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前言

薄壁零件已日益廣泛地應(yīng)用在各工業(yè)部門(mén)，因?yàn)樗哂兄亓枯p，節(jié) 約材料，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。世界大賽、國(guó)家省市比賽，技能鑒定都有此子 項(xiàng)目。但薄壁零件的加工是銑削中比較棘手的間題，原因是薄壁零件剛 性差，強(qiáng)度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，造成壁 厚上厚下薄尺寸超差等問(wèn)題。薄壁零件銑削時(shí)變形是多方面的。裝夾工 件時(shí)的夾緊力，切削工件時(shí)的切削力，工件阻礙刀具切削時(shí)產(chǎn)生的彈性 變形和塑性變形，使切削區(qū)溫度升高而產(chǎn)生熱變形。影響薄壁件加工精 度的因素：受力變形、受熱變形、內(nèi)應(yīng)力變形、加工振動(dòng)加工振動(dòng)切削力 和切削振動(dòng)及裝夾力。

本人從刀具選用、切削參數(shù)選用、工序安排、走刀路線的確定等方 面展開(kāi)研究，控制產(chǎn)品的加工變形。現(xiàn)以薄壁零件為例（如圖1所示）， 材料紫銅，簡(jiǎn)述數(shù)控加工中為控制和減小零件變形所進(jìn)行的工藝分析、 所米取的措施和編程加工。

1、薄壁零件圖樣工藝分析（圖1)

⑴總體尺寸是75X75X40mm;

(2方臺(tái)上排列著四塊薄片狀的 結(jié)構(gòu)塊，厚度為2.2mm,高的高度有 20mm；

(3 )加工精度公差要求為 ±0.025mm;

(1) 薄片頂面為*倒圓角曲 面。

2、控制零件變形工藝措施

2.1刀具選用

刀具直徑越大，產(chǎn)生的徑向切削力 也相對(duì)大些，所以在滿足刀具長(zhǎng)度的條 件下，選用直徑較小的刀具。刀具要進(jìn)行深度加工，還要考慮刀具的長(zhǎng) 度和材料，確保刀具的強(qiáng)度，避免在切削時(shí)因刀具的強(qiáng)度不足引起刀具 的徑向跳動(dòng)。故本薄壁零件粗加工選D6平底端銑刀，薄壁側(cè)面精加工選 D4銑刀。刀刃要鋒利，以減小切削九

2.2切削參數(shù)選用

優(yōu)先選用高速加工，轉(zhuǎn)速高、背吃刀量小的方法以減小切削力。現(xiàn) 以薄壁為例：（1)徑向切深和軸向切深。從切削力、殘余應(yīng)力、切削溫度 等方面考慮，采用較小的軸向切深和較大的徑向切深是有利的。徑向切 深ae<0.5D,D為刀具的軸向切深ap=(0小0.5)D。⑵每齒進(jìn)給量。 查表粗加工時(shí)取0.3~0.5mm,精加工時(shí)取0.1~0.2mm。⑶切削速度。 根據(jù)紫銅工件和硬質(zhì)合金刀具性能，查表或計(jì)算,D6平底端銑刀，主軸 轉(zhuǎn)速為3500「/min,精加工選D4銑刀10000r/min。⑷進(jìn)給速度D4主 軸轉(zhuǎn)速n高達(dá)10000「/min,根據(jù)進(jìn)給速度計(jì)算式Vf=fzZn/1000(Z是銑 刀齒數(shù))，可以算得本次高速加工時(shí)vf=1m/min,大大高于普通速度銑 削。小軸向切深、大進(jìn)給速度是實(shí)現(xiàn)減小加工變形、提高加工質(zhì)量和效 率的一個(gè)基本前提。

