数控铣在典型薄壁零件加工中的应用及其质量管理

乔建伟

（陕西航空职业技术学院，陕西 汉中 723102）

数控铣在典型薄壁零件加工中的应用及其质量管理

乔建伟

（陕西航空职业技术学院，陕西 汉中 723102）

薄壁零件主要在各工业部门使用，其质量较轻，并且结构较为紧凑，能够有效节省材料。但是，薄壁零件的加工较为困难，其对于各种影响因素较为敏感，在加工过程中非常容易变形，从而无法满足精度需求，进而对产品的质量造成了影响，此方面是机械加工过程中的主要难点。在此背景下，对薄壁零件加工的难点进行了分析，结合零件加工实例，介绍了数控铣在薄壁零件加工中的使用方法。

数控铣；薄壁零件；质量管理；刀具轨迹

铝合金的结构构件较薄，并且具有较高的强度和耐腐蚀性，能够有效满足飞行器高机动性和高速对零件的要求。此种零件目前一般使用传统方式加工生产，但是因为薄壁结构的形状较为复杂，而且刚度较低，从而导致加工过程中的工艺性较差。

一般在对此种零件进行加工的过程中，为了使工艺的精度能够得到有效保障，都是最后精加工之后实现关切。此种方式就增加了工时，导致生产效率降低。所以，以下就在薄壁零件加工过程中使用数控铣，从而克服薄壁零件加工过程中的问题，提高加工精度。

1 模型创建

本文研究薄壁零件的参数为：100×80×30（mm）为零件的毛坯尺寸，零件具有多种加工特点，比如通孔、椭圆形凹曲面、凸台等，属于铝合金材料，加工的要素主要包括岛屿、平面、孔类及腔槽。

1.1 零件实体造型

通过CAХA软件实现薄壁零件实体造型的创建，详见图1.

1.2 刀具轨迹

薄壁零件在加工过程中的重点主要为分析、研究并且掌握零件的变形特点，从而在工艺制造过程中避免零件出现变形的问题，有效保证零件加工工序的质量。零件加工的工艺过程主要包括准备毛坯、粗加工和精加工3个阶段。粗加工和精加工之间可以实现一次或者多次的半精加工和时效处理，其主要目的就是将夹紧力、切削力及零件自身的应力予以消除，从而使精加工之前的零件变形，以此提高零件成品尺寸及行位公差的进度。其主要操作步骤为管理轨迹、加工各常用零件，之后将相关的参数填写到弹出来的对话框中，然后选择需要加工的曲面[1]。

1.3 零件处理

本文所研究的双面零件在加工过程中的难点为正面六边形岛屿及2 mm的薄壁加工，因为薄壁中存在圆角，那么在选择刀具的时候可以通过立铣刀实现粗加工和精加工，并且在两者之间进行一次半精加工。背面椭圆形的凹曲面可以使用球铣刀实现参数的粗加工和精加工，先对正面进行加工，之后对背面进行加工，从加工之后的装夹全面考虑，从而便于加工及装夹。

图1 薄壁零件实体造型

2 机床加工

2.1 机床的加工条件

数控铣床是以普通铣床为基础安装数字控制系统，能够通过程序代码对铣削加工机床进行精确的控制。它能够以零件的尺寸、形状、粗糙程度和精度等多种技术创建加工工艺，选择合适的加工参数。使用手工编程或者相关软件实现自动编程，将编程之后的程序输入到控制器中，之后实现处理，将指令传送到伺服装置中，之后将控制信号发送到伺服电机中。主轴电机能够实现刀具旋转的控制，并且还能够使工件和刀具根据设置的轨迹运动，以此对工件进行切削[2]。

本文所研究的零件使用立式数控铣床进行加工，并且零件是一种平面零件，所以要使用通用夹具。通用夹具不需要调整或者只是稍微调整就能够对工件进行装夹，本文使用精密机械平口钳。在选择刀具的过程中，因为刀具在经济数控加工过程中的测量、刃磨及更换都是通过工作人员实现的，占用的辅助时间比较长，所以就要对刀具的顺序进行合理的安排。在安排刀具顺序的过程中，要避免刀具的数量过多，并且刀具的装夹支护要完成刀具能够实现的加工部位，首先实现曲面的精加工，之后实现二维轮廊的精加工[3]。

