数铣加工薄壁零件的工艺设计

陈春燕

摘要：薄壁零件一般是指由薄型板或者壳和加强肋构成的轻量化结构，整体强度高、重量轻、造型美观，在工程上得到日益广泛的应用。在进行薄壁零件的铣削加工过程中，需要在前期对工件进行加工工艺的优化，同时对加工的品质进行分析。为了使加工过程更加平稳、加工品质更高，不仅要控制加工变形，还需要根据加工的工艺路线改进其工艺流程，使走刀的策略及加工的工序得到進一步优化，从而提高加工工艺系统的刚度，保障加工零件的质量。基于此本文分析了数铣加工薄壁零件的工艺设计。

关键词：数铣加工；薄壁零件；工艺设计

1、薄壁零件特点

整体的那种薄壁工件其刚性好，相对重量较轻，而且比强度高，所以薄壁工件越来越多地应用在工业生产中。尤其在汽车、国防等工业领域得到越来越广泛的应用。目前薄壁工件正在向着极薄化、大尺寸化和复杂化的研究方向发展。

薄壁件一般是由侧壁和腹板构成，结构复杂、体积较大、相对刚度较低。不同的薄壁工件具有不同的结构组成特点，而目前来说，薄壁件可以分为以下几种：

（1）整体薄壁件：这种薄壁件一般应用于航空航天领域比较多，较多的应用在航天器、飞行器的机舱机身等部位，主要由侧壁和腹板以及凸台等结构构成。它的优点就是加工精度高，整体质量较轻，能够提高各装配件的安装精度；缺点就是整体件的提加大，加工工艺复杂，不易控制其变形。（2）梁类零件：梁类零件是飞行器的重要受力部件。随着对现代飞行的性能要求把控标准的提高，对于梁类零件的性能方面的要求也提出了更高的要求，不仅要减轻自身的重量，同时还要保持自己的性能。梁类零件的构造都比较复杂，从它的横截面形状来看，有工字型、u字型以及更加复杂的截面形状。所以对于梁类零件的加工难度将更大，对于加工过程中零件的变形也很难控制，所以要保证加工精度以及加工要求同时加工出合格的工件的难度较大。（3）框体类零件：一般认为框体类零件由侧壁和腹板构成，框体类零件壁厚一般在1.5-2mm之间。一般来说框体类零件的联接部分是结合槽口。框体类零件一般作飞行器机构中的横向承力件，同时又是支撑机身和保持机身径向外形的主要构件。

2、数铣加工薄壁零件的工艺设计

2.1根据加工材料的结构特点，对工艺路线进行改善

实际加工过程中，需要使用刀具对零件的外形进行变形控制。切削过程中，不单会使加工材料受到形变，进而被切除，还会使工件产生回弹而出现让刀现象，最终影响工件的加工精度。在薄壁零件加工过程中，为了使加工的形变受到一定控制，必须有效降低切削力及装夹变形，最终保障加工在不同切削力下的稳定性，而装夹力也需要按照最大的切削量进行。所以，若想满足零件的精度要求，则需要使用粗加工和精加工相互结合的方式进行零件的加工和制作。

2.2优化加工的走刀策略及加工顺序，进而降低切削中的热力耦合作用

在进行材料的刀具切割过程中，材料将产生一定的弹性和塑性变形而消耗功率。同时，在工件及后刀面的表面将产生剧烈的摩擦，导致切削过程中产生大量的热，最终使各个加工部件受到不均匀的力量产生变形，影响加工零件的品质。而薄壁零件的加工效率以及变形受走刀策略的影响较大，若加工的走刀路径不同，工件内部残余应力的释放顺序也不相同。此外，在加工中切削热和切削力的相互促进下将产生新的应力，这个新的应力与原工件中的残余应力的耦合作用不同，最终导致工件出现不同程度的变形。加工路径在选择过程中需要保障加工的材料被对称切除，而腹板加工中需要采用环切走刀的形式，使加工的应力变得均匀化。同时，刀具的加工路径要尽量保持平滑，这样才能最大限度地减少急转急停的现象。加工顺序的科学合理，将减少加工零件的变形概率。

2.3选择较为合适的加工切削参数值，最终稳定工件的加工

在进行铣削加工的过程中，薄壁零件的切削效果和实际加工中的参数选取具有一定的联系。这不单和刀具材料的选取有关，还和机床以及数控系统的种类和性能有关。而铣削用量的参数选取还将影响加工效率，对刀具造成的影响也不同。究竟对哪些参数造成影响，还需要经验较为丰富的人员找到其中的参数交叉点。而数控铣削加工中的刀具每齿进给量的合理性还将保障材料的品质，最终提高加工的效率，减少加工中的加工器具磨损。对每齿进给量的调节可以调整加工中的切削力，最终减少加工误差。这对于精加工十分重要。

2.4加工的控制

2.4.1粗加工。选取合适的毛坯，进行整体开粗，曲面刀具路径有挖槽式铣削、等高外形铣削和平行铣削3种可选，根据本零件的设计要求，这里我们选择挖槽式铣削，因为挖槽式能够将零件的大部分设计的轮廓加工出来，而且走刀和抬刀次数少，这样缩短了刀具路径，能够有效地提高效率。应用挖槽式铣削进行粗加工时，原则为边界外下刀，因此边界的选择尤为重要，最需要注意的就是薄壁部分，精加工时铣刀直径较大，容易造成变形，因此粗加工时余量需多留一些。

2.4.2半精加工。半精加工的主要目的为去除粗加工所剩余的残留料，避免残留料过多而影响精加工，这里我们选择等高外形铣削的方式。加工时刀具对平面xy进行轮廓切削，完成一个平面后刀具沿z轴平移，进行下一个平面切削直至完成。

2.4.3精加工。根据零件设计选用球刀，切削间距进行控制，切削时刀具切处的速度选择相对较小，这样的设计能够保证零件的表面质量。

总之，随着数控加工行业技术水平的飞速提高，各行业对零件的需求也不断的发生着改变，目前对于高精度的薄壁零件的需求越来越广泛。薄壁零件具有结构紧凑、重量轻、节省原材料等特点，但由于其特殊的构造也给加工过程带来了一系列的问题，因此进一步加强工艺设计的研究非常有必要，需要引起我们的重视。