2.3工序安排

⑴該工件薄壁加工中,先加工薄壁頂面再加工側(cè)面。反之，在加 工中易出現(xiàn)薄壁受力變形、讓刀等現(xiàn)象。（2)粗精加工分開(kāi)原則。依據(jù) 粗精加工分開(kāi)原則，故本薄壁零件薄壁側(cè)面分粗加工、半精加工和精加 工三步，薄壁粗加工采用D6平底刀,側(cè)邊留余量1mm,目的是要快速高效地去除工件的大部分余量，所以加工的速度相對(duì)較快，工作的受力也相 對(duì)大，為了保證在開(kāi)粗中薄壁零件不變形，也為后面半精加工提供足夠 的薄片強(qiáng)度支撐，在薄壁粗加工中，留有足夠的加工余量1mm。

2.4走刀路線

⑴對(duì)稱分層加工。單面切削板類(lèi)零件會(huì)破壞了工件拉應(yīng)力、壓應(yīng) 力的平衡，工件便會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。對(duì)稱加工能使工件相對(duì)的兩面產(chǎn)生 的應(yīng)力均衡，達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，加工后工件平整。對(duì)稱分層銑削。均 勻釋放應(yīng)力，對(duì)稱釋放毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力，減小零件的加工變形。在處 理厚度兩面都需要加工的板類(lèi)零件，可以通過(guò)上下兩面消除余量均等 的原則，施行輪流加工處理，即在上平面去除_定的余量，然后在另一 面中也去除相同的余量。在零件加工過(guò)程，輪流的次數(shù)越多，應(yīng)力釋放 就越*，零件的變形越小。高速加工時(shí)用穩(wěn)定切削用量實(shí)施對(duì)稱加 工。故本人在薄壁零件薄壁半精加工和精加工中采用"深度優(yōu)先''策略 可使薄片四周受力平衡，類(lèi)似等高加工。粗加工用型腔銑刀路開(kāi)粗，采 用"層優(yōu)先”策略。

(2)刀具切入切出工件的部位和層與層間的過(guò)渡連接處處理。在 銑削加工薄壁零件時(shí)，刀具在此處的切削力會(huì)產(chǎn)生顯著的突變，極易造 成產(chǎn)品變形。解決的辦法是細(xì)化刀具路徑，即在走刀過(guò)程中，保持刀具 切入角恒定，減小刀具在此處的徑向切厚,附加走刀路徑，從而避免切 削力的*突變。故本人在薄壁零件細(xì)化刀具路徑處理應(yīng)用于刀具切入 切出工件的部位（圖6)、層與層間的過(guò)渡連接處。細(xì)化刀具路徑后，有 效地保持了穩(wěn)定切削，避免了因切削力突變而引起的加工變形和切削振 動(dòng)。

⑶銑削方向。銅材料硬度較低，表面無(wú)硬皮，采用順銑時(shí)切削厚 度由厚變薄，在刀具剛剛接觸工件時(shí)，后刀面與工件之間的摩擦較小， 不易產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)明顯降低切削力，而且有利于形成切屑、保持切削過(guò) 程平穩(wěn)以及提高加工切削速度。用順逆混合銑會(huì)給工件帶來(lái)沖擊力。故 本人在薄壁零件薄壁精加工時(shí)采用順銑。

3、編程加工方法

3.1薄壁零件粗加工

用自動(dòng)方式創(chuàng)建一個(gè)四邊75mm的加工毛坯，用型腔銑刀路開(kāi)粗 (如圖3所示),采用D6平底刀，側(cè)邊留余量1mm,底面留余量0.2 mm, 主軸轉(zhuǎn)速為3500「/min,進(jìn)給速度為2000mm/min,薄壁軸向切深為 0.6mm。

3.2基準(zhǔn)臺(tái)側(cè)面粗加工

平面銑的底面壁加工法即可，側(cè)面余量為0.3mm。刀具D12,轉(zhuǎn)速 2200「/min,進(jìn)給1000mm/min。

3.3基準(zhǔn)臺(tái)側(cè)面精加工

平面銑的底面壁加工法，側(cè)面余量為0mm。刀具D4,轉(zhuǎn)速10000「/ min,進(jìn)給1000mm/min。

3.4基準(zhǔn)臺(tái)上表面精加工

主軸轉(zhuǎn)速為10000「/min,走刀速度為1000mm/min,D4mm平底刀 具銑加工基準(zhǔn)臺(tái)上面時(shí)，為預(yù)防刀具碰切到薄片側(cè)面，所以設(shè)定側(cè)面的余量為1mm,頂面為0mm,合理設(shè)置公差，以平衡加工精度和電腦計(jì)算 時(shí)間。開(kāi)粗時(shí)，公差設(shè)為余量1/5,光刀時(shí)，公差設(shè)為0.01內(nèi)、外公差為 0.001mm。進(jìn)刀方法為設(shè)進(jìn)刀點(diǎn)從工件外進(jìn)刀。

