梁保然

（河南职业技术学院，河南 郑州 450000）

复杂结构薄壁异形零件数控加工技术分析

梁保然

（河南职业技术学院，河南 郑州 450000）

近年来，随着科学技术的不断进步，越来越多的高新技术应用于生产生活中。在工业生产、航空航天等领域对于薄壁异形零件的使用逐渐增多，对于零件的质量也提出了更高的要求。本文通过对复杂结构薄壁异形零件数控加工技术的专利分析，探寻提高薄壁异形零件精度的有效方法。

复杂结构；薄壁异形零件；数控加工技术

复杂结构薄壁异形零件在航空航天、高精工业等领域得到了广泛的应用，这种零件比较轻便，在重量和空间尺寸方面具有独特的优势。但是，复杂结构薄壁异形零件没有良好的抗变形能力，而且由于零件的结构复杂，在制造的过程中也存在一定的技术难度，传统的机械加工制造方法不能满足此类零件的加工需求。因此，为了保证复杂结构薄壁异形零件的精度能够满足要求，必须选取适当的加工工艺，提高零件的加工效率。

1 复杂结构薄壁异形零件概述

1.1 零件特征分析

离心叶轮就是典型的复杂结构薄壁异形零件，这类零件的壁厚在0.5mm-1.1mm之间，长度在250mm范围之内，内壁较薄，在内部结构中呈现出复杂的空腔，外部由较为复杂的曲面构成。由于此类零件的独特较为结构，在加工制造的过程中对零件的精度要求较高。复杂结构薄壁异形零件的技术指标如表1所示。

表1 复杂结构薄壁异形零件的技术指标

1.2 影响零件加工的因素

受外界因素的影响，在复杂结构薄壁异形零件零件加工的过程中容易出现变形以及精度失准的问题，严重影响了零件的质量。第一，夹具因素，在零件进行铣削作业之前，需要用夹具对零件进行固定，若在此过程中夹具对零件表面施加的夹紧力不当，会导致零件表面产生形变。其次，夹具的位置也会对零件的质量产生影响，夹具位置选取不当导致变形的现象在加工过程中也比较常见。第二，数控刀具因素，在薄壁异形零件制造的过程中，为了是零件的形状满足要求，会应用一系列的刀具对零件进行加工，若刀具选择不当或者在加工的过程中刀具发生震动，都会导致零件出现变形或者造成尺寸的误差。第三，工序周转因素，在零件进行加工时，需要要经过粗加工、半精加工以及精加工的流程，在加工的各个阶段需要对零件进行搬运或者移动，在零件的表面施加外界应力，也会是零件产生变形或者是尺寸方面的误差。

2 复杂结构薄壁异形零件数控加工技术

2.1 选择合适的加工工艺

在复杂结构薄壁异形零件加工制作的过程中，需要有一套完整的加工工艺，而加工工艺的选择是否科学合理直接决定了零件的精准程度。所以，在进行零件加工时，要选取合适的加工工艺，设定准确的加工参数，提高零件的生产质量和加工效率。同时，根据零件加工制造的具体要求，遵循相应的原则做好加工工艺的优化工作，保证加工工艺能够满足零件的质量要求。首先，在粗加工的过程中，通常使用螺旋渐进的方式，合理的控制进刀角度和径向进刀量。其次，在精加工的过程中，曲面加工的技术难度较高，应根据零件的具体走向，来确定刀具的切割走向，保证零件的精确程度，在加工的过程中确保零件的底部与刀轴存在一定的倾斜程度，提高零件加工的精度。

2.2 选择适当的数控刀具

数控刀具在零件加工的过程中发挥着重要的作用，在不同的加工阶段，应根据实际要求选取相应的数控刀具。平头铣刀通常用在零件的粗加工阶段，此类刀具在表面加工方面有着独特优势，切削的速度快，效率高。在切削过程中应合理控制削切程度，避免出现过切现象。球头铣刀通常应用于零件的精加工阶段，此类刀具在工作的过程中切削间距很密，能够满足薄壁异形零件的精度要求。另外，在零件加工的过程中，尽量避免刀具的频繁更换，将一把刀具所能够加工的部分全部完成之后再进行更换，减少刀具的使用数量。在不同的加工阶段，所选用的刀具应该分开使用，保证不同阶段加工的质量。

2.3 确定科学的加工方法

2.3.1 根据薄壁异形零件加工的具体要求选择合适的加工方法，能够有效的减少在零件制造过程中产生的变形和数据误差，保证零件的精度。在选择复杂结构薄壁异形零件的加工方法时，需要充分考虑多种因素。首先是对于加工路径的选择，加工路径直接影响着零件的变形程度，不同的加工路径作用在零件制造的过程中，体现出来的误差和变形程度也不相同，在加工路径选择时要充分考虑零件的具体要求，选取合理的加工路径。

其次是合理确定切削用量，在零件切削的过程中，一般应根据实际情况实现小切削量，这样不仅能够在最大程度上保证切削的精准度，也可以减少切削过程中产生的应力造成的影响，尽量避免零件出现变形的情况。高速切削方法的主要特征是高速低负荷，能够有效的实现小切削量，提高零件加工质量，是目前在数控技术中应用较为广泛的切削方法。

