易通

【摘  要】薄壁零件因其刚性差、易变形，一直是机械加工中的难点问题。而大曲率薄壁曲面加工时不仅需考虑薄壁，对于曲面加工精度控制也是难题，在曲面为大曲率时，使用的的数控程序和加工方案均需适应性更改。因此研究大曲率薄壁曲面加工工艺方法，不仅能控制加工精度，还能增加加工效率，对一般的曲面加工和薄壁件零件加工均有良好的借鉴意义效果。

【关键词】大曲率;薄壁;曲面;数控加工

【Abstract】Thin-walled parts are always difficult problems in machining due to their poor rigidity and easy deformation.While the processing of large curvature thin wall surface not only needs to consider thin wall，for the surface machining precision control is also a problem，when the surface is large curvature，the use of CNC program and processing program need to be adapted to change.Therefore，the research on the processing method of thin-walled surface with large curvature can not only control the processing accuracy，but also increase the processing efficiency，which has a good reference to the general surface processing and thin-walled parts processing

【Key words】large curvature，thin-wall parts，surface，processing technology

1引言

随着时代的进步，航空、汽车、消费品等领域对产品表面美观、重量等要求越来越高，产品越来越多的使用了复杂曲面和薄壁设计，这使得大曲率曲面、薄壁类零件越来越多的出现在加工行业，给数控技术人员带来困扰。

随着计算机编程技术和机床的进步，曲面加工、薄壁加工作为传统难题，已经逐步解决，但当大曲率复杂曲面与薄壁构型同时出现，问题变得复杂。此时，除需要过硬的编程技术、稳定的机床外，还需要对数控加工原理，曲面几何形状解析进行研究，本文以某模型飞机小翼加工为例，对此类零件加工所需注意的一些基本事項和技巧进行探索和研究。

2.小翼数控加工技术研究

小翼（图1）材料为30CrMnSiA，抗拉强度σb=1080MPa，其展长213.37mm，弦向尺寸283.36mm，高度落差87.87mm。通过观察数模可知，零件在XY、XZ、YZ三个平面上均有转角，相对基准面小端的曲率远大于大端，壁厚分布不均匀，壁厚最薄处仅有0.163mm，加工此处时，大曲率和薄壁带来振刀等问题使精度下降。但零件的加工精度为±0.15mm，在曲面加工中属于较高要求。

2.1加工难点

该零件有以下加工难点：

（1）材料表面强度高，切削时切削力大，对装夹刚性要求高，但由于型面扭曲，且为悬臂结构，如采取常规的加工手段，缺乏装夹定位基准不谈，振刀问题无法消除;

（2）零件整体为薄壁件，装夹容易变形，造成切削时装夹力和切削力互相冲突，往往松开装夹时零件回弹造成表面精度失效;

（3）零件边缘壁厚极薄（仅为0.163mm），切削时易振颤，由于振刀严重影响表面粗糙度，使得表面粗糙度难以满足设计要求，严重时可能由于表面啃刀造成零件报废;

（4）型面表面曲率变化大（型面沿X轴呈10°夹角，Y轴夹角变化接近60°）坡度较陡，造成以下问题：切削时由于曲率变化大，造成吃刀量，实际进给量急剧变化，使得切削力急剧变化。加工时容易产生振刀、过切等问题。如图3为0.2mm步距下，20°斜面与50°斜面实际切削距离对比，表一列出了各项参数值。

可见随着斜面角度的增加，实际切削长度及切削面积不断增加。

2.2解决措施

针对以上难点，采取了下列解决措施：

1、选取合理的装夹方案

工件在机床上的装夹精度是影响加工精度的重要因素，20%-60%的加工误差是由装夹引起的。因此合理选择装夹方案是满足零件精度要求的重要前提。此零件几何形状较为复杂，型面沿不同轴线扭转，需要通过设置工艺夹头以达到装夹目的。设置原则如下：

（1）夹头应满足装夹最优化原理，在装夹便捷可靠的前提下以最少的装夹次数达到零件的加工要求，减少装夹时带来的误差，使装夹可靠，稳定性强;

（2）工艺夹头应符合统一基准要求，便于加工时反复测量，实时监控装夹变形和切削变形情况，便于加工参数微调和后续三坐标检测;

（3）该零件为薄壁件，夹头设置应增强薄壁处的刚性，减少装夹变形并作为零件辅助支撑点。

结合以上原则，及零件外形特征，决定在展长方向连接块及翘尖角处分别设置尺寸为δ20×95×300、δ20×30×77的工艺夹头（图4）。这种方法设置的夹头具有以下优点：

（1）以夹头为基准，便于操作时寻找加工原点，也便于后期三坐标检测，而且只需正反两次装夹即可完成零件加工;

（2）鉴于零件加工时极易变形，加工过程中需实时监控零件变形情况，不断修夹头基准以控制零件变形，采用此方案设置夹头，便于加工时精修基准，满足加工需求;