薄壁零件的加工振动分析与加工工艺优化对策

李洋

摘 要：机械制造技术、数控加工技术等的发展与进步直接催生了薄壁零件的产生与应用，与传统零件相比，薄壁零件有着诸多的优势，在现代工业领域有着广泛的应用。文章在简单介绍薄壁零件基本内容基础上，对薄壁零件的铣销加工振动、数控加工精度影响因素进行了详细分析，并提出了薄壁零件加工工艺的优化对策，以期能够提高薄壁零件数控加工精度，改善产品质量，优化加工工艺。

关键词：薄壁零件；铣销加工；振动；加工工艺；优化

中图分类号：TG506 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）21-0010-02

虽然薄壁零件在现代工业生产中占据十分重要的地位，但其在加工过程中，因零件本身结构、形状的复杂，加工工艺的不够成熟，及加工过程中会受到振动等因素的影响，使得薄壁零件数控加工的精度与加工质量常常会受到不利影响，难以满足工业生产要求。

若薄壁零件数控加工精度与质量得不到保证，那么行业发展将会受到严重限制。所以，分析薄壁零件加工振动与加工工艺至关重要。

1 薄壁零件基本内容

壁非常薄的零件即为薄壁零件。薄壁零件采用数控加工工艺的步骤主要包括三部分，即设计编程、加工和成品检验。

设计编程阶段就是对欲生产的薄壁零件结构、形状、规格等进行设计，并对该零件的加工工艺进行编程；

加工阶段就是按照设计要求利用事先编好的程序对薄壁零件进行数控加工；

成品检验阶段就是对加工好的薄壁零件成品的质量、精度、规格等进行抽样检查与合格验收[1]。

对于这种零件要满足薄壁条件，就意味着零件的强度与抗变形能力会变差，而在薄壁零件各种工艺加工过程中，热处理、铣销、硬化处理等流程均会造成薄壁零件的变形，所以加工精度控制在薄壁零件生产加工过程中是非常重要的一环。

2 薄壁零件的加工振动分析

2.1 薄壁零件的铣削加工振动

在薄壁零件加工过程中，受零件本身特性的影响，铣销加工时零件往往会因受到刀具铣销力的作用而发生弹性偏转，从而容易产生加工振动，对薄壁零件的加工质量与精度带来负面影响，降低零件成品合格率。

所以，在分析薄壁零件加工振动时，由于铣销加工刀具所产生的铣销力是造成加工振动的一个最主要原因，因而需要重点分析铣销力这一因素[2]。

在实际分析时，首先应对零件的加工振动情况进行分析，然后开展铣销实验，在实验中建立一个薄壁零件振动模型，在该模型下模拟实际加工条件，对产生的铣销力进行判断并与实际误差进行比较，若结果偏小，则说明模型有效，假设成立，那么在实际加工时就可以按照该模型进行加工。

2.2 薄壁零件数控加工精度的影响因素

结合实践经验，从薄壁零件的加工过程来看，零件自身结构特性、处理工艺、使用刀具、装夹方式等都是影响薄壁零件数控加工精度的主要因素。

由于零件本身壁薄，抗变形能力差，强度低，材质本身轻薄，因而在外力的作用下很容易发生变形、弹性偏转等现象，这就会引起加工振动，而加工振动的产生无疑会严重影响薄壁零件加工精度。例如，零件装夹装置，当装置受到外力作用时，零件在夹紧的状态下就会形成与装置类似的形状，导致薄壁零件形状发生改变，按照原来的程序可能就会出现不适应现象，影响薄壁零件加工精度[3]。

不同刀具切入角度对薄壁零件所产生的变形影响也较为明显。由于刀具类型、角度的不同对薄壁零件表面粗糙度产生的适应性也不同，在数控机床加工或铣销加工过程中，主偏角角度大小直接决定着薄壁零件径向切削力的受力情况。

3 薄壁零件加工工艺的优化对策

3.1 合理选择刀具等加工工具

刀具的类型、刀具路径、切入角度等都会给薄壁零件数控加工精度带来影响，只有刀具类型适合，刀具路径与角度设置合理，薄壁零件的数控加工精度才能得到有效提高，质量才能得到较好保证。

所以，优化薄壁零件加工工艺，合理选择刀具非常重要[4]。为保证刀具选择的恰当合理，在选择时首先应对车床的类型进行充分考虑，根据不同车床选用相适应的刀具，如对于车螺纹一般适宜选用机夹刀，对于外圆的精车一般适宜选用90度合金刀具，对于镗孔用镗刀以机夹刀为宜等。