2.2 装夹及找正

在零件程序编辑之后，还要对其进行装夹及加工，在夹具中安装零件毛坯，使用平口钳夹紧。在工件安装及加工过程中，要注意的是，夹紧的工具松紧度得当，可以使用加工之后的平面作为基准面；同时因为工件精度的要求比较高，工件和圆形转台就要使用百分表对中心进行校正，从而有效满足公差精度的需求。利用寻边器实现X方向和Y方向的找正，并且对Z方向进行找正，将刀面和工作面相互重合，在机床控制面板中输入坐标值。

2.3 切削加工

在数控机床中输入编辑之后的程序，在Z轴方向台中实现加工的尝试切削，如果坐标和程序都没有问题，就要实现薄壁加工。在完成正面之后对装夹寻边器进行重新找正，然后实现反面的加工。最后将零件卸下[4]。

3 薄壁零件加工的质量管理途径

3.1 零件刚度的提高

在薄壁零件数控铣加工过程中，提高其强度和刚度能够有效提高薄壁零件的抗应力，从而有效减少加工装夹的变形及加工变形。可以使用具有高弹性模量、浇液和浇灌石磨等多种方式，有效提高零件的壁厚和刚度，从而避免零件出现受力变形的问题。同时，因为薄壁零件加工方式及工艺刚度具有密切的联系，所以就要提高工件和工装表面的光滑度和精度，从而有效提高接触刚度和材料刚度[5]。

3.2 走刀及加工的优化

薄壁零件数控铣加工过程中的顺序及走刀策略与零件结构具有密切的联系，为了避免零件在加工过程中出现变形，就要制订良好的质量控制策略：①实现加工顺序的合理设计，从而减少加工过程中的变形；②采用合理的加工顺序，在工件装夹方便和定位可靠的基础上，在加工不断进行的过程中降低自身和工艺的刚度，从而降低加工过程中的变形。

在刀具选择过程中，要求刀具具备耐磨性、高硬度及良好的经济性，并且还要求其具备高温力学的稳定性和耐热性。在薄壁零件加工过程中，要以加工条件为基础选择相应的刀具材料，并且还要求刀具能够有效满足切削的速率要求。目前，刀具材料普遍使用硬质合金，为了能够实现复杂结构刀具的制造，要选择切削能力及耐磨能力较强的材料。

3.3 工艺路线的合理性

数控铣在薄壁零件加工过程中的工艺参数及路线的合理设计会影响到零件的变形情况，为了减少加工零件的变形，在加工过程中要使夹具加工稳定，从而有效减少夹装的变形及切削变形。

夹具夹紧力要最大，薄壁材料的加工要根据装夹方案、切削力及冷却方式合理实现，以此有效控制材料加工因素，避免在零件加工过程中导致材料出现变形[6]。

4 结束语

本文对数控铣在薄壁零件加工中的应用进行了分析，它能够快速实现薄壁零件的加工，并且提高加工的质量和效率，在生产实践过程中具有较多优势。最后提出了薄壁零件加工过程中的质量管理方式，以保证零件加工精度，从而为今后薄壁零件的加工提供一定的借鉴。

［1］刘春，孙杰，刘凯，等.聚氨酯泡沫辅助加固钛合金薄壁件铣削性能研究［J］.航空制造技术，2017，530（11）：93-98.

［2］孙程成，王亮，侯吉明，等.钛合金薄壁件圆角数控铣削质量控制［J］.航空制造技术，2010（15）：74-76.

［3］徐洪彬.浅析刀具半径补偿在薄壁零件数控铣削加工中的应用［J］.内蒙古科技与经济，2015（1）：93-94.

［4］王建新，袁方，滕玉光.应力环类薄壁零件的数控铣削加工［J］.中国科技博览，2014（47）：44.

［5］杨传勇，刘磊，王天宇.基于UG数控铣加工质量控制要点［J］.科技创新与应用，2016（34）：113.

［6］廖玉松，韩江.铝合金薄壁件铣削加工精度控制研究［J］.组合机床与自动化加工技术，2015（5）：113-117.

乔建伟（1982—），男，陕西岐山人，大专学历，初级职称，研究方向为数控领域。

〔编辑：刘晓芳〕

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