薄壁深腔零件数控铣削加工技术探究

徐恒

摘要：随着科学技术的发展和进步，机械零件的制造技术也在不断发展。薄壁零件的质量比较轻，使用的材料比较少，是工业生产中常用的加工工艺。同时，薄壁零件也存在刚度较低的现象，在加工环节中容易变形。部分零件对精度的要求比较高，在加工的过程中，任何环节出现失误都会造成零件不符合标准，造成零件精度不能够满足生产要求，影响零件制造加工质量。因此文章以薄壁零件为研究对象，详细探讨深腔曲面数控铣削加工技术。

关键词：薄壁零件;深腔;数控技术;铣削加工

在薄壁深腔零件制造加工中，机械加工工艺受到普遍的关注，需要了解其存在的问题，采取相应的措施。薄壁深腔零件具有比较低的刚度和强度，在加工的过程中，由于多种因素的影响出现变形的问题，影响零件加工质量。薄壁深腔零件结构简单并且成本较低，应用比较广泛，在实际的加工中，任何环节出现问题都会造成零件产品质量问题。因此，需要加强对薄壁深腔零件加工工艺进行探索，提高其加工精度，提高薄壁深腔零件加工工艺水平。

1薄壁深腔零件机械加工中精度影响因素

机械零件在加工中，实际生产的零件和设计中理想状态零件之间的误差大小就是机械的加工精度。在实际加工的过程中，加工零件和刀具之间的关系影响零件的加工精度。在加工的每个环节如果出现误差，会对薄壁深腔零件的加工质量带来影响。因此，需要了解影响机械加工精度的因素，采取相应的机械加工工艺。薄壁深腔零件加工的过程中，造成变形的因素主要有下面几个方面：首先，焊接方面的因素造成变形。薄壁深腔零件加工中，主要的组成部分之间需要采取焊接的方式，通常有钢板焊接和铝制零件。在实际的焊接中，部分焊接应力难以消除，产生不良的影响，造成机械零件变形。其次，装夹环节的变形。薄壁深腔零件加工的程序比较复杂，有着比较多的装夹程序，每个程序中需要进行相应的装夹措施，如果装夹的过程中没有按照标准和要求操作，很容易出现变形。再次，刀具因素造成的变形。在机械加工环节，刀具是一种常用的工具，进行零件的切割作业。在零件切割的过程中，产生相应的切割应力，需要做好相应的控制，在零件承受的范围内，如果出现零件的承受范围会出现变形。最后，其他方面的因素。薄壁深腔零件加工的程序比较复杂，在零件生产完成之后，需要进行相应的质量检验，由相关的质检部门检查出厂，压力测试是检查的必须环节，压力测试环节也是零件出现变形的+原因。

2实例分析

2.1产品结构及加工难点分析

某薄壁深腔框环类零件为芯级核心承力结构件，使用过程中需承受多重载荷的考验，其结构强度直接影响设备的稳定性。由于产品材料去除量大，异形截面型腔切削受力不均衡，机加工过程中切削应力累积与释放造成侧壁变形较大，导致产品切削效率低、尺寸精度稳定性差。加工难点分析如下：①薄壁深腔。网格型腔最大深度为96mm，網格圆角R15mm，型腔特征要求网格精铣。产品机加工过程中去除材料约70%，铣削时铣刀最大直径为32mm，最小长度为135mm（含40mm夹具高度），长径比大于4：1，属于典型深腔加工。②产品变形大。网格型腔铣削过程中，网格间隔板震动强烈，会有挤压变形。

2.2工艺方案

该产品机械加工过程中主要涉及车削和铣削两种加工方式，材料去除量大且材料切削主要由铣削完成，若仅安排一次铣削工序，长周期加工必然导致变形增大，增加壁厚超差风险。因此，根据产品特点和现有能力，安排进行两次铣削。为消除加工内应力、减小铣削变形，在铣削之前分别进行时效去应力，加强制造精度控制。此外，为消除时效引起的变形，在时效前后安排多次车削工序，并为铣削提供找正基准。以下仅探讨铣削加工方案。

2.3铣削

该产品型腔截面为梯形结构，若采取传统单层平面铣削方式，必然造成顶部斜面部分大量空行程，不利于生产效率的提高。因此，将其分为上下两部分，单独进行铣削。

（1）斜面部分的铣削。为提高铣削稳定性，减少刀具震颤造成的侧面粗糙，采用φ32R1.5铣刀进行粗铣。该铣刀为镶刀片式盘铣刀，中间芯部不具备切削能力，必须从零件外部进入。按照刀具使用规范，采取螺旋进刀方式，设定起始安全高度为1mm，单层切削深度0.4mm，然而进刀螺旋时间占网格铣削时间的40%，严重影响网格切削效率。为解决这一问题，将分层界面进行调整，将原斜面部分切削深度调整减少10mm，进而将中心位置螺旋进刀改为斜面外部指定点进刀，既避免了程序进刀时直接切削，又缩短了进刀路径长度。斜面部分剩余的10mm高度采用与底面型腔部分相同的加工方式，连续切削。

（2）型腔部分的铣削。网格型腔部分采用传统方式，由网格中心处进刀，沿外形轮廓逐层切削，直至型腔底面。然而，精铣时发现型腔侧壁拐角处存在明显振纹，不符合要求。分析认为，网格型腔高速切削时，在拐角处铣刀运动速度及方向发生改变，由于机床惯性影响造成刀具震颤，稳定性降低，影响切削表面质量，且该位置存在轻微过切现象。此外，拐角处切削时铣刀约1，4区域同时进行作业，铣刀与工件接触方式由线接触改为面接触，导致瞬时切削阻力骤增，进一步增大该处表面粗糙度值。因此，根据网格特点，定制φ28R5非标铣刀，网格拐角处R15mm圆滑过渡，平衡切削阻力，提高表面切削质量。网格型腔由螺旋进刀改为指定点直接进刀方式，有效避免了机床小范围内频繁“抖动”问题，提高切削参数，进一步提升切削效率，单网格铣削时间由193min缩短至158.3min，效率提升18%。

总之，随着机械制造工艺的快速发展，薄壁深腔零件加工提出新的要求。在机械加工作业中，需要做好薄壁零件加工精度的控制，尽可能降低零件加工的误差，减少零件加工过程中产生的应力，降低零件变形的概率，保证薄壁深腔零件的质量。同时加大对薄壁深腔零件机械加工工艺的探究，促进加工工艺的发展，提高机械加工的水平。