刍议复杂薄壁异形零件数控加工工艺特征与要点

摘要：工业领域的技术发展和现代制造业的需求，使得薄壁异形零件的加工数量、使用需求也在不断提升。本文主要从当前制造业、工业领域的生产加工背景为基础，探究薄壁异形零件的数控加工方法和要点，首先在明确薄壁异形零件特点概念的基础上，分析在生产加工的过程中，影响其效率和质量的因素，并提出利用板压装夹技术、消减打磨等技术来进行改进优化，不断深化了解此类零件的数控加工办法以及工艺特点等，进而来不断完善行业人员的技术标准和注意事项。

关键词：薄壁异形零件;数控加工;方法;特点

引言：

国内工业制造业的发展，机械零部件的制作工艺要求也越来越高，技术也向着精细化的方向发展。零部件加工处理办法的日渐成熟，如当前的航空航天设备仪器、医疗设备、车辆设备等，可能都会涉及到薄壁异形零件的使用和加工。但是由于这些零件的性质特点，结构刚性问题、零件不规则、曲面多等都是需要克服的加工难点。所以对于相关企业、技术人员需要不断的深化加工工艺，完善生产措施，才能进一步保证零件的质量和应用需求。

1、薄壁异形零件的加工难点

薄壁异形零件与常见的零件有很大不同，一般会与常规的零件外形有较大的差别，而且零件的直径常常也会薄于常规的零件，基本都是使用在特殊的机械设备当中。这类零件的直径一般都会在0.3mm--1mm不等，厚度也往往在1mm以内，所以制造加工的要求要远远高于常规的零件。所以说，这类的零件常常都是投入到高精尖的电子设备仪器当中，但是由于零件本身的规格特性，导致其较为脆弱，在加工的过程中，常常会出现破损、变形，提高了生产成本。

工业、制造业企业的日常生产工作中，可能会常常遇到壁厚在0.3mm、0.5mm等程度的零件，同时要求的规格长度在120mm到200mm的薄壁异形零件。这类零件的技术指标要求表面光滑、角度精确、尺寸大小也要控制在极小的范围内。形状不规则、壁薄、空间尺寸较大、材料的去除量多。而针对此类零件的加工过程，往往会出现不可避免的热变形、切削震动、加工后残余应力的重新分布等因素都会影响零件的外形发生变化[1]。所以针对这类零件的制造和加工，就需要完善相关的技术措施。

2、异形薄壁零件的制作加工

加工此類零件时，需要重点考虑到以下要素：1）考虑零件的原材料和其中的构造。如果零件的材质不适合使用高温或者是高压来锻造，那么如果加工过程中将其放入到锻造箱之后，就可能会发生较大的变形、损坏，这就属于残次品。所以在加工的过程中，需要严格控制加工方法，详细区分零件物理性质、加工的适应度来进行处理，否则容易造成不必要的浪费;2）加工中零件所受到的作用力是否均匀。在某些锻造过程中，可能会将零件消减成体积很小的一块，所以在开展削减零件的过程中，就需要技术人员良好把控受力均匀这一加工要点。否则加工中受力不均匀，可能会导致零件的边角发生翘起、曲折等问题;3）零件加工时选择的材料、结构等会对加工过程产生一定的影响，也会影响到零件的最终质量。比如残余应力会对零件加工质量产生影响，在加工前，零件内部存留的残余应力已经维持在平衡状态，当切割等外部作用力加入时，就会打破原先的平衡状态，所以只能通过形变的方式来维持新的平衡点要素。这也是对加工工艺方法的考验，选择适当的加工方法，可以在一定程度上降低零件的变形效率，剔除其中的残余应力。