最后是对加工环境的选择，在零件制作的过程中，良好的加工环境有利于提高零件的加工质量，基于UG环境下通过相关的高科技软件能够更好的确定制造参数。

2.3.2 在具体的数控技术加工过程中，常用的有三轴机床和五轴机床，其中在运用五轴机床时，通过一次夹装进行多曲面的加工，能够有效的避免在夹装过程中产生的形变和数据误差，但是在进行数铣加工的过程中容易出现，刀具出现振动现象造成零件的损坏或者变形。在运用三轴机床时，采用的是两端夹装，通过多次夹装进行零件加工，经过大量的实践证明，这这种加工方法对于零件的固定更加稳定，能够有效的避免零件在加工的过程中出现变形的问题，是目前结构复杂薄壁异形零件加工中应用较为广泛的方法之一。

2.3.3 不同的加工阶段对于切削量的要求也不相同。在粗加工阶段，零件的切削余量比较大，应该根据所选刀具的性能确定合理的切削量，尽量减少切削力造成的零件变形，高速切削的线速度设定在300n/min以上。在精加工阶段，主要考虑的是零件表面的粗糙程度，通过计算合理的切削量保证零件表面光滑，将粗糙度保持在最小，高速切削的线速度设定在450n/min以上。

2.3.4 设计合理的工具夹装，工具夹装在薄壁异形零件加工的过程中发挥着重要的作用，能够有效的保证零件的稳定性，是在加工过程中必须要用到的辅助工具，直接影响着零件的加工质量，因此，进行零件加工时，要设计合理的夹装工具。若夹装位置设置的不准确，会导致零件在加工的过程中出现位移或者震动，造成零件的形变。或者夹具的夹紧力过大，也会影响零件加工的质量。

2.4 型腔的加工

2.4.1 粗铣型腔，在型腔的加工过程中也分为两个部分，粗铣型腔加工的主要目的是去除余量，在粗铣加工的过程中应根据复杂结构薄壁异形零件加工的实际情况和具体要求选取合适的数控铣床，打造零件结构的内部型腔，保证后续的精铣作业能够顺利进行。

2.4.2 精铣型腔，在精加工阶段主要是根据零件的内部轮廓进行高速铣削，控制铣削产生的应力和切削热对零件产生的影响，尽量减少零件在加工的过程中出现形变和数据误差。

3 数控加工技术注意事项

3.1 粗加工阶段

在粗加工阶段，进刀时应采用螺旋方式，进刀的角度控制在5°-10°之间，径向进刀量小于刀具直径的6%-8%，合理控制进刀深度，最深应小于刀具直径的5%。此外，在粗加工阶段应根据操作的要求选取相应规格的刀具，避免由于刀具选择错误造成的零件变形。

3.2 半精加工阶段

在半精加工阶段的进刀方式应为圆弧形进刀，能够有效的提高切削效率，避免在半精加工中出现的过切问题。过切是在半精加工中常见的问题，若在加工时出现过切现象，会直接影响零件的质量。径向进刀量也应小于刀具直径的6%—8%，尽量实现等量切削。

3.3 精加工阶段

在经加工阶段，应注意对零件表面的切削控制，根据零件表面的曲面的走向分成不同的面组，以此来确定刀具的切削走向。在精加工阶段使用球头铣刀，此类刀具的中心速度为0，能够实现对零件表面的磨削，降低表面的粗糙程度，保证零件的精准程度。另外，在刀具运行的过程中，应保持运行的平稳程度，在拐角进行加圆角处理，防止刀具突然改变运行方向造成的零件变形。在启动和停止时的加速和减速都应该保持平稳。

4 结语

综上所述，复杂结构薄壁异形零件的应用越来越多，要求在零件的制造过程中选取科学合理的加工方法，找准零件加工的共性规律后进行零件的加工工作。大量的加工经验表明，在进行复杂结构薄壁异形零件加工时，应选取相应规格的刀具，设计合理的工具夹装，有效的减少在零件加工过程中产生的形变，避免零件尺寸、形状方面的误差，增强复杂结构薄壁异形零件的使用性能。

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Analysis on NC Machining Technology of Complex Thin Walled Irregular Parts

Liang Baoran
(Henan Polytechnic,Zhengzhou Henan 450000)

In recent years,with the continuous progress of science and technology,more and more new and high tech⁃nology are used in production and life.In the field of industrial production,aerospace and other fields,the use of thin-walled special-shaped parts is increasing,higher requirements for the quality of the parts is also put forward. Based on the patent analysis of the numerical control machining technology of thin-walled parts with complex struc⁃ture,thispaper try to find an effective method to improve the precision of the thin-walled parts.

complex structure;thin-walled parts;CNC machining technology

TG659

A

1003-5168（2016）12-0078-03

2016-11-27

梁保然（1979-），男，研究生，研究方向：机械制造。