薄壁零件數(shù)控銑削加工工藝技術(shù)淺析
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摘要：本文主要以薄壁零件數(shù)控銑削加工工藝技術(shù)為重點(diǎn)進(jìn)行闡述，首先分析了薄壁零件數(shù)控銑削加工出現(xiàn)變形情況的關(guān)聯(lián)因素；其次，從結(jié)合工件力學(xué)特征，調(diào)整工藝流程、整合走刀與加工順序，排除切削的耦合作用、規(guī)范制定切削指數(shù)，穩(wěn)定完成數(shù)控銑削加工幾個(gè)方面深入說明并探討薄壁零件數(shù)控銑削加工工藝技術(shù)的有效應(yīng)用，繼而強(qiáng)化薄壁零件數(shù)控銑削加工操作的效率和水平，旨在為相關(guān)研究提供參考資料。
關(guān)鍵詞：薄壁零件；數(shù)控銑削加工；工藝技術(shù)；應(yīng)用要點(diǎn)
鋁合金構(gòu)件存在一定的強(qiáng)度和薄壁化特征，能夠科學(xué)地適應(yīng)飛行器高速運(yùn)作對(duì)零件產(chǎn)生的要求，所以廣泛地存在于航空航天領(lǐng)域內(nèi)。相關(guān)類型的零件現(xiàn)階段往往引進(jìn)數(shù)控銑削的方法進(jìn)行生產(chǎn)，然而，在具體的加工實(shí)踐中，因?yàn)楸”诹慵Y(jié)構(gòu)相對(duì)煩瑣，剛度相對(duì)低一些，那么在切削加工期間十分容易出現(xiàn)加工變形的情況，引出壁厚上厚下薄或者尺寸出現(xiàn)誤差等相關(guān)結(jié)果，不利于保障零件的尺寸足夠精準(zhǔn)，提升零件加工的品質(zhì)。
1薄壁零件數(shù)控銑削加工出現(xiàn)變形情況的關(guān)聯(lián)因素
因?yàn)楸”诩陨斫Y(jié)構(gòu)比較煩瑣、質(zhì)量比較小，嚴(yán)格地要求精準(zhǔn)度，那么剛度以及強(qiáng)度都被硬性要求，在一定程度上容易出現(xiàn)切削力以及切削熱等因素對(duì)數(shù)控銑削加工產(chǎn)生不良影響，難以保障數(shù)控銑削加工的有效性與時(shí)效性?，F(xiàn)階段，航空行業(yè)發(fā)展中薄壁零件的具體生產(chǎn)運(yùn)作中，若引進(jìn)常規(guī)的零件編程模式，零件表面相關(guān)的幾何形狀都應(yīng)及時(shí)被編程信息輸出，加工操作中因?yàn)閿?shù)控銑削力會(huì)有所變化，那么加工零件很可能出現(xiàn)變形的情況，造成最終形狀和預(yù)定的形狀存有差異，換言之，通過CAM軟件進(jìn)行編程輸出的數(shù)控代碼不可直接進(jìn)行數(shù)控銑削的加工處理上，傳統(tǒng)的切削參數(shù)與多次加工模式能夠確保數(shù)控銑削的加工精準(zhǔn)度，還可借助數(shù)控加工流程與補(bǔ)償變形誤差等方式處理加工變形問題，然而，需要大量的時(shí)間與精力，因此不提倡大規(guī)模運(yùn)用在數(shù)控銑削的生產(chǎn)加工中。此種狀態(tài)下，薄壁件加工實(shí)踐應(yīng)處理好數(shù)控銑削加工變形的問題，促使零件的加工精準(zhǔn)度不斷提升。零件加工影響包含機(jī)床剛性因素、幾何精度因素、刀具振動(dòng)因素、工具磨損因素、工件受熱力變形因素等。諸多的實(shí)踐可以明確：在薄壁件的壁厚數(shù)值減小過程中，零件剛度會(huì)出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，加工變形日益明顯，在很大程度上引出加工顫振現(xiàn)象出現(xiàn)，降低數(shù)控銑削加工的質(zhì)量。