2.1 数控加工方式的选择

零件的加工过程中，需要技术人员对零件的加工路径进行相应的控制。不同的加工路径的选择会直接影响到零件的形变和最终的成品效果。还需要对加工过程中，强化对切削量的控制。如果在切削过程中，发现切削的用量较小，就需要根据小切深和高进给足够的速度。同时加工中，还需要计算好适当的切割次数，走刀方法和数量等。在切削的过程中要保证切削速度的均衡，保证切割所使用的办法可以有效抵消其中的切削力和产生的热量。利用高速切割的方法所产生的切削力较小，所以零件发生的热变形较小，可以最大化的保证加工后零件的精度和质量。工作人员在加工的过程当中，可以以UG环境为基础，使用Vreicut软件来对零件进行仿真模拟，然后进行规格检测并选择适当的参数[2];当然在设计的过程中，还需要考虑到工装和夹具的合理性。首先通过设计方案和软件模拟来进行综合分析，使用定位元件来控制元件在加工时的位移，确保加工时的稳定性，保证切割刀具的顺利施工。

3. 应对加工中常见技术问题的措施

3.1 确定适合的加工工艺方法

比如在以7075型的铝合金加工为例，可以尝试使用以下的加工流程：从选料到铣、数控铣、热处理、数控铣，然后在经过一轮的热处理、数控铣、热处理、钳，最后进行表面处理。而为了有效的减少加工中出现的残余应力，需要就需要在加工流程中，安排数控铣三次。

3.2 加工过程中刀具、铣削工艺

在选择数控刀具时，还需要注意以下问题：首先使用的平头铣刀一般对于表面的加工质量效果较好，切削的效率高。在保证不过切的同时，对于自由曲面的粗加工和进行半精加工的阶段，就应该确定先使用平头铣刀;第二，在使用球头铣刀时，由于其使用特点是加工过程中，端部的切削速度为零，所以在切削的过程当中，往往会使得切削的行距变得很密。所以为了保证加工的精准度，就需要在对自由曲面的精加工过程中使用球头刀;第三，加工中应该尽可能的减少所使用的刀具的数量，在情况允许下，使用一把到完成所有的加工部位和作业。

在安排铣削的次序时，还需要考虑的原则方法：首先加工中，应该按照先面后孔、先粗后精，先住后次的原则。加工顺序流程十分的重要，技术人员必须要严格规划流程，防止由于流程控制不当，导致加工效率和质量降低;其次，要先精心曲面的精细加工，然后再进行二维轮廓的精细加工[3]。

在综合上述基本的加工原则之外，要想进一步控制加工精度，减少问题发生率，还需要注意更多的细节：第一，在进行到粗加工和半精加工的环节时，为了进一步提升效率，优化零件表面加工的质量和切削效率，在刀具的选择方面，可以使用硬质的合金双刃立式平底铣刀。而在UG软件的相应模块当中，可以使用cavity-mill的铣削方法;第二，在进行粗加工的过程当中，可以使用5°--10°的螺旋式进刀方法，在保证径向进刀量不大于7%的刀具直径情况下，深度进给量最大也不能超过5%;

此外，精加工的过程中，还需要考虑到铣削方向要合理控制，不能出现突兀的改变;在球头刀走刀的轨迹路径上，要尽量避免在曲面上，出现冲上而下的走刀方式，也就是常说的“啃着走”的方式;光滑刀具的运动方式，需要刀轨中的内外拐角都应该加入圆角，防止由于刀具在行走的过程中，出现突然的转向或者是急停，技术人员需要控制在启动前的加速和停止之后的减速效应，保证其平稳。

结语

薄壁异形零件如果生产批量大，企业可以有效利用铸件、锻件以及粉末冶金等成形的方法，这样就可以有效降低零件在加工制造过程中的成本效益。不过这样会导致在前期的过程中，需要花费大量的精力和成本来投入到模具的制造当中，而且由于模具的试制周期一般较长，所以需要企业权衡利弊;如果生产批量较小，或者是产品还处于开发的阶段当中，就可以直接采用机械加工去除材料的办法。

参考文献：

[1] 孙伟. 异形薄壁零件加工工艺研究与应用[J]. 南方农机， 2019， v.50;No.325（09）：117-117.

[2] 罗婷， 叶鹏， 陈世平. 带冷却槽的薄壁异形件的加工方法研究[J]. 制造技术与机床， 2019， 000（004）：100-102.

[3] 刘洁琴. 探析机械制造工艺与机械设备加工工艺要点[J]. 科学与信息化， 2019， 000（016）：79，82.

作者简介：刘新凯， 男，湖南邵阳人，汉族，本科，1982年6月19日，数控加工技术。