3.5薄壁零件頂面圓角曲面精加工 編程要點(diǎn)：

⑴R1.5球頭銑刀，主軸轉(zhuǎn)速為7000r/min,進(jìn)給速度為1000mm/min。

⑵輪廓區(qū)域曲面精加工的走刀方式（(如圖4所示)），強(qiáng)制設(shè)定進(jìn) 刀點(diǎn)位于薄壁的低端。入刀點(diǎn)自動(dòng)生成，位于薄壁高處入刀，刀具在瞬間切入是會(huì)對(duì)薄壁產(chǎn)生較大的壓力，也會(huì)導(dǎo)致其彎曲變形。
⑶在頂曲面的加工中，取消"在邊緣滾動(dòng)刀具''選項(xiàng)，以對(duì)刀軌 的邊緣向外延伸0.4mm,以獲得較好的加工質(zhì)量。
⑷步距為殘余高度0.0005mm;順銑、往復(fù)切削模式；
3.6薄壁側(cè)面半精 加工（型腔銑削）
編程要點(diǎn)：
(1)在刀具的選 用上，因球刀在加工時(shí) 與曲面以切線的形式 接觸，對(duì)工件的壓力較 大，而平底刀與曲面以 點(diǎn)接觸，所以壓力會(huì)比 球刀小很多，為了進(jìn)一 步減輕切削壓力，選刀 時(shí)盡可能選用刀刃比 較鋒利的刀，以減小磨 擦產(chǎn)生的壓力。所以選 用加長(zhǎng)型D4的平底端 銑刀進(jìn)行加工。4mm 平底刀具,主軸轉(zhuǎn)速為 10000r/min,走刀速度 為1200mm/min (圖5)
⑵采用"深度優(yōu)
先的切削模式；銑削加工薄壁零件時(shí)，刀具在切入切出的切削力會(huì)產(chǎn)生 顯著的突變，極易造成產(chǎn)品變形。細(xì)化刀具路徑和附加走刀路徑是解決 的辦法,刀具切入切出（圖6)以及層與層間的過(guò)渡連接處（圖7)。
3.7薄壁側(cè)面精加工（型腔銑削）
技術(shù)要點(diǎn)：
⑴刀具D4,轉(zhuǎn)速10000「/min,進(jìn)給1200mm/min;
⑵精加工中通過(guò)測(cè)量改變刀補(bǔ)；
⑶后_刀，光刀。
4、結(jié)論
薄壁零件銑削加工時(shí)，對(duì)工件進(jìn)行工藝分析和加工方案優(yōu)化，是非常重要的_個(gè)環(huán)節(jié)。為了保證薄壁零件加工過(guò)程的平穩(wěn)和加工品質(zhì)，控 制切削變形，應(yīng)該著力調(diào)整工件裝夾方案；做多一點(diǎn)工序，減少空刀時(shí) 間；刀具選用，工件太高時(shí)，應(yīng)分層用不同長(zhǎng)度的刀開(kāi)粗；優(yōu)化走刀策略 與加工順序，提高工藝系統(tǒng)的剛度，在此基礎(chǔ)上選取合理切削參數(shù)，采 用高轉(zhuǎn)速、中進(jìn)給、小切深、多次分層順銑、環(huán)切走刀的銑削方式，從而 盡可能地減小切削變形，提高薄壁零件的尺寸精度和加工效率。該零件 采用此種方式加工，既保證了加工質(zhì)量，縮短了生產(chǎn)周期。同時(shí)也可為 同類(lèi)零件的加工提供借鑒和一些參考。

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