封闭腔薄壁曲面件数控加工技术初探

张向鹏

摘 要：数控加工作为机械加工中精加工的一种，且具有加工范围广，加工精度高等优点，是机械加工的未来发展方向。不可否认的是，未来的机械加工将会普遍采用数控加工。而封闭腔薄壁曲面件的加工是也是属于精加工的，不管从那个方面来看都应采用数控加工的方式进行。在加工的过程中，合理的改进加工工艺能够降低对于机床本身的要求，也可以对机床的加工范围进行拓展。本文将研究分析封闭腔薄壁曲面件数控加工的工艺流程，并探讨如何拓展普通机床加工能力的实际方法。

关键词：数控加工 封闭腔薄壁曲面件 工艺加工

Preliminary Study on NC Machining Technology of Thin-walled Curved Surface Parts in Closed Cavity

Zhang Xiangpeng

Abstract：As a kind of precision machining in machining， CNC machining has the advantages of wide machining range and high machining accuracy. It is the future development direction of machining. It is undeniable that CNC machining will generally be used in future machining. However， the processing of closed-cavity thin-walled curved parts is also a finishing process， no matter from which aspect， it should be carried out by CNC machining. In the process of processing， reasonable improvement of the processing technology can reduce the requirements for the machine tool itself， and can also expand the processing range of the machine tool. This article will study and analyze the technological process of CNC machining of closed-cavity thin-walled curved surface parts， and discuss how to expand the actual method of ordinary machine tool processing capabilities.

Key words：CNC machining， closed-cavity thin-walled curved surface parts， process machining

1 引言

正如“科学技术是第一生产力”，技术工艺只有不断的改进和创新才能够使生产力得以提高。与此同时，有计划的生产工作效率才会更高。工艺加工制造也是如此，只有对其进行改进创新，合理的规划才能够保证产品的生产效率以及其生产利润。那么在封闭腔薄壁曲面件的加工方面，也应该进行合理的规划，对工艺进行改进和创新，可以起到减少高端机床需求，扩大厂家加工范围的有利影响。那么，如何合理的规划工艺流程和措施呢？下面的内容将对某型机的外涵加工进行介绍以及数控加工进行介绍。这能帮助我们更好的了解封闭腔薄壁曲面件的相关工艺流程。

2 工艺流程的相关介绍

2.1 数控加工的相关介绍

对封闭腔薄壁曲面件进行加工制作，就需要采取数控加工的技术。那么，什么是数控加工呢？

数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，即用数字信息来控制零件移动以及刀具位移的机械加工方法。虽然，与传统机床加工相比，工艺规程基本相同。但也发生了一些变化。数控加工可以高效的解决很多方面的问题，例如：零件品种的多变性、批量小、形状复杂、零件加工精度高等。数控加工主要控制内容包括5大方面。（1）机床：起动以及停止。（2）主轴：启停、旋转方向和转速的变换。（3）进给运动：方向、速度、方式。（4）刀具：选择、长度、更换。（5）冷却液：开起、关闭。

数控加工的优势也显而易见，主要包括四个方面。第一点，减少了工装数量，零件的形状和尺寸改变，只需要修改相应的零件加工程序。这一点很符合新产品研制和产品改型的需要。第二点，加工的质量、精度高，重复精度也很高。第三点，满足多品种、小批量生产需求。第四点，可以加工利用普通机床以及常规方法难以加工的零件。例如：复杂型面以及一些无法观测的加工部位。

数控加工的劣势就是机床设备费用昂贵。并且维修也很难，需要相关维修人员具备较高的技术水平。

2.2 外涵加工的简单介绍

既然要介绍外涵加工，那么，什么是外涵加工呢？其实，外涵加工是一个仿造词。外涵，与“内涵”这个词很像，也就是模仿“内涵”这个词所创造的，一般指外在的相貌。因为现代的人看人看事常常不怎么注重内涵，那么外涵相较之下就显得很重要了。而外涵加工，其实就是对工件的外表进行加工。

2.3 封闭腔薄壁曲面的相关介绍

将多个曲面缝合成实体封闭曲面，并且保证曲面与曲面之间没有缝隙。这就是封闭腔薄壁曲面。

3 外涵工艺方法的相关研究

3.1 外涵加工的材料

首先，便是外涵加工所用的材料方面。加工封閉腔薄壁曲面件采用的是7075-T7351，这种材料的内型为三维的曲面，与此同时，它的外型也是三维的曲面。并且，外涵材料的内腔有凸台以及负角度的曲面。还有值得注意的一点就是外涵材料的壁厚的分布也是不均匀的。壁厚的最大值可达41毫米，而壁厚的最小值却比1毫米还小。与此同时，外涵材料的型面精度是±0.1mm，所以外涵材料对于加工精度的要求比较高。在加工的操作过程中，有很多加工的难点，对此，我们也研究探讨了相关的解决方法。

