薄壁曲面零件数字化制造优化技术研究

彭应征

(益阳职业技术学院，湖南 益阳 413000)

0 引 言

根据曲面零件的分类以及加工方式，分析薄壁曲面零件数字化制造中存在的问题，根据存在的加工问题，笔者提出优化薄壁曲面零件数字化制造技术的有效策略。不仅分析高速切削机床的性能和优势，还提升曲面零件加工的质量以及效率，更好地提升加工精度。

1 课题研究的背景意义

随着社会经济的快速发展，人们生活质量的不断提高，对产品也提出了更高的要求。随着航天事业以及电子消费品的迅速发展，产品零件上较多使用了自由曲面元素，如：玩具、头盔、飞机和汽车的线型设计等，在产品零件中融入自由曲面的元素也更加的广泛。同时，在产品中设计中融入曲面，更能让产品朝着轻、薄、小发展，提升空间利用率，促进现代化航天事业快速发展。机械制造业在国民经济发展中占据着重要的地位，它可以有效的提升国际市场竞争力，也是衡量一个国家现代化技术水平的重要象征。因此，研究薄壁曲面零件数字化优化技术，不仅可以提升我国现代化技术水平，也能提高产品质量和加工效率，对我国汽车、航空等多个领域的发展有着重大的意义。

2 曲面零件的分类

曲面零件一般分为两种，立体曲面和直纹曲面类零件。在机械加工过程中，利用空间曲面加工的一面称之为立体曲面零件，其不能展开成平面的形式，在粗加工过程中煤科院通过高速刀提升加工质量和效率，精加工过程中，利用球刀加工，在加工过程中，刀与立体曲面之间是点基础，通常情况下，立体曲面加工需要使用3轴及多轴的数控加工中心进行加工。什么又是直纹曲面类元素呢？是以直线为主要线，按照规律进行移动形成的曲面，也像立体曲面一样，不能展开平面，但是在数控中心加工时，曲面可以与刀具之间成为线接触，从而更好的提升加工效率和精度，且选择使用5轴加工方式，此外，在没有5轴联动加工时，可以使用3轴加工方式，但是会降低加工效率和质量。

3 薄壁曲面零件数字化制造中存在的问题

3.1 缺乏专业的数控编程技术

薄壁曲面高速加工的数控编程核心技术是刀具的规划和生成，根据研究调查表明，传统的道具很难承受过大的冲击荷载，这也是目前薄壁曲面高速加工中存在的最大问题。现阶段，在高速加工刀轨中存在两个问题，连续刀轨中的尖角不够光顺，而光顺的螺旋刀轨又无法做到连续性。其缺陷问题是加工周期长，施工质量差，效率低。

3.2 缺乏合理的加工方式和夹具

在薄壁曲面加工过程中，缺乏合适的曲面零件夹具，对整个薄壁曲面零件的加工有着严重的影响，不仅影响加工质量，还会降低加工效率。同时，高速加工时采用不合理的切削方式会直接降低切削效果，延长了道具使用寿命，材料切除了也提升了5倍左右，其次，降低切削力还能降低振动幅度，而低频率对表面粗糙的曲面影响很大，所以在高速加工中可以有效的防止传统加工产生共振效果，这种方式很适合薄壁程度较弱的加工零件。此外，根据上文所述，高速加工方式在加工刚度较弱的零件即曲面加工具有良好的优势和效果，不仅可以提升加工效率，还能促进加工质量和精度的提升，因此，在加工薄壁曲面零件过程中，可以采用高速加工方式。

4 优化薄壁曲面零件数字化制造技术的有效策略

在传统的工艺加工中，为了减小和消除各种因素对零件变形的影响，保证加工精度和质量，在加工过程中，增加了多道处理程序消除加工应力，导致加工成本变高，加工周期延长。因此，采取集中优化技术措施和手段，提升加工效率和质量，缩短工期，节省加工成本，成为了优化传统技术的重点。

4.1 高精度和高质量

高速切削加工技术对高速切削加工机床系统的要求非常高，高速刀削加工技术的加工精度比普通数控加工中心加工出来的质量和精度都要高，其加工效率也较高。在切削的过程中，影响零件表面的质量主要是因为产生的振动以及切削刀的刀刃质量以及材料组织的问题等。高速切削刀与普通切削刀相比下，加工速度快，材料变形速度快，表面不易变形。其次，高速加工对刀具系统的动平衡要求很高，因此，加工出来的零件质量和精度非常好，加工效率也相对来说比较高。本文采用的高速铣削加工技术，可以控制加工零件中的变形，省去粗加工以及各种热处理程序，不仅缩短了加工周期，还在加工过程中将应力控制在最小的水平，为薄壁零件的加工奠定了基础保障。

4.2 自由曲面真空夹具技术

在薄壁零件的加工过程中，薄壁曲面零件夹具是其中关键的技术之一，对薄壁零件的加工质量和效率有着重要的影响。在实际加工刚性较弱的薄壁零件时，如果没有合适的夹具，那么切削过程中将会极其不稳定，会降低加工质量。同时，曲面夹具都存在一个共同的缺陷是，为了提升夹具的均匀性，夹具和曲面接触点都是以保证良好的接触刚性，在很大的程度上很难保证很多接触点的均衡夹紧，因此，夹具在设计上面临着很大的挑战，对曲面夹具也提出了更高的要求，不仅要求夹紧各个接触点，还需要保证夹具的密封效果。为了解决以上问题，本文提出了自由曲面真空夹具，适合各个自由曲面，其结构进行了专业特殊的设计和磨合，并且自带真空吸附功能和定位功能，有效的改善了夹具和曲面之间的接触点效果，对于薄壁零件在汽车、航天领域的应用和发展具有重要的意义。

5 结 语

总而言之，对薄壁曲面零件进行加工过程中，为了有效的提升零件的加工部精度和质量，首先，在实际加工过程中，应针对于刚性较弱的零件选择高速切削方式，同时选用真空夹具技术去应用到自由曲面当中去，从而提高加工效率，降低加工成本。此外，使用合理的加工方式和夹具去进行薄壁曲面零件的加工，提高尺寸精度和质量，从而更好的实现薄壁曲面零件数字化技术的优化，促进汽车、航天等多个领域的快速发展，也有效的推动国民经济的快速发展。