典型薄壁零件数控铣削加工工艺

袁瑾

摘要：薄壁零件广泛地应用在各工业部门，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但薄壁零件很难加工，本文就针对薄壁类零件加工的困境，分析薄壁零件在加工中存在的易变形、零件尺寸精度、位置精度及表面粗糙度不易保证等技术问题，为更好的铣削薄壁零件提供了依据及借鉴。

关键词：薄壁零件；加工工艺；变形；装夹

铝合金整体结构件具有薄壁化、轻量化、强度高和耐腐蚀的特点，可有效满足飞行器高速、高机动性对零件的要求。这类零件目前大量采用数控铣削的加工方法生产，但由于薄壁结构形状复杂，相对刚度较低，故加工工艺性差。一般加工此类零件时，为保证工艺精度，一般采用在最后精加工之后，进行无进给光切几次，这样无疑增加了工时，降低了生产效率，还容易因刀具后刀面与工件间的积屑瘤造成加工表面粗糙。下面就以铣削加工时产生变形的原因和控制方法进行了研究。

1.产生变形的原因

薄壁件由于本身结构相对复杂，壁薄，质量较小，同时精度要求高，刚度和强度也有一定要求，这导致其易受切削力和切削振动及装夹力、切削热的影响。在选择毛坯时，尽量选用消除了内应力的原材料。

2.工件的装夹条件

刚性较差的薄壁结构件，装夹是引起加工变形较重要的一个因素。薄壁件的数控铣削中，装夹方案的优劣，将直接影响加工的精度、表面品质、劳动生产率和生产成本。在制定薄壁零件装夹方案时，应首先根据零件的结构特点和加工技术要求，进行加工过程的受力和变形分析与计算，找出最易变形的薄弱部位；同时要特别注重定位与夹紧方式、夹紧力的选择，使工件所受综合作用力和力矩尽可能小，从而提高零件工艺刚度，减小零件的装夹变形及切削振动，最终达到提高工件几何精度的目的。

2.1加工残余应力

零件在加工过程中，由于刀具对已加工面的挤压、刀具前刀面与切屑、后刀面与已加工表面之间的摩擦等综合作用，使零件表层内部产生新的加工残余应力。残余应力是一个不稳定的应力状态，当零件受到外力作用时，外力与残余应力相互作用，使其某些局部呈现塑性变形，截面内的应力重新分配，当外力作用去除后，整个零件由于内部残余应力的作用发生变形，这种切削过程中残余应力的重新分布引起的工件变形，对加工质量产生重要影响。

3.减少薄壁件变形的途径和方法

3.1提高薄壁零件的工艺刚度

薄壁零件数控铣削加工中，增大薄壁零件的刚度与强度，能够有效的增强薄壁零件的抗应力能力，从而减小加工装夹变形与加工变形。增强薄壁零件强度大的方式有：①采用浇液、浇灌石磨等方式，在加工件内部填充一些容易去除的物质，从而增大零件壁厚，提高刚度；②采用具有较高弹性模量的材料，能够有效的提升零件刚度，从而避免受力变形；③因为薄壁零件的工艺刚度与加工方式有关，因此提升工装与工件之间的有效加工精度与表面光洁度，能够提升接触刚度，从而增强材料的刚度。

3.2优化走刀策略和加工顺序

薄壁零件数控铣削加工的加工顺序以及走到策略，对于零件的结构具有直接的影响，为了避免材料变形，应该做好如下的质量控制措施。首先 设计合理的加工顺序，可以有效地减小加工变形。选择良好加工顺序的总体原则，是在保证工件方便、可靠定位和利于工件装夹的前提下，随着加工的进行，最大限度地减少自身刚度和工艺刚度的降低，使加工过程在刚性较好的状态下进行，以减小加工变形。

其次刀具的选择，加工中，刀具材料以及曹局结构对切削具有关键的影响，因此所选择的刀具，应该满足高硬度、耐磨性以及经济性的相关要求，同时需要具备耐热性以及良好的高温力学稳定性。对于薄壁材料来说，需要根据加工条件选择合适的刀具材料，并且保证刀具满足切削速率的要求，尺寸结构满足机床的要求。当前硬质合金已经成为刀具材料的主流，为了制造具有复杂结构的精密刀具，应该选择具有良好切削性能以及耐磨能力强的高硬度刀具材料。而刀具结构需要根据零件的结构选择，由于零件的刚性差，因此刀具应该满足切削力与切削精度的要求，从而保证零件加工质量。

3.3制定合理的工艺路线

薄壁零件数控铣削加工的工艺流程以及工艺参数的设定，对于零件的变形具有重要的影响，为了有效的控制加工变形，应该在加工过程中，保证夹具的稳定加工，从而尽可能的降低切削力与夹装变形。夹具的夹紧力必须按照最大切削量进行计算，从而确定夹紧力的值，在加工过程中，应该采用粗加工—精加工的工序进行加工，因为粗加工留下较大的切削余量，因此需要有效的进行热处理工序，消除零件残余应力，从而提高零件的稳定性。薄壁材料在加工过程中，应该悬着合理的切削力、合理的装夹方案以及冷却方式，从而对材料的加工因素进行有效控制，避免加工过程造成的材料变形。

3.4选取合理切削参数，高效稳定地加工

在确定切削参数时，通常根据加工品质及刀具和工具材料，先根据铣刀切削速度和主轴直径确定主轴转速，然后参阅手册选择铣刀每齿进给量，再由铣刀刃数代入式计算得到刀具的进给速度。

3.5薄壁零件的高速加工

薄壁零件高速铣削的优点是切削力小，所以在加工薄壁零件时工件产生的让刀变形相应的减小，易于保证零件的尺寸精度和形位精度；高速切削时由于切削热大部分由切屑带走，工件温度升不高，工件的热变形小，这对于减小薄壁零件的变形非常有利；刀具的激振频率提高使激振频率避开薄壁结构工艺系统的振动频率范围，从而避免切削振动，实现平稳切削；刀具伸长度短，刚性好。可见高速加工确实具有相当的优越性。但它也存在一定的缺点，单个刀具成本比较高，机床系统要求高，刀具平衡性要求高，主轴寿命比较短。较硬的金属就不适合高速切割加工的方法。

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