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1引言

隨著現(xiàn)代先進制造技術(shù)的高速發(fā)展，薄壁零件能夠具有高強度、重量輕、高承載性等特點，在汽車、國防等工業(yè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。特別是在要求降低自身重量又不失強度、剛度的航空航天工業(yè)中得到很好的應(yīng)用[1，2]。

2零件工藝分析

圖1為某殼體的局部腔體結(jié)構(gòu)示意圖，該零件采用鋁合金2A12整體加工而成，外形尺寸102mm×170mm×250mm，六面均要加工，且需要多次裝夾，加工完后重量約為1190g，材料去除率高達90%。該零件腔體最深處為95mm，中間筋2mm，四周壁最薄處達2mm，底部為5mm×94mm×80mm的凸面，凸面周邊為異型減重腔，底部凸面的加工精度要求是平面度為0.012、腔內(nèi)4根筋的平面度為0.025及兩腔壁平面的平行度為0.04。零件加工后的尺寸相差較大，整體剛度較差，加工時極易產(chǎn)生振動，故該零件在銑削過程中或者銑削后都會產(chǎn)生較大的變形誤差，從而會導(dǎo)致零件的形位公差等難以達到要求。要保證該零件的加工精度，關(guān)鍵是控制零件在加工過程中由于各類應(yīng)力（切削力和切削熱產(chǎn)生的應(yīng)力、裝夾產(chǎn)生的應(yīng)力以及毛坯的殘余應(yīng)力等）引起的變形。

3工藝流程

從加工工藝角度出發(fā)，合理安排加工工序、加工位置、余量分配、加工路徑等，能減小整體結(jié)構(gòu)件的加工變形[3]。根據(jù)上述分析，加工工藝流程確定如下：備料→粗銑外形及內(nèi)腔→去應(yīng)力退火→精銑外形→數(shù)控銑半精加工→銑削缺口→鉗工→數(shù)控銑精加工→鉗工→研磨→三坐標(biāo)測量。該零件工藝流程主要控制點在數(shù)控銑工藝。為保證加工質(zhì)量及精度：（1）安排粗、精加工及鉗工矯形；（2）先加工內(nèi)腔，再加工外形，以利于提高剛度，防止振動；（3）合理安排熱處理，以提高尺寸穩(wěn)定性；（4）零件底部凸面設(shè)計工藝加強筋，以提高零件的裝夾剛度；（5）采用小直徑銑刀加工，以減小切削力。

4加工工藝措施

4.1裝夾方式的改進。室溫下，2A12合金的彈性模量約為70MPa，約為鋼的1/3，在裝夾力的作用下零件會發(fā)生變形，切削過程中易出現(xiàn)“過切”或“欠切”現(xiàn)象；而該殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、自身剛度差，也易引起裝夾變形。該殼體裝夾時利用平口鉗，因零件底面為5mm×94mm×80mm小凸臺，在底面周邊增加工藝加強筋，鉗口夾緊零件的實體位置，以便提高零件整體的剛性。在做最后一次的加工之前，應(yīng)松開被夾緊的零件，重新分布內(nèi)應(yīng)力，再夾緊，最后進行精加工；夾緊力也不要過大，應(yīng)在確保切削力不能夠使零件產(chǎn)生位移的基礎(chǔ)上，采用的夾緊力要盡量小。4.2刀具材料及切削參數(shù)選擇。切削刀具材料應(yīng)耐磨，抗沖擊能力好，硬度高，能適應(yīng)在更高的切削速度下工作。因此，刀具材料采用帶有PVD鍍層的整體硬質(zhì)合金立銑刀。精加工時采用“小切深，快走刀”的切削方式，使刀具在高速旋轉(zhuǎn)時，利用銑削中產(chǎn)生的高溫（600～1000℃），使工件加工表面軟化[4]，切屑成碎屑狀，切削力迅速下降，加工變得很輕快；同時切削熱在第一時間被碎屑迅速帶走，使工件表面基本保持在室溫狀態(tài)，從而減小因切削而導(dǎo)致的零件變形。此外，根據(jù)刀具形狀及切削條件，優(yōu)化、調(diào)整切削工藝參數(shù)的大小可以調(diào)整動態(tài)切削力大小并控制切削狀態(tài)，使因切削力影響造成薄壁零件的加工變形量能滿足公差要求，并使加工狀態(tài)始終處于穩(wěn)定，從而降低切削振動造成的變形。4.3進刀方式和走刀路線。合適的進刀方式，能有效降低加工變形。加工深腔時，選擇銑刀從零件腔體的中間位置下刀，在深度方向銑到加工要求的尺寸，然后一次走刀由中間向四周側(cè)壁延伸，按此方法分多層加工。本文對側(cè)壁進刀方式進行改進，由螺旋線進刀方式替代垂直進刀方式。采用優(yōu)化后的螺旋線方式進刀，零件的加工面在銑削時受力沒有明顯的變化，從而有效降低了切削變形；并且零件與刀具的相互作用力變小，不易引起零件的彈性變形，從而減小了切削振動的發(fā)生，顯著提高了零件的表面加工質(zhì)量。走刀路線反映了工序的加工過程，確定合理的走刀路線是保證銑削加工精度和表面質(zhì)量的重要工藝措施之一[5]，也是確定數(shù)控編程的前提。

本文選用加工軟件CimatronE建立制造數(shù)據(jù)庫；設(shè)置機床、夾具、刀具和地址參數(shù)等項目；演示刀路軌跡并生成CL數(shù)據(jù)，以便查看和修改，生成滿意的刀具路徑；最后生成數(shù)控加工NC代碼。5結(jié)語薄壁腔體類零件的加工精度在機械制造業(yè)中占有很重要的地位，在機械加工過程中，變形的產(chǎn)生幾乎是不可避免的，應(yīng)該在實踐中了解并掌握切削變形的規(guī)律，采取有效措施，控制零件的加工變形，使加工過程始終處于一個良好的狀態(tài)，確保零件的表面質(zhì)量和加工精度。

【參考文獻】

【1】石廣豐,王景梅,宋林森,等.薄壁零件的制造工藝研究現(xiàn)狀[J].長春理工大學(xué)學(xué)報,2012,35(1):68-72.

【2】艾興．高速切削加工技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2003.

【3】趙如福.金屬機械加工工藝人員手冊[K].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1979.

【4】鄭英華,何華妹.CimatronE8.0數(shù)控編程加工入門一點通[M].北京:清華大學(xué)出版社,2007.

【5】田春霞.數(shù)控銑削刀具路徑的規(guī)劃[J].工藝與裝備,2008(11):72-75.

作者:張慧 劉國文 單位:中國電子科技集團公司第二十七研究所