浅谈薄壁零件的铣削加工技术要点

杨建伟

摘 要：薄壁零件的数控铣削加工因薄壁件自身的特点决定了其加工难度极大，制造工艺复杂。本文就薄壁件的特点及加工方法理论进行分析，提出薄壁零件的数控铣削加工中变形控制的相应措施及改善方法。

关键词：薄壁零件加工；数控铣；加工变形

薄壁零件在工程上应用广泛，具有重量轻、强度高、造型美观等突出特点，薄壁零件按照空间几何形态通常可分为以细长轴为代表的二维薄壁构件和以薄壁件为代表的三维薄壁零件。此类零件的共同特点是受力形式复杂，刚度低，加工时极易引起误差变形或工件颤振，从而降低工件的加工精度。特别是当零件的形状和加工精度要求较高时，对振动、切削力大小及波动、切削温度、装夹方式均十分敏感，往往未加工到规定的尺寸，零件已经超出了精度要求，因此，薄壁零件的加工制造难度极大，成为国际上公认的复杂制造工艺问题。

1 薄壁零件加工技术发展的现状

薄壁零件在现代工业技术中占有很重要的战略意义，国内外的学者专家都做了很深入的研究。欧美等制造业比较发达的国家针对薄壁零件的结构特点，应用的技术主要有：（1）从加工工艺系统的整体刚度考虑，提出充分利用零件的整体刚性变形控制方案；（2）在机床方面，提出了平行双主轴联动精度控制方案；（3）在装夹方面，提出了用低熔点合金填充或使用真空夹具精加工零件的方案；（4）在切削用量方面，提出了变进给速度加工方法，通过工艺方法实验与计算机模拟仿真相结合，提高效率和可靠性；（5）采用有限元仿真预测加工变形，再利用数控补偿技术进行适当主动误差补偿，从而提高薄壁零件的加工精度。而在我国，由于缺少高精的理论计算和相关的试验数据，在这方面的研究还处于起步阶段，无论是振动加工技术还是高速切削技术都是处于摸索阶段，缺少必要的工艺技术数据，在实践中应用还不深入精准。在实际生产加工中，大多采用低转速、小进给、多次空走刀等方法控制加工变形，应用手工或三坐标检验。

2 薄壁零件的加工方法

随着工业的高速发展，各类薄壁零件已經越来越多的应用于各种机器与场合。由于薄壁零件的结构形状特殊性，在其加工过程中受工件材料等诸多因素的影响。引起变形的因素有很多，如加工过程中的受力变形、工件内部产生的残余应力变形、加工中的工件装夹变形等等，所以，在薄壁件的加工中，变形是不可避免的。薄壁件的实际加工中，虽然工件的变形是必然存在的，但我们可以对变形进行控制，可以采取一些相应有效的措施，使变形量降到最小，达到零件加工的误差的范围内。

采用小进给量、大切削速度的高速加工切削形式，可降低加工中工件受到的切削力，同时使大部分的切削热被高速飞离工件的切屑带走，进而降低工件温度，减小工件的热变形。在薄壁件的加工过程中，相对普通数控加工，高速切削加工可省去半精加工、实效处理等其它环节的辅助时间，进而缩短了工件的加工周期，提高了生产效率。

3 薄壁零件的加工变形的控制措施

通过理论研究和生产实践，在实际生产中可以采用以下方法来减小铝合金薄壁件在高速切削加工中的变形：

3.1 振动时效工艺。振动时效工艺对有效的降低残余应力40%以上，并且峰值降低，残余应力均与化，减小变形，满足尺寸加工要求，提高零件的加工精度。

3.2 对耳形薄壁件采用三个辅助支撑。采用三个辅助支撑加工后的零件与标准件间的误差相差仅为2%左右，表面无明显的振纹，加工精度表面质量好；少于散的辅助支撑加工表面会产生明显的振纹，而更多的辅助支撑虽能更好的抑制薄壁件的加工震动，但同时增加了夹具的复杂性，不具有经济性。

3.3 柔性辅助支撑。利用射流产生的冲击力抵消薄壁件在加工过程中产生的切削力。提高零件的工艺刚性，减小零件变形和抑制工艺系统振动。柔性支撑不会破坏工件，不会产生压痕等机械损伤，不会将支撑部分的误差映射到工件上，同时由于射流作为介质，射流本身就具有冷却、润滑、清洗和防锈的作用，同时降低切削热，避免刀具工件的干涉。但柔性辅助支撑需要具有具备喷射的喷流机构，另外还需依据不同的厚度确定喷流的压力的大小，这些具体的参数需要具体的计算，对操作者的经验要求较高。

薄壁零件的加工，因其结构特点与工艺要求，成为数控铣削加工的技术和技能难题。小进给量、大切削速度的高速加工切削形式，是目前主要的解决薄壁零件的加工方法，辅以有效的加工辅助措施，才能更好地控制加工变形，保证切削的质量，达到相应的数控铣削的技术要求。

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