合理选择刀具不仅能够较好的满足薄壁零件刚性要求，而且可以较好的避免加工过程中因刀钝而换刀情况发生。在保证刀具选择合理的前提下还应对铣销参数进行合理设计，包括铣销深度、铣销力大小、铣销速度等。

3.2 充分考虑零件的结构特性

由于零件本身的结构特性也是影响薄壁零件数控加工精度的一个重要因素，所以在优化薄壁零件加工工艺时需要对零件的结构特性进行充分考虑。

首先，对零件材质的特性进行充分考虑，思考薄壁零件在加工过程中可能承受的铣销力大小，然后对零件的结构、形状、应用场合等进行综合考虑，科学设计零件结构与形状，确保零件在该领域有着良好的适应性。

此外，还需考虑的内容有零件加工精度、装夹位置，夹紧力大小等，深入分析装夹可能给薄壁零件带来的变形，对精密薄壁零件的定位、装夹位置进行重点分析，预测装夹位置可能给零件带来的外力大小与作用方向，以便对零件铣销加工方式、刀具路径与速度等进行合理设定。

通过对零件本身结构特性的充分考虑，提高薄壁零件对数控加工工艺的适应性与抵抗性，提高薄壁零件数控加工精度，优化零件加工工艺。

3.3 改进零件装夹方式

装夹装置给薄壁零件产生的装夹力是影响薄壁零件数控加工工艺水平与加工精度的重要因素之一，改进装置对零件的装夹方式，可以减小装夹力对薄壁零件数控加工工艺的影响。就加工实际情况而言，若薄壁零件刚度较小、强度较低，那么在数控加工过程中，装夹力较大就容易造成零件变形。

实际上，除了装夹力之外，支撑力也会对薄壁零件产生一定影响[5]。支撑力的存在是为弥补薄壁零件本身刚度较小一缺陷，若支撑力过大不但不会起到支撑的作用，反而会增加薄壁零件外力作用。

因此，通常情况下支撑力应作用在薄壁零件强度较小的表面之上，而装夹力应作用在薄壁零件刚度较大的表面之上，通过装夹力与支撑力的合理布置，从而起到一个良好的弥补作用，改进薄壁零件装夹方式，实现薄壁零件数控加工工艺的优化。

对于装夹装置与装夹位置的改进，需要在进行大量详细数据分析的基础上，由专业人士制定出一套具体的、切实可行的改进方案，实现装夹装置与装夹位置的改进。

3.4 修正刀具路径

刀具路径作为影响薄壁零件数控加工精度与质量的重要因素之一，有必要对给薄壁零件加工精度造成负面影响的路径进行修正。

在薄壁零件正常加工过程中，对于刀具路径的确定首先得对薄壁零件的变形情况进行充分考虑，因为薄壁零件变形情况直接影响着零件自身的加工质量，而其变形程度在一定程度上由刀具路径所决定。

在充分考虑加工过程中夹紧与铣销可能对薄壁零件造成的变形及回弹量前提下，通过试验等方式不断对刀具路径即入刀位置与切割方向进行调整和修正，并对刀具路径进行补偿，使刀具路径对薄壁零件加工时所产生的变形等影响降至最低限度。

由于薄壁零件铣销加工是一个动态的持续进行的过程，因而对于刀具路径的修正也应随时跟进。这就需要加工人员对薄壁零件加工过程中的状态进行全面细致的观察，只要状态出现偏差就立刻修正刀具路径，确保刀具路径在整个加工过程中均被控制在正确的轨道之上。

总之，刀具路径的修正是提高薄壁零件数控加工精度，优化加工工艺的一个有效手段。

4 结 语

在我国推动经济、技术发展过程中，作为汽车、航空航天、工业等诸多领域主要机械零部件的薄壁零件，在其中发挥着巨大的作用。

随着社会的不断进步，相关制造企业应总结经验教训对薄壁零件加工工艺、数控车车床、铣销加工工艺等进行不断优化完善，以提高薄壁零件加工精度和加工质量，为国内航空航天、工业等的发展注入新的生机与活力。

参考文献：

[1] 朱婧怡. 基于加工误差综合分析的薄壁件工艺顺序及参数优化方法 研究[D].上海：东华大学，2010.

[2] 俞松.薄壁零件的加工振动分析与加工工艺研究[J].品牌，2014，11：292.

[3] 刘学航，周为，周文超，等.振动频谱分析协助下薄壁零件加工工艺参数 优化[J].机床与液压，2015，08：38-40+43.

[4] 姜晓华.薄壁零件冲压模具加工工艺过程可靠性分析[D].沈阳：东北大 学，2010.

[5] 韩前卫.航空航天薄壁框体零件的高效加工工艺分析[J].装备制造技 术，2012，11：79-81.