复杂薄壁异形零件数控加工工艺特征与要点

黄伟斌

（山东省日照市技师学院，山东 日照 276826）

复杂薄壁异形零件数控加工工艺特征与要点

黄伟斌

（山东省日照市技师学院，山东 日照 276826）

随着航天机载设备的重量以及空间大小要求的逐渐提高，使用了大量的复杂薄壁异形零件。零件在使用中由于刚性较差，不能满足实际的工作需求，同时零件不规则，由曲面构成，结构较为复杂，只能采用UG等三维软件数控编程加工。文章主要针对复杂薄壁异形零件数控加工工艺特征与要点进行研究分析，明确了各注意事项，以提高材料加工技术和材料质量，促进我国航天事业的发展。

薄壁零件；结构复杂；数控加工

在航天机载设备应用中，经常会出现因为重量以及空间问题不能满足航天机载设备需求的情况，由于零件的使用要求以及质量要求，对于这些零件的规格、形位公差要求十分严格，一定程度上增加了零件生产的难度。只有依据实际情况采取相应的措施，才能保证所加工的零件能够满足实际需求。

1 概述

在工作中，经常会用到一些厚度为 0.5mm、0.7mm、1mm 不等、长度为 120mm、145mm、250mm 的零件，零件表面粗糙十分粗糙，粗糙度大约为 Ra3.2；零件角度的精确度为 ±3′；尺寸精度±0.01mm；形位公差 6 级。结构基本上都会呈现出拉伸、剪切等，形状呈现不规则状，材料壁很薄，空间规格较大，材料整体的剔除量较大。此种零件在加工中，肯定都会受到热变形、切削振动等各种因素的影响，会导致零件形状、尺寸、精度、形位公差等产生不同变化，因此，只有对其加工工艺进行研究分析，对各个加工环节进行控制，才能保证零件的质量。

2 零件加工要点分析

2.1 选择合适的加工方法

在加工过程中，影响薄壁件加工质量的因素有很多，例如：零件加工时所选择的加工材料、零件结构等都会使得零件加工从产生一定的影响；残余应力也会对零件加工产生一定的影响，在零件加工开始之前，零件内部存在的残余应力都停留在衡状态，在切割状态下，原有的均衡状态就会被打破，只有通过形变才能寻找一个新的平衡点。在加工中，选择合适的加工方式，一定程度上可以降低零件形变现象产生的机率，同时还要对残余应力进行剔除。

2.2 选择合适的数控加工方式

在加工中，工作人员还要对零件加工路径采取相应的控制措施，如果路径所选择的不同，加工成形的零件形变也不相同。另外工作人员还应该对切削用量进行有效控制，假如切削用量较小，应该依据小切深以及高进给速度，同时，还要适当增加切割次以及走刀数量，切削中应该保证切削速度的均衡，能够有效减少切削力以及切削热。高速切割方式的切削力较小，并且零件的热变形较小，能够保证零件加工的精度以及质量。工作人员在具体加工中，要以 UG 环境为基础，采用 Vericut 软件对零件进行仿真，对零件进行检测，选择合适的参数。

2.3 保证工装与夹具的合理性

在设计中，工作人员需要进行综合分析，在零件周围设置定位元件以及夹紧元件，保证数控加工零件的稳定性，能够保证切割刀具的顺利，而且还能降低残余应力以及变形量，提高零件的质量。

3 提高复杂薄壁异形零件数控加工质量的措施分析

3.1 确定合理的加工流程

本文主要以 7075 铝合金为例进行分析，具体加工流程为：材料——铣——数控铣——热处理——数控铣——热处理——数控铣——热处理——钳——表面处理。在具体的加工过程中，工作人员为了除去残余应力，一共进行了三次数控铣，并且在三次数控铣中间还进行了三次热处理。

3.2 选择合理的刀具、铣削方法、铣削工艺

刀具选择工作具有重要意义，工作人员在刀具选择时，应该在以下原则上进行选择才能保证其合理性，平头铣刀在应用中，表面加工质量较好，并且工作效率较高。如果能够保证切削量，那么在曲面初步加工以及二次加工中，可选择使用平头铣刀。球头铣刀在应用中端部的切削速度是零，并且切削行与行之间的距离很近，因此，如果要提高加工精度，就应该选择球头铣刀。加工中，还要尽可能的减少刀具的使用数量，在同一部位加工中，尽量选择同一个刀具进行切割。在初步加工以及精加工中，刀具应该分开使用，并且要保证刀具的规格相同。