3.2 外涵加工的难点

外涵加工的过程中，难点主要有三个方面。

第一点，就是外涵材料的内型面和外型面都是曲面，这是一个很重要的难点成因。因为这种情况就导致了在对外涵材料进行加工的过程中缺少定位的基准，加上对于加工的要求比较精细，使得加工的难度很大。

第二点，封闭腔薄壁曲面件存在一段负角度的曲面。可是在用五轴机床进行加工的时候，机床会因为封闭腔薄壁曲面件的内腔的空间十分狭小而且很深，出现进刀困难的情况。与此同时，凸台根部的余量清除起来很是困难，又因为它本身就与刀具存在干涉的情况，这便又增加了加工操作的难度。

第三点，因为在将外涵材料分开后，会出现工件的曲面倾角的剧烈变化，这使得加工难度进一步升高。并且所加工的工件的厚薄是不相同的，这对于加工过程又是一大挑战。

3.3 外涵工艺的相应加工方案

在整体进行加工的方案很难完成的情况下，便可以考虑将零件一分为二。将零件的各个部位逐步进行粗加工，这大大减少了对于高级机床的需求，并且效果十分显著。再者，就是将加工零件分阶段来完成内腔的加工检测。具体实施就是将内腔作为基准，在各部分零件螺接为一体后再对所加工零件的外部进行相关的加工以及检测。然而，这一解决方案虽然降低了加工的难度，但是与此同时零件的加工又面临着另一个问题。也就是当两个分体都是开口的薄壁结构的情况下，由于分体本身的曲率大，变形也大。而且当要把两个分体相互合拢时容易发生错开的情况。那么，针对这种情况，也有相对应的解决方案。

3.4 针对工件的分件问题的解决措施

关于如何解决分体在合拢时容易发生错开的情况，解决措施主要分为以下两个部分：

第一点，就是对工件的分件在合拢时容易发生型面错位问题的解决措施。可以采取4个销钉定位的方法以及8个螺钉固紧的连接方式，这样，在合模时型面就可以得到很好的吻合了。

第二点，针对分件的曲率大，变形大的解决措施。因为外涵材料的内型面和外型面都是曲面，因而在工件装夹的定位基准方面难免会有所缺失。而且，值得注意的是，如果将夹头设置在了零件最薄弱的地方，那么在去夹头的时候，就会很容易产生变形，从而导致工件制作的失败。所以，在设置夹头的位置时要遵循以下两个原则：

第一，能够满足零件方便找正并且方便转换的位置作为基准进行零件的装夹。因为封闭腔薄壁曲面件的型面十分复杂，可以在零件的两侧分别设置好方形夹头。这样，就可以在分面加工时更加方便的将加工原点进行统一。在合模后，要参考内腔检测数据对基准进行精修，以保证内型面和外型面基准的相同。

第二，夹头应便于去除且刚性不宜过强。如果仅注重夹头刚性的增强，也就是增加夹头位置最薄处的壁厚。这种措施确实使得加工的刚性增强了。但是，夹头去除时并不方便。很容易发生应力变形。并且还需对壁厚进行加厚的地方进行返工。

因而，可以选择在零件的两个端面设置八边形夹头。

首先，利用装夹工具去除夹头。并且经过相关的测验结果证实，这种去除装夹的方式仅会在工件薄壁处产生少量的变形，也就是在0.05毫米到0.08毫米之间。并且经过精确的位置计算，是可以實现将基准转换至安装槽中心的。并且，进给运动时选择微量进给可以实现对最终型面的精确加工。

接着，经过分步装夹，以零件对称中心为原点旋转夹头的角度等一系列操作，来进行八面装夹的加工。

然后，对所采用的四方夹头提前进行铣断减薄的处理。这样就可以避免在去除夹头时产生工件变形的情况。

最后，封闭腔薄壁曲面件的壁厚不均匀。封闭腔薄壁曲面件的最薄处不足1毫米，这就导致工件在进行铣削的过程中容易发生变形以及卷边的情况。工件的高度落差可以达到110毫米，这也导致了切削力的变化比较大，不好控制。所以要进行分区分块铣削。壁厚区域的刚性好。普通数控程序进行加工。薄壁区域的刚性差。要选择小直径的刀具缓慢进刀。这样就可以减少切削力，也就可以避免薄壁曲面的变形以及卷边情况的发生。

经过这一系列的改进与完善措施，再依照所改进的方案进行加工生产，最终通过了相关的测验，工件的相关指标已经可以很好的达到了。

4 结语

正所谓“磨刀不误砍柴工”。对于制造工艺进行改进和完善对于提高生产效率有着很大的作用。我们要对与工件加工工艺的改进和完善加以重视，并加大相关的投入。与此同时，在对工艺进行改进和完善的过程中要灵活运用相关问题的处理方法，减少对于高级机床的需求，降低生产成本。对于封闭腔薄壁曲面件的加工工艺的改善正是如此。

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