所以對(duì)刀具運(yùn)用路徑應(yīng)該選取剛性的計(jì)劃，也就是切削期間利用未加工數(shù)控銑削零件的部分，將其當(dāng)作數(shù)控銑削的支持模塊，調(diào)整零件加工維持剛性理想狀態(tài)，從整體上提高零件剛性，控制數(shù)控銑削加工誤差現(xiàn)象的產(chǎn)生。加工側(cè)壁過程中，可優(yōu)先選擇大徑朝向切深、小軸朝向切深分層實(shí)施加工的手段，全方位分析數(shù)控銑削零件剛性特征，把控制刀具對(duì)側(cè)壁造成干涉現(xiàn)象為目的，選取特殊形式的刀具控制小刀具對(duì)數(shù)控銑削零件產(chǎn)生影響。針對(duì)比較深的側(cè)壁，引進(jìn)大長(zhǎng)徑比刀具開展規(guī)范化的數(shù)控銑削操作，處理相關(guān)問題。需要注意的是，管理顫振期間可通過較高數(shù)值的主軸轉(zhuǎn)速與功率，調(diào)節(jié)不相同刀具具體懸伸長(zhǎng)度，合理地調(diào)整機(jī)床刀具和工具體系運(yùn)作頻率，完成較大軸向切深數(shù)控銑削的側(cè)壁任務(wù)，最大化地去除數(shù)控銑削金屬，保障數(shù)控銑削加工的品質(zhì)。
2薄壁零件數(shù)控銑削加工工藝技術(shù)的有效應(yīng)用
（1）結(jié)合工件力學(xué)特征，調(diào)整工藝流程。數(shù)控銑削的加工過程，刀具影響著工件切削力和切削熱，切削力不只是會(huì)造成數(shù)控銑削加工工件出現(xiàn)彈塑變形，切除對(duì)應(yīng)材料，還會(huì)造成工件回彈，引出讓刀情況，制約工件加工精準(zhǔn)度的提升。一般而言，航空鋁合金材料對(duì)應(yīng)的彈性模量為70～73MPa，數(shù)值小于鋼材料的彈性模量，屈服強(qiáng)度比較大，很容易在加工時(shí)產(chǎn)生回彈情況，尤其是大規(guī)模的薄壁件，經(jīng)常引出切削回彈以及讓刀情況。并且薄壁件具體的結(jié)構(gòu)相對(duì)煩瑣，剛性不佳，剛度指數(shù)小，這些都是造成數(shù)控銑削加工變形的重點(diǎn)因素。另外，是加工數(shù)控銑削的薄壁件，以管理好加工變形為基礎(chǔ)，要控制切削力的產(chǎn)生與裝夾變形現(xiàn)象，以不相同的切削力穩(wěn)定控制為前提進(jìn)行數(shù)控銑削加工，裝夾力按照實(shí)際的切削用量進(jìn)行明確。所以在適應(yīng)零件精確度期間，尤其是引進(jìn)切除量比較大的數(shù)控銑削材料時(shí)，要引進(jìn)粗加工的工藝思路。針對(duì)粗加工作業(yè)，挑選較大數(shù)值的切削用量，迅速完成材料去除，此種模式給精加工留出余量，粗加工完成后引進(jìn)熱處理工序進(jìn)行材料中殘余應(yīng)力的清除，促使薄壁件加工精準(zhǔn)度可以提升；針對(duì)精加工作業(yè)，挑選科學(xué)的切削參數(shù)，控制切削力與切削熱，保障數(shù)控銑削加工質(zhì)量。（2）整合走刀與加工順序，排除切削的耦合作用。進(jìn)行切削刀具運(yùn)用期間，數(shù)控銑削材料彈性與塑性變形均要消耗一定的功率，那么切削和前刀面以及后刀面會(huì)大范圍地摩擦，生成對(duì)應(yīng)切削熱，引出工件多個(gè)部件受熱不均勻造成熱變形，不利于保障零件加工的效率。實(shí)施鋁合金切削加工作業(yè)，盡可能地把工件殘余應(yīng)力層的厚度數(shù)值控制在0.1mm內(nèi)，若厚度數(shù)值比較大，殘余應(yīng)力基本上不會(huì)出現(xiàn)數(shù)控銑削工件出現(xiàn)變形。可是對(duì)整體件進(jìn)行加工期間，因?yàn)楣ぜ穸葧?huì)變薄，往往在2mm之內(nèi)，那么殘余應(yīng)力的影響因素也是需要研究的。