另一方面，在铣削次序确定过程中，应该遵循以下原则：首先，应该先对面进行处理，然后再对后孔进行处理；而且要先进行粗加工，再进行精加工；先对主要部位进行加工，再对次要部位进行加工；其次，要先进行铣，再进行钻；最后，先进行曲面精加工，再进行二维轮廓精加工。在加工工艺制定过程中，应该遵循的原则为：在零件粗加工以及半精加工中，工作人员应该现在采用质地较硬的合金双刃立式平底铣刀，并结合 UG 软件中的 ufacturing模 块， 采 用 cavity—lrIiU 铣 削 方 式 进 行 操 作，Cutlevels 选 Local Depthper Cut为 1mm，Stepover选 50%的 Tool Diameter 进行处理，能够提高零件表面加工质量以及切削效率。在粗加工中，应该选择采用 5°～ 100°螺旋进刀方法，径向进刀量应该控制在 6% ～ 8%，深度进给量应该控制在 5% 以下。在半精加工中，工作人员应该及时将刀具下沉至其它平面，并确定两层之间的距离最短，进行半精加工及精加工时要选择弧进刀方式操作，径向进刀量应该控制在 6% ～ 8%，只有这样才能避免过切现象出现。在精加工中，应该选择使用优质合金球头刀，把零件曲面按照最大外形U、V方向进行分割，分割为两组，刀轨方向的选择应该和最长轮廓线的方向保持相同；球头刀刀心速度控制在零才为磨削，所以在具体应用中，要求刀轴和零件底面具有倾斜角度，能够降低刀尖对零件造成的影响。同时，对 于 零 件 曲 面 的 不 同， 分 别 选 择 Cavity—mill中Ar.ea Milling、Surface Area、Boundary 进行加工。

精加工注意事项：（1）铝合金在加工中，硬化现象较为常见，吃刀量经验值大约在 0.05 ～0.1mm 之间，Cut1evels 可选择 Local Depthper Cut为 0.5mm，Stepover=0.05mm。（2）陡峭曲面需选择 Zevel Profilesteep 方式加工。若表面平坦，可以选择 Area Milling、Surface Area、Boundary 等方式加工。相交位在陡峭面上时，在加工过程中要及时降低接刀痕迹。（3）最终精加工过程中，铣削方向出现改变时，要防止出现突兀现象，确保 stepove 数值相同，保证不同曲面的相接处光滑。（4）球头刀在应用中，所行走的路线选择也十分重要，应该尽可能的避免在曲面上行走，因此，工作人员在 Drive Settings选 Pattem 为 Follow Periphery 时应该明确要点，Follow Periphery 走刀方式可显著减少进退刀次数，但却不能解决陡峭面进行退着走刀的问题，刀具折断的可能性较大；所以在该状况下应选择Parallel Lines走刀方式中的 zig-zag 走刀，将环切转变为行切进行加工。（5）精加工中，stepover属于半精加工的一半左右，呈 90°。（6）在加工型腔进行加工中，应该对加工顺序进行分析，可以减少变形以及应力。

3.3 选择合适切削用量

在加工中，技术工作中还应该对切削用量进行控制，首先，应该对每齿进给量进行选择。假设 fz表示每 齿进给 量，r 表示刀 尖半径，Ra表示表面粗糙度，那么三者之间的关系可以表示为：r2=(fz/2)2+(r-Ra)2。 那 么 表 面 粗 糙 度 表 示 为Ra=fz2/8r。其次，应该对主轴的转动速度以及切削速度进行控制，主轴的转动速度为：n=（vc×1000）/（∏ ×Dc）；切削速度表示为：vc=（∏×Dc×n）。在上述公式，vc表示切削速度，（m/min）；n 表示 主 轴 转 速，（r/min）；Dc表 示 刀 具 直 径， 单mm。在粗加工时，切削余量很大，要根据所使用的刀具以及每齿进给量数值，采取合理措施，保证削力呈现减少趋势，高速切削线速度要控制在 300m/ min 以上；精加工时期，还要对表面粗糙度进行研究分析，高速切削线速度应该控制在 450m/min。还 要 对 F 值 进 行 选 择，F=s×f，s=（vc×1000）/（∏ ×Dc）。在公式中，s主要指的是主轴转速n，单位为 r/min，f为每齿进给量，单位为 mm；以机床性能参数依据，精加工过程中，在已知f的情况下，很容就可以求得F的值。

4 结语

综上所述，在航天事业发展中，复杂薄壁异形零件数控加工的应用能够满足航天机载设备的重量以及空间大小的要求。在加工中，应该积极度从加工程流程、刀具、铣削方法、铣削工艺、切削用量等方面进行控制，制定有效改进措施，并且还要明确加工需要注意的问题，积极采取预防策略，才能保证复杂薄壁异形零件的加工质量，促进我国航天事业的发展。

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1671-0711（2017）03（下）-0172-02