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典型薄壁零件数控铣削加工工艺

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