數(shù)控銑削薄壁件加工成效與變形從某種程度上而言受到走刀方案的影響，在走刀路徑的差異性變化時(shí)，數(shù)控銑削工件以往的殘余應(yīng)力釋放流程也是不同的，因?yàn)榧庸で邢髁σ约扒邢鳠嵋蛩氐闹萍s，生成全新的應(yīng)力，那么新應(yīng)力與以往的殘余應(yīng)力耦合作用存在不同，引出數(shù)控銑削變形程度出現(xiàn)差異。另外，挑選數(shù)控銑削加工路徑，保障對(duì)稱性切除材料目的的實(shí)現(xiàn)，針對(duì)薄壁件具體加工，尤其是處于大切除量的狀態(tài)，要選取小切深與分層加工的模式。對(duì)于腹板加工過程，引進(jìn)環(huán)切走刀的流程均勻?qū)嵤?shù)控銑削加工應(yīng)力，在腹板面積較大的情況下，及時(shí)創(chuàng)新分布環(huán)切模式。加工數(shù)控銑削時(shí)往往挑選順銑的方案，控制工件受力變化量，刀具路徑盡可能地平滑，避免急轉(zhuǎn)急停。拐角位置引進(jìn)圓弧過渡，同時(shí)控制進(jìn)給速度，刀具切入與切出的操作，參照?qǐng)A弧相切的形式促使切削平穩(wěn)化，以免由于刀具受力變化出現(xiàn)刀具折斷結(jié)果。最后是安排規(guī)范化的數(shù)控銑削加工順序，控制數(shù)控銑削出現(xiàn)加工變形的現(xiàn)象，以工件質(zhì)量便捷判斷為首要條件減小數(shù)控銑削工件的剛度以及工藝剛度，確保數(shù)控銑削加工維持在剛性相對(duì)理想的狀態(tài)，降低加工變形產(chǎn)生概率。（3）規(guī)范制定切削指數(shù)，穩(wěn)定完成數(shù)控銑削加工。在數(shù)控銑削工件期間，切削力和切削熱都和切削指數(shù)存在密切關(guān)聯(lián)，針對(duì)性地選取切削指數(shù)，在很大程度上受到刀具加工材料、工件加工材料與數(shù)控加工系統(tǒng)的因素制約，數(shù)控銑削用量指數(shù)的制定，應(yīng)思考加工成效、加工質(zhì)量和加工成本，可是相關(guān)的影響因素不可被同時(shí)控制，偏向于哪種因素的管理，需求數(shù)控銑削加工編程工作者尋找平衡點(diǎn)。同時(shí)加工數(shù)控銑削期間，刀具進(jìn)給量應(yīng)被規(guī)范的明確，將其當(dāng)作數(shù)控銑削加工質(zhì)量提升與降低刀具磨損幾率的有效途徑。另外思考到數(shù)控銑削裝夾計(jì)劃，相關(guān)人員圍繞工件結(jié)構(gòu)布局與加工要點(diǎn)，研究數(shù)控銑削加工期間的受力情況與變形情況，挑選容易變形的薄弱部位，強(qiáng)調(diào)工件精準(zhǔn)化定位與夾緊方式以及夾緊力，盡可能的減小工件受到綜合作用力，保障零件工藝剛度數(shù)值可以提升，以免出現(xiàn)工件裝夾變形現(xiàn)象，更好的增強(qiáng)數(shù)控銑削工件加工的幾何精準(zhǔn)度，完成零件制作，如圖1。
3結(jié)語
綜上所述，開展薄壁零件數(shù)控銑削加工工藝技術(shù)研究課題存有重要的意義與價(jià)值，對(duì)于數(shù)控銑削的加工作業(yè)，數(shù)控加工前期應(yīng)全方位的研究工藝流程，將其當(dāng)作比較關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在確保薄壁零件平穩(wěn)加工的基礎(chǔ)上，科學(xué)管理數(shù)控銑削加工變形的現(xiàn)象，重點(diǎn)調(diào)整零件加工路線，整合走刀方案，增加工藝運(yùn)作剛度，科學(xué)地挑選數(shù)控銑削加工參數(shù)，通過行之有效的措施降低數(shù)控銑削加工變形的產(chǎn)生概率，更為全面地提高薄壁零件具體尺寸與加工成效，帶動(dòng)數(shù)控行業(yè)的經(jīng)營(yíng)與發(fā)展。
作者:王湛 單位:廣東省湛江市技師學(xué)院