘留材料，保證半精加工不斷刀，選擇直徑8 mm 的平底刀；等高外形加工環(huán)節(jié)，確保刀具在同一平面內(nèi)沿輪廓加工；精加工采取球刀加工，合理控制刀具切入點(diǎn)的線速度，設(shè)置合理的轉(zhuǎn)速，提高銑削加工的質(zhì)量?？准庸ぐ凑沾蛑行目住@孔和擴(kuò)孔的順序，選擇深孔啄鉆，促進(jìn)排屑；球刀加工在零件的反面圓角銜接部位會留下殘余材料，清角加工使用平底刀。

1.3 數(shù)控銑削加工薄壁零件的難點(diǎn)

加工<1 mm 薄壁件，外力的影響導(dǎo)致壁面出現(xiàn)外偏甚至開裂，可能出現(xiàn)粘刀事故。薄壁件存在圓弧加工位置，加工難度大，尤其是反面加工圓弧的另一半時(shí)，易出現(xiàn)偏差。

2 提高數(shù)控銑加工精密薄壁零件質(zhì)量的措施

2.1 提高精密薄壁零件的剛度

增加薄壁零件壁厚提高剛度，緩解銑削中的加工形變和裝夾形變。工件內(nèi)部增加易去除的物質(zhì)提高工件的剛度，例如可以使用低熔點(diǎn)合金或澆灌石膏等物質(zhì)來加固工件，合理選擇冷卻液，避免與加固的物質(zhì)產(chǎn)生溶解或反應(yīng)。數(shù)控銑加工精密薄壁零件的質(zhì)量與定位夾緊的方式及裝夾有關(guān)，提高加工精度和表面光潔度，能夠提高接觸的剛度。使用高彈性模型材料，能夠提高加工精度。

2.2 合理選擇加工刀具

合適的加工刀具保證數(shù)控銑加工薄壁零件的加工精度和質(zhì)量，加工部分表面凹陷零件時(shí)，在半精加工和精加工環(huán)節(jié)使用球形刀頭，提升薄壁零件加工的表面質(zhì)量。粗加工使用平端立銑刀或者是圓角形狀立銑刀。精加工控制粗開刀具的運(yùn)行范圍，保證工件的圓角半徑＞刀具半徑。粗加工遵循大直徑原則，確保后續(xù)的精加工環(huán)節(jié)有足夠操作空間。

2.3 合理選擇走刀策略

制定科學(xué)的走刀策略。薄壁零件的裝夾及工件強(qiáng)度受數(shù)控銑加工步驟的影響。薄壁零件的數(shù)控銑削加工，隨著銑刀逐漸去除材料，使切削過程逐漸達(dá)到最佳剛性的狀態(tài)。數(shù)控銑削加工走刀過程中，控制加工材料處于被對稱切除的狀態(tài)，遵循分層切削、小切深、中進(jìn)給的原則，加工大腹板時(shí)，采取分布環(huán)切的方式，確保數(shù)控銑削加工精密薄壁零件剛性，高效合理的切割工件。

2.4 合理的裝夾方案提高精密薄壁零件的品質(zhì)

裝夾設(shè)備所產(chǎn)生的裝夾力，導(dǎo)致工件形變，工件內(nèi)部出現(xiàn)裝夾應(yīng)力場，并且發(fā)生位移。銑削刀具加工工件時(shí)，出現(xiàn)過度切削或者切削不到位，工件的表面會出現(xiàn)幾何誤差形變，影響精密薄壁零件的加工品質(zhì)和加工精度。剛性不足的精密薄壁零件，裝夾問題是導(dǎo)致形變的主要因素。裝夾方案直接影響薄壁零件的加工精度、表面品質(zhì)、加工效率以及生產(chǎn)成本。按照薄壁零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工技術(shù)要求制定科學(xué)的裝夾方案，分析計(jì)算薄壁零件加工中所受力及發(fā)生的形變，確定容易出現(xiàn)形變的薄弱環(huán)節(jié)。合理選擇加工工件的夾緊力、夾緊方式以及定位方法，降低工件在銑削過程中的綜合作用力與力矩，提升薄壁零件的剛度，降低薄壁零件的裝夾變形與切削振動，提高工件的幾何精度。

2.5 選擇合適的切削參數(shù)，確保高效穩(wěn)定的加工

數(shù)控銑削加工過程中，切削參數(shù)的選擇影響到切削力和切削熱，切削參數(shù)由刀具材料、工件材料、機(jī)床、數(shù)控系統(tǒng)性能、加工品質(zhì)以及工件表面精度等因素決定。數(shù)控銑削參數(shù)的選擇，影響銑削加工的效率、銑刀刀具的耐用度、工件的加工品質(zhì)及成本，有經(jīng)驗(yàn)的數(shù)控編程人員，需要具有從諸多影響因素中尋找到最佳平衡點(diǎn)的能力。數(shù)控銑削加工，合理確定刀具的每齒進(jìn)給量，保證工件的加工品質(zhì)和效率，降低刀具磨損的速度。調(diào)節(jié)每齒進(jìn)給量，調(diào)整切削力的大小，減少加工誤差，實(shí)現(xiàn)對精密薄壁零件的高品質(zhì)加工。

2.6 合理增加柔性輔助支撐

精密薄壁零件加工受切削力影響，射流產(chǎn)生的沖擊力抵消銑削加工所產(chǎn)生的切削力，達(dá)到提升工件工藝剛性、降低工件變形、抑制系統(tǒng)振動的目的。采取柔性支撐不會破壞精密薄壁零件，不會出現(xiàn)壓痕等機(jī)械損傷，更不會把支撐部分的誤差映射到工件。因?yàn)橐陨淞髯鳛榻橘|(zhì)，具有冷卻、潤滑、防銹和清洗等作用，可以降低數(shù)控銑削加工過程產(chǎn)生的熱量，避免刀具和工件的干涉。采取柔性輔助支撐依賴能夠噴射的噴流機(jī)構(gòu)，按照不同厚度確定合理的噴流壓力，需要進(jìn)行具體的計(jì)算，要求操作者具有豐富的操作經(jīng)驗(yàn)。

3 結(jié)束語

精密薄壁零件的數(shù)控銑削加工工藝在不斷的改革創(chuàng)新，合理的選擇刀具，確定科學(xué)的走刀策略，制定有效的裝夾方案，提高精密薄壁零件剛度，減少銑削加工中的形變，提高精密薄壁零件加工的精度及效率。