面薄壁零件数控加工技术研究论文

面薄壁零件数控加工技术研究论文

　　摘要：含有负角度型面的薄壁件具有普通薄壁件的难加工特点，而且对于负角度型面的加工，在一次装夹下难以完成加工，而采用多次装夹的加工方法既降低了零件精度，又影响了加工效率。因此，研究合适的含负角度型面薄壁零件加工工艺，不仅能有效提高零件精度，而且能够提升加工效率，对实际生产具有重要意义。

　　关键词：薄壁件；负角度型面；复杂曲面；加工工艺

　　随着科学技术的发展，各种新工艺和新技术不断涌现，机械加工工艺正朝高质量、高生产率和低成本方向发展。各种新工艺已突破传统的加工范畴，可以加工各种复杂的型面和某些具有特殊要求的零件。数控机床的问世，提高了形状复杂的零件加工的生产率及加工精度[1]。计算机数控编程使得数控机床与实际生产紧密相连，可以通过计算机对数控程序进行校验，检查刀具运动轨迹正确与否，判断加工参数选择是否合适等。通过在计算机上进行仿真加工，检验数控加工程序代码，具有直观、快速且不需要额外费用的优点，对缩短产品的试制周期、提高数控加工效率具有十分重要的意义。

　　1薄壁件加工变形概述

　　随着航空工业的发展，航空薄壁件越来越多地在航空工业中得到广泛应用。但是，薄壁零件强度低、刚性差、在铣削中易变形，不易保证零件的表面质量[2-3]。而在加工过程中，薄壁零件的变形问题尤为突出。引起加工变形的原因很多，不仅与材料的特性有关，还与零件的结构特性以及加工过程中的装夹、加工参数及切削路径有关[4-6]。因此，选择合理的装夹方案和加工参数，采用合适的工艺方法是克服薄壁件加工变形的重要手段，特别是面对含有负角度型面的薄壁件加工时，合理的工艺方法显得尤为重要。本文以某型机静气动弹性试验刚性模型中导流片为例（见图1），对某些含有负角度型面薄壁零件数控加工技术进行研究和探索。

　　2导流片数控加工技术研究

　　导流片材料为30CrMnSiA，经热处理后，强度σb≥1080MPa，由图2可知，导流片薄壁处型面与底面在XY、XZ方向上均存在夹角，在XZ方向上，薄壁与底面成85.25°锐角，而且薄壁厚度处仅有1.49mm。该零件精度要求为±0.1mm。

　　2.1加工难点分析

　　型面存在负角度且为薄壁，易单向受力产生变形，加工时存在以下难点。

　　2.1.1零件加工需经多次装夹在一次装夹下，普通立铣刀无法加工负角度型面，需经过多次装夹才能达到加工目的，增加了装夹次数，使装夹累积误差增大。

　　2.1.2薄壁加工易单向受力产生变形加工薄壁时，刀具单方向对型面施加切削力（见图3），使零件易产生单方向变形，而且加工薄壁零件时产生的振刀、卷边等难题也将凸显，使零件精度难以保证。2.1.3根部为直角，清根困难由于薄壁型面根部为直角，人们无法通过铣削清根，需要依靠钳工手工修锉，增大了工作量，延长了加工时间，降低了零件精度。

　　2.2工艺解决措施

　　2.2.1使用等高线切削方式避免薄壁单向受力采用等高线分层切削方法（见图4），使切削力同时分布在型面两侧，避免了零件单向受力，减少了零件的单向变形，提高型面加工精度，使得最终尺寸能够满足零件需求。

　　2.2.2使用五坐标加工中心对零件清根采用T型铣刀虽然可以在一次装夹下完成零件的铣削工作，但是由于圆形刀片根部为圆角，而零件根部为直角，圆形刀片无法完成清根操作。为清除零件根部余量，达到零件最终尺寸要求，采用五坐标加工中心对零件进行清根。通过机床主轴的摆角，五坐标加工中心可完成斜面清根。对该零件进行清根时将机床主轴旋转4.75°，采用平底立铣刀即可完成清根，如图5所示。

　　3结论

　　针对导流片的数控加工探索和研究，本文得出以下几点结论：选取T型铣刀，采用等高线分层铣削，克服了锐角面干涉问题，使零件能够在一次装夹下完成铣削，减少了装夹次数，降低了因装夹引起的累积误差；切削时避免了薄壁单向受力，使加工时的切削力分布更为均匀，减少了因切削引起的变形，能更好地满足零件型面要求；采用五坐标清根，使零件根部能够在数控机床上得以加工完成，避免了钳工手工修锉，大大提高了零件加工效率，更好地保证了零件精度；经三坐标检测，采用上述加工方法，使零件型面精度保证在±0.1mm以内。

　　参考文献

　　[1]徐新胜.机械产品变异性控制及其若干关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2007：11.

　　[2]辛顺强，叶海潮，王聪康.航空薄壁件三维铣削过程的有限元仿真[J].制造技术与机床，2010，（4）：120-123.

　　[3]胡志明，王仲奇，吴建军，等.航空薄壁件铣削加工铣削力预测方法研究[J].机床与液压，2008，36（3）：1-4.

　　[4]于金，杨贵武.航空薄壁件铣削有限元分析[J].机床与液压，2011，39（21）：136-137.

　　[5]车现发.高强度铝合金航空薄壁件铣削加工变形控制的工艺研究[D].南京：南京航空航天大学，2011：6.

　　[6]万敏，张卫红.薄壁件周铣切削力建模与表面误差预测方法研究[J].航空学报，2005，26（5）